我科学家提出单向量子声子激光技术方案

在量子芯片中，跟超导比特耦合的声子谐振器，是连接转换光电信号和执行量子逻辑操作的关键部件。这类相干声子器件，在量子信息、纳米力学与热电材料、超灵敏传感及无损检测与地质勘探等诸多领域具广泛的应用价值。不过，这一关键部件的制造，存在着一个技术“困扰”，即信号质量和计算精度易受环境噪声的干扰甚至破坏。湖南师范大学物理与电子科学学院教授景辉，提出了一种单向量子声子激光技术，既能实现信号高保真度的定向放大，又可明显抑制反向噪声对芯片功能的干扰或损害。该技术方案不依赖材料非线性，方便拓展到集成阵列电路，填补了国际上单向声子激光研究的空白，为量子计算、单向通信、隐身探测、热流控制等的实际应用提供了一种通用方法。相关成果12月15日，在美国物理学会刊物《物理评论·应用》上在线发布。
在这项工作中，景辉提出，可利用旋转腔的相对论光学效应，实现声波的单向放大与传输。首先利用光学辐射压，巧妙设计耦合腔参数，实现声子相干放大，即声子激光。然后利用相对论萨格纳格效应，即在沿着或逆着腔旋转方向的光的频率及辐射压会存在差异，使其中一个方向产生的声子相干放大，而相反方向的声子激发则完全被禁戒。最终，实现了既可信号高保真度定向放大，又可明显抑制反向噪声对芯片功能的干扰的新型单向声子相干放大技术。据了解，该期刊编辑认为，这一工作“特别有趣、重要和明晰”，由此作为了该期刊这一期的“编辑推荐文章”，并在网站首页置顶发布。