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中国科学家提出单向量子声子激光技术方案

在量子芯片中,与超导比特耦合的声子谐振器是连接和转换光电信号以及执行量子逻辑操作的关键部件。

这种相干声子器件在量子信息、纳米力学和热电材料、超灵敏传感、无损检测和地质勘探等领域具有广泛的应用价值。

然而,在制造这一关键部件时存在一个技术“难题”,即信号质量和计算精度容易受到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的金辉教授提出了一种单向量子声子激光技术,它不仅可以实现高保真信号的定向放大,而且可以显著抑制反向噪声对芯片功能的干扰或破坏。

该技术方案不依赖于材料非线性,便于扩展到集成阵列电路,填补了国际单向声子激光器研究的空空白,为量子计算、单向通信、隐身探测、热流控制等实际应用提供了通用方法。

相关结果于12月15日在线发表在美国物理学会杂志《物理评论应用》上。

在这项工作中,金辉提出旋转腔的相对论光学效应可以用来实现声波的单向放大和传输。

首先,利用光辐射压力巧妙地设计耦合腔参数,实现声子相干放大,即声子激光器。

然后,使用相对论萨格纳晶格效应(相对论Sagner lattice effect),即光沿腔旋转方向或逆腔旋转方向的频率和辐射压力将不同,使得在一个方向产生的声子被相干放大,而在相反方向的声子激发被完全禁止。

最后,实现了一种新的单向声子相干放大技术,不仅可以实现信号的高保真定向放大,而且可以显著抑制反向噪声对芯片功能的干扰。

据了解,《华尔街日报》的编辑认为,这项工作“特别有趣、重要、清晰”,因此作为本期《华尔街日报》的“编辑推荐文章”,发表在网站主页的顶部。

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