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隨著量子技術(shù)的深入發(fā)展，量子元器件越來(lái)越成為科學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)。近日，湖南師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院教授景輝，首次提出了一種具有“量子非互易特性”的二極管實(shí)現(xiàn)方案。方案涉及的新奇量子二極管效應(yīng)，有望在單光子態(tài)操縱、光量子計(jì)算和量子光通訊等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。這一結(jié)果日前發(fā)表在國(guó)際物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

所謂“非互易性”，即對(duì)同一器件，同一信號(hào)從相反方向輸入，表現(xiàn)出不一樣的輸出特性的性質(zhì)。這種性質(zhì)在隱形傳感、隱形斗篷及噪聲屏蔽通信等方面有非常重要的應(yīng)用，并已在諸多人工光聲電器件中被研究和實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，更多為經(jīng)典力學(xué)領(lǐng)域的“非互易”特性應(yīng)用。

最近，景輝和以色列理工學(xué)院科研人員在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了光學(xué)二極管：對(duì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)光學(xué)微腔，從一邊入射的光能完全透射，而從另一邊入射的光卻無(wú)法透射。景輝稱(chēng)，無(wú)論電流導(dǎo)通與否、光透射與否，都是大量電子或光子的集體行為，屬宏觀世界中的經(jīng)典效應(yīng)。由此形成的經(jīng)典二極管，是當(dāng)今電子電路和無(wú)線(xiàn)電通信中不可或缺的元器件。

不過(guò)，量子通信及量子計(jì)算中需要少光子、甚至單光子級(jí)別的量子二極管。這一論文，則提出了一種依賴(lài)方向的“非互易光子阻塞”量子二極管實(shí)現(xiàn)方案。通過(guò)光學(xué)微腔旋轉(zhuǎn)，光從左邊入射時(shí)，光子以均勻時(shí)間間隔逐個(gè)到達(dá)探測(cè)器，表現(xiàn)出量子行為。同樣的光從右邊入射時(shí)，大量光子幾乎同時(shí)到達(dá)探測(cè)器，表現(xiàn)出經(jīng)典行為。這一工作也為探究經(jīng)典世界與量子世界的邊界與共存等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題提供了新的思路和方向。