QST编辑优选：温敏光力系统中由量子压缩引起的光学非互易
文章介绍
Jun-Cong Zheng（郑俊聪）, Xiao-Wei Zheng（郑晓微）, Xin-Lei Hei（黑鑫磊）, Yi-Fan Qiao（乔一凡）, Xiao-Yu Yao（姚晓宇）, Xue-Feng Pan（潘雪峰）, Yu-Meng Ren（任雨萌）, Xiao-Wen Huo（霍晓文） and Peng-Bo Li（李蓬勃）
通讯作者：
- 李蓬勃，西安交通大学物理学院
研究背景：
光力系统是研究电磁辐射与纳米机械元件相互作用的重要平台，近年来发展迅速。根据辐射模态与机械自由度的不同，光力系统可分为悬挂微柱、悬挂膜片、光学微球谐振腔以及近场耦合的纳米机械振荡器等构型。其中，近场耦合结构常见于微环光力系统，依赖定向倏逝场耦合。在该类系统中，谐振腔内的顺时针与逆时针模态可通过诱导简并模劈裂实现光学非互易性。相比传统纯光学非互易器件，光力系统可将非互易效应与环境温度关联，在超低温测量中展现潜力。但目前耦合强度普遍较弱，限制了其精密测量能力，因此，增强非互易光力系统中的耦合强度，是本研究的核心问题。
研究内容：
图1：温敏光力系统中由量子压缩引起的光学非互易装置示意图。(a)探测场由端口1入射。(b)探测场由端口2入射。
如图1所示，所提理论装置由两个光学微环谐振腔和一个机械振子组成，三者之间实现两两耦合。在端口3引入双光子泵浦场和压缩真空场，定向的量子压缩效应诱导B腔内简并模发生劈裂，不仅增强了图1(a)中纯光学耦合的强度，也显著提升了图1(a)与图1(b)中的光力耦合强度。下文将进一步分析该光力系统中光学非互易性对温度变化的响应特性。
图2：模拟单光子透射率随失谐量的变化。(a)平均热声子数为0。(b)平均热声子数为10。
图3：模拟光子统计分布随失谐量的变化。(a)平均热声子数为0。(b)平均热声子数为10。
系统中单光子的非互易传输和关联光子的统计特性均受热噪声，即环境温度的影响。当平均热声子数为0时，在共振条件下，单光子非互易传输的隔离度分别达到-23dB和22.2dB[图2(a)]，关联光子表现出强聚束特性[图3(a)]；而当平均热声子数升高至10时，隔离度下降至-3.3dB和1.1dB[图2(b)]，同时统计特性转变为弱聚束[图3(b)]。数值模拟结果表明，增强的光力耦合提高了光子-声子之间的转换效率，系统的光学非互易性对环境温度变化表现出较强的敏感性。
作者介绍
李蓬勃 教授
西安交通大学
- 李蓬勃，西安交大物理学院教授，博士生导师，国家级青年人才。主要从事量子光学与量子信息中的基础物理问题理论研究。在物理科学领域代表性期刊Phys. Rev.系列上发表学术论文60余篇（包括6篇PRL）。主持国家级青年人才项目、国家自然科学基金重点国际合作项目1项、重大研究计划培育项目1项、面上项目3项、青年项目1项。研究成果获陕西省科学技术奖一等奖。
期刊介绍
- 2024年影响因子：5.0 Citescore：10.9
- Quantum Science and Technology（QST）是一本多学科、高影响力的期刊，致力于出版涵盖所有量子技术科学和应用的高质量和重要的研究。QST涵盖应用数学、凝聚态物质、量子光学、原子物理和材料科学的各个领域，并涉及到化学、生物学、工程学、计算机科学和机器学习。除了定期的原创研究外，QST还出版专题综述和征集热点问题文章的特刊，从而对该领域最新和最有趣的研究进行概述。