我國科學家提出單向量子聲子激光技術方案

在量子芯片中，跟超導比特耦合的聲子諧振器，是連接轉換光電信號和執行量子邏輯操作的關鍵部件。這類相干聲子器件，在量子信息、納米力學與熱電材料、超靈敏傳感及無損檢測與地質勘探等諸多領域具廣泛的應用價值。不過，這一關鍵部件的制造，存在著一個技術“困擾”，即信號質量和計算精度易受環境噪聲的干擾甚至破壞。湖南師范大學物理與電子科學學院教授景輝，提出了一種單向量子聲子激光技術，既能實現信號高保真度的定向放大，又可明顯抑制反向噪聲對芯片功能的干擾或損害。該技術方案不依賴材料非線性，方便拓展到集成陣列電路，填補了國際上單向聲子激光研究的空白，為量子計算、單向通信、隱身探測、熱流控制等的實際應用提供了一種通用方法。相關成果2018年12月15日，在美國物理學會刊物《物理評論·應用》上在線發布。

在這項工作中，景輝提出，可利用旋轉腔的相對論光學效應，實現聲波的單向放大與傳輸。首先利用光學輻射壓，巧妙設計耦合腔參數，實現聲子相干放大，即聲子激光。然后利用相對論薩格納格效應，即在沿著或逆著腔旋轉方向的光的頻率及輻射壓會存在差異，使其中一個方向產生的聲子相干放大，而相反方向的聲子激發則完全被禁戒。最終，實現了既可信號高保真度定向放大，又可明顯抑制反向噪聲對芯片功能的干擾的新型單向聲子相干放大技術。