新闻网讯 7月26日，物理学权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线刊发了物理学院量子光科学中心吕新友教授课题组题为“Nonreciprocal Bundle Emissions of Quantum Entangled Pairs”的研究论文。物理学院博士后宾倩（已出站）为论文第一作者，吕新友教授为论文通讯作者，主要合作者还有物理学院吴颖教授、湖南师范大学景辉教授和日本理化学研究所FrancoNori教授。

量子态的操控是量子物理和量子信息科学的核心议题之一。多量子物理作为量子态操纵领域的新兴研究方向，在量子计量、光刻技术、生物检测及激光工程等多个领域具有重要应用。特别是，近年来提出的连续多量子态产生（即多量子束）概念，这与传统的单量子辐射过程不同，其辐射的最小能量单元是由多个强关联的量子组成的多量子捆。从基础科学的角度看，多量子束辐射扩展了我们对辐射过程的理解。在实际应用中，多量子态为实现高保真度的量子信息传输以及突破标准量子极限、达到海森堡极限的量子精密测量提供了重要资源。然而，到目前为止，多量子束辐射的精细可控性尚未实现，例如强非互易性的操作。之前的研究多为互易性的束辐射，破坏系统的互易性以实现可控的定向束辐射仍是一大挑战。此外，能够实现高度可控性的束辐射对于开发定向多量子发射器也具有重要的实际意义。

图为(a-d)非易系统的理论模型及激发谱;(e)非互易超拉比振荡

吕新友教授课题组结合非互易物理与量子纠缠理论，提出了非互易量子纠缠对束辐射的概念。他们发现，通过旋转谐振腔诱导Sagnac效应，可以在光学驱动共振跃迁的条件下获得非互易的光-声及光-磁超拉比振荡。在适当的耗散条件下，可以使纯多量子态替代传统辐射理论中的单量子角色，并级联辐射至腔外，实现光-声对和光-磁对的定向束辐射。这种非互易辐射具有精确可控性，通过从不同方向驱动谐振腔，甚至能够实现不同纠缠对（例如光-声或光-磁对）但方向相反的同时辐射。这种灵活操控系统的能力，有望实现定向纠缠多量子发射器，并在构建混合量子网络及片上量子通信领域展现出潜在应用价值。

图为非互易光-声对和光-磁对束辐射

近年来，吕新友教授课题组在多量子相干操控理论方面进行了系统研究，这项成果与他们2020年和2021年在《物理评论快报》发表的基于斯托克斯过程的多声子束辐射研究[Phys. Rev. Lett. 124, 053601 (2020)]及宇称对称性保护的多光子束辐射研究[Phys. Rev. Lett. 127, 073602 (2021)]共同属于相关的系列性成果。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.043601