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由于量子很容易受到其周围环境的影响，量子相干性和量子态很容易受到外部信号的影响而被破坏，这些外部信号可能包括测量电路中的热噪声和后向散射信号。因此，研究人员一直在努力开发能够实现非互易信号传播的技术，这有助于防止反向噪声的不利影响。在一项新的研究中，加拿大马尼托巴大学动态自旋电子学小组的成员提出了一种在混合量子系统中产生耗散耦合的新方法。研究成果发表在《物理评论快报》杂志上，使得非互易信号传播具有可观的隔离度和灵活的可控性。
参与此次研究的曼尼托巴大学博士后研究员Ssdcg表示：我们对腔磁子不可逆的研究是基于腔自旋电子学和混合量子系统的研究领域，这为构建新的量子信息处理平台带来了希望。
(此处已添加圈卡，请在今日头条客户端查看。)在过去的几十年里，量子技术领域的研究主要集中在探索子系统之间的相干耦合机制，因为耗散耦合机制在混合量子系统中还没有得到广泛的考虑和利用。然而，去年，马尼托巴大学的同一组研究人员揭示了一种有趣的新型耗散磁子-光子耦合。这个发现立刻给了很多启发，因为耗散耦合可以用来打破时间反转对称性，因为它固有的耗散特性。
这促使研究者们创造出一种结合耗散耦合效应和相干耦合效应的系统来实现非互易性。在新的研究中，我们开始开发线性状态下具有高隔离和低插入损耗的器件，因为这些特性可以帮助量子信息技术的发展。本发明的装置有两个关键部件：一个平面十字形微波电路和一个小型钇铁石榴石球。参与这项研究的曼尼托巴大学博士生Mmydzh(Jinwei Rao)说：这种装置的工作原理相当于一个微波二极管，可以使具有一定设计工作频率的微波只向一个方向传播。平面交叉电路是专门设计的，以支持驻波的形成，并允许行波在其上流动。
通过在微波电路顶部放置YIG球，研究人员可以促进行波、驻波和磁自旋之间的协同作用。这些相互作用使得相干和耗散的耦合效应持续一段时间。研究人员观察到，这些耦合效应之间的相对相位取决于输入微波信号的传播方向。值得注意的是，在研制的腔磁子系统中，这种微波信号产生非互易性和单向不可见性。研究人员还开发了一个简单的模型，该模型概述并捕捉了相干耦合和耗散耦合之间的干扰背后的一般物理原理。发现该模型准确地描述了在宽参数范围内收集的观测结果。
该模型用非埃尔米特kydbq量描述，其中光子和磁振子激发之间的耦合强度是一个复数。这个耦合强度的实部代表相干耦合效应，虚部代表耗散耦合效应。研究人员提出的模型表明，相干耦合有点类似于由弹性弹簧连接的两个机械摆之间的相互作用。另一方面，耗散耦合类似于减震器连接的两个摆之间的相互作用，导致摩擦和能量耗散。在这个非互易装置中，相干耦合和耗散耦合效应之间的相对相位被描述为相位项。这个相位项与输入微波信号的负载结构密切相关，干扰效应总是对应于交叉项的作用。
通常情况下，A和B之间的干涉效应体现在A乘以B的数学项上，它可以来自(A B)的平方。相干耗散耦合的交叉项源于复耦合强度的平方项，出现在透射系数中。这项研究是在腔磁系统中引入耗散耦合的第一批方法之一。利用这种新方法，研究人员可以实现耦合系统中的非互易性，该方法也可以推广到其他物理系统或不同频率范围的耦合。由于相干耦合和耗散耦合之间的相互作用被认为是耦合系统中的普遍现象，这种方法可以启发其他物理领域的进一步研究。此外，虽然开发的设备非常简单，但发现它包含并展示了新的物理效果。
c4740a04beb1987f32234?from=pc">在此之前，相干耦合是研究的热点领域，尽管一些物理学家也在选择领域研究耗散耦合。然而，这些形式的耦合通常是独立研究的，因为它们被认为控制着它们自己独特的物理规律。研究发现，当这两种形式的耦合在同一系统中组合时，就会发生不寻常的反应，实验首次系统地演示了腔磁系统中出现的特殊物理现象。马尼托巴大学动态自旋电子学团队新开展的工作，通过概述混合量子系统中耗散光子-磁振子耦合的动力学，为量子技术的发展开辟了一条新道路。
模型所勾勒出的非互易物理动力学最终可以为不同功能微波器件的设计提供信息，这些器件具有许多可能的应用，包括隔离器、环行器、传感器和切换器。马尼托巴大学动态自旋电子学研究组负责人鳗鱼黑猫博士(Dr.Can-ming Hu)说：作为第一步，研究小组现在专注于发明一种小型化的便携式微波隔离器，其技术性能可能超过市面上可买到的产品。发展量子信息技术的国际社会对这种装置的需求很高，很多国家正在投入巨资，继续研究这种新腔体自旋电子学的道路，前景非常光明。
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参考期刊《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.127202
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