微波光子团队在宇称-时间对称系统研究方面取得重要进展

发布时间:2020-06-28 10:24 发布单位:光子技术研究院

我院微波光子团队在新型宇称-时间对称系统研究方面取得重要进展,研究成果以“Parity-time symmetry in wavelength space within a single spatial resonator”(基于单个空间谐振腔的波长参量空间中的宇称-时间对称性)为题,于2020625日在线发表在Nature子刊Nature Communications上。我院张杰君研究员为论文第一作者、共同通信作者,姚建平院士为共同通信作者,硕士生李凌志为论文第二作者。

由于量子系统中的可观测量需具有恒定的能量或概率分布,传统量子理论认为实际系统必须是厄密系统,即具有实数本征值。1988C. M. Bender 教授提出了一种具有满足宇称-时间对称性的空间势能场分布的量子系统,其非厄密哈密顿算符也具有实数本征值。宇称-时间对称机理在光学领域中带来了大量颠覆性的成果,包括谐振腔选模、光非互易传输、超高灵敏度传感、光相干吸收等。



图 (a)传统物理空间中的宇称-时间对称系统;(b)本工作提出的光波长参量空间中的宇称-时间对称系统。


文中提出了宇称-时间对称势能场的实现不应仅限于传统的实际物理空间,而可包括多种不同光量子态构成的参量空间,包括波长、偏振、横模、轨道角动量等。基于此原理,构建了一个光波长空间的宇称-时间对称光电振荡器,如图所示。该光电振荡器实现了高频、低相位噪声微波信号的产生,为未来6G通信、雷达系统中高性能微波源提供了一种重要解决方案。其单纵模抗干扰能力比对应的物理空间系统提升1000倍。本工作提出的参量空间宇称-时间系统相比于物理空间系统,具有一系列显著优势,包括抗干扰能力强,可满足复杂工作环境;结构简单,工程应用中可实现高密度集成与高成品率制备;技术成熟,利用光通信通用器件可以实现系统的精确调谐与控制;可扩展性高,多维度的光量子可写成高维度宇称-时间对称网络,并有望在光子神经网络中得到应用。


该工作得到了国家自然科学基金项目(61860206002, 61905095)的资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-16705-8