Chinese onderzoekers bereikten 51,5dB niet-wederkerige isolatie in het atomaire ensemble, wat de hoogste isolatieverhouding is in het niet-magnetische niet-reciproke veld. Ze bespraken voor het eerst het kwantumruisprobleem in niet-wederkerige apparaten.

Het resultaat is gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 22 april 2021.

Non-reciprociteit is een belangrijk basisconcept in het optische veld. Isolatoren en daarvan afgeleide circulatoren zijn allemaal onmisbare componenten in het optische pad. Faraday-isolatoren op basis van cirkelvormige dubbele breking van magneto-optisch effect worden veel gebruikt vanwege hun eenvoudige constructie, hoge isolatie en laag verlies.

Echter, in het geïntegreerde optische pad, de traditionele isolator van Faraday is onderhevig aan verschillende beperkingen. Aan de ene kant, het is moeilijk om hoogwaardige magneto-optische media op een chip te maken. Anderzijds, het vereiste sterke magnetische veld zal interfereren met omringende apparaten. Het realiseren van het geïntegreerde niet-magnetische niet-reciproke heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen. Het onderzoeksteam onder leiding van academicus Guo Guangcan van de University of Science and Technology of China (USTC) van CAS heeft jarenlang niet-wederkerige fotonische apparaten onderzocht.

In dit werk, Prof. Zou Changling van het onderzoeksteam, samenwerking met onderzoekers van de Shanxi University, heeft eerst een isolatieverhouding van 30dB bereikt. Ze maakten gebruik van circulair gepolariseerd pomplicht om de atomen in de gaskamer te polariseren tot een specifieke magnetische spintoestand, het bereiken van verschillende absorpties en dispersies voor verschillende gepolariseerde lichten. Op basis hiervan, ze voegden verder een lopende golfholte toe die de interactie tussen licht en atomen aanzienlijk verbeterde. De isolatieverhouding werd uiteindelijk verhoogd tot 51,5 dB en het niet-reciproke medium werd bereid op basis van atomair ensemble.

Het systeem heeft een goede robuustheid en is ongevoelig voor interferentie van externe zwakke magnetische velden. De fluctuatie van pompfrequentie en vermogen heeft praktische toepassingswaarde.

In aanvulling, het team heeft bewezen dat niet-wederkerige apparaten geen fotonen met ruis produceren in het niet-wederkerige veld met een betrouwbaarheidsniveau van 99,7%.

Deze prestatie heeft een nieuwe richting geopend op het gebied van niet-wederkerigheid en is van grote betekenis voor de praktische toepassing. De recensenten prezen dit werk zeer:"De resultaten zijn zeer indrukwekkend en lijken bemoedigend voor het realiseren van niet-wederkerige apparaten."