近日，广东工业大学物理与光电工程学院唐静教授与中山大学邓元刚教授合作，在腔量子电动力学与手性量子光学交叉领域取得重要进展。研究团队提出并理论验证了一种新机制：利用相控量子干涉，将旋转微腔中微弱的Fizeau诱导手性放大为巨大量子非互易，预测了沿相反传播方向显著不同的反聚束与聚束光子发射。相关成果以“Quantum interference amplifies weak chirality into giant quantum nonreciprocity”为题发表于国际光学期刊Photonics Research（Photonics Res. 14, 4534 (2026)）。广东工业大学唐静教授为论文第一作者，中山大学邓元刚教授为通讯作者。

量子非互易体现为光场沿不同传播方向呈现不对称的量子响应，是少光子器件、量子网络、量子路由器及非经典光源的重要研究方向。然而，现有基于磁光效应、手性光-物质耦合、参量放大及非厄米工程等方案，通常需要强对称性破缺，例如大磁场偏置、强手性耦合或奇异点附近的增益-损耗不对称，严重限制了器件的可扩展性与实验实现。如何从弱手性中获得强量子非互易，一直是该领域的核心挑战。

图1. 两个原子耦合旋转WGM微腔的模型及干涉增强量子非互易机制示意图。

旋转回音壁模式（WGM）谐振腔通过Sagnac-Fizeau效应打破顺时针（CW）与逆时针（CCW）模式简并，为无磁非互易提供了平台。但在实际器件中，Fizeau劈裂本质上很弱，且受机械稳定性与转速限制。针对这一难题，研究团队考虑将两个原子耦合到旋转WGM谐振腔中，通过调节原子间距引入可控的相对耦合相位，从而调控不同激发路径之间的量子干涉，如图1所示。在非旋转极限下，干涉本身即可实现从反聚束单光子发射到强聚束双光子束的连续过渡；引入有限Fizeau劈裂后，系统对微弱模式不对称变得高度敏感，沿相反传播方向呈现出显著分离的反聚束与聚束发射，如图2所示。

                      图2： 有限Fizeau劈裂下的相位放大量子非互易。

(a)(b) 顺时针（CW）与逆时针（CCW）模式在失谐-相位参数平面内的平均腔光子数；(c)(d) 不同单光子共振分支下，二阶关联函数与平均腔光子数随相位的变化；(e)(f) 相关性隔离度与亮度隔离度随相位的演化。展现了沿相反传播方向显著分离的反聚束与聚束发射。

研究进一步揭示，相关性与亮度隔离度对Fizeau劈裂表现出相位可调的非线性响应，并在一定参数范围内呈现幂律标度。在所研究的参数条件下，相关性与亮度隔离度分别可达到65.7 dB和17.3 dB，如图3所示。值得注意的是，这种放大并非源于Fizeau劈裂本身的增强，而是源于干涉增强的腔QED系统对弱手性对称破缺的敏感性。与依赖约10 MHz量级Fizeau频移的传统快速旋转方案相比，该机制在约100 kHz量级的弱Fizeau频移下即可产生显著的量子非互易效应，降低了对大频移和高速旋转的要求。研究团队进一步结合光镊囚禁的两个⁸⁸Sr原子与高精细度旋转WGM谐振腔的实验参数，对方案的可行性进行了分析。结果表明，现有光镊技术有望提供所需的原子位置控制精度，为实验实现该机制提供了支持。此外，通过选择不同的单光子共振分支，还可以切换强反聚束光的发射方向，进一步体现了该机制的可调控性。

图3：弱Fizeau劈裂下的干涉增强量子非互易。 (a) 相反方向上二阶光子关联函数随劈裂的变化（一侧反聚束，一侧聚束）；(b) 对应模式的平均腔光子数；(c)(d) 不同相位控制下，相关性隔离度与亮度隔离度随Fizeau劈裂的非线性变化及幂律拟合，最高分别达 65.7 dB 和 17.3 dB。

该研究揭示了相位可控量子干涉增强弱手性响应的物理机制，并结合实验参数分析了方案的可行性，为方向性非经典光源、可编程手性量子网络及高灵敏度量子传感等提供了新的理论思路。

该研究工作得到了国家自然科学基金、量子科学与技术国家科技重大专项、广东省量子科学战略专项及广东工业大学物理与光电工程学院种子基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.608183