I ricercatori cinesi hanno ottenuto un isolamento non reciproco di 51,5 dB nell'insieme atomico, che è il più alto rapporto di isolamento nel campo non magnetico non reciproco. Hanno discusso per la prima volta del problema del rumore quantistico nei dispositivi non reciproci.

Il risultato è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura il 22 aprile 2021.

La non reciprocità è un importante concetto di base nel campo ottico. Isolatori e circolatori da esso derivati ​​sono tutti componenti indispensabili nel percorso ottico. Gli isolatori di Faraday basati sulla birifrangenza circolare dell'effetto magneto-ottico sono ampiamente utilizzati per la loro facile costruzione, alto isolamento e bassa perdita.

Però, nel percorso ottico integrato, il tradizionale isolatore di Faraday è soggetto a diverse limitazioni. Da una parte, è difficile preparare supporti magneto-ottici ad alte prestazioni su chip. D'altra parte, il forte campo magnetico richiesto interferirà con i dispositivi circostanti. La realizzazione del non-reciproco non magnetico integrato ha attirato molta attenzione negli ultimi anni. Il team di ricerca guidato dall'accademico Guo Guangcan della University of Science and Technology of China (USTC) del CAS ha studiato dispositivi fotonici non reciproci per diversi anni.

In questo lavoro, Prof. Zou Changling del gruppo di ricerca, collaborando con ricercatori della Shanxi University, ha raggiunto prima un rapporto di isolamento di 30dB. Hanno usato la luce della pompa polarizzata circolarmente per polarizzare gli atomi nella camera a gas in uno specifico stato di spin magnetico, ottenendo differenti assorbimenti e dispersioni per differenti luci polarizzate. Basato su questo, hanno inoltre aggiunto una cavità d'onda viaggiante che ha notevolmente migliorato l'interazione tra luce e atomi. Il rapporto di isolamento è stato infine aumentato a 51,5 dB e il mezzo non reciproco è stato preparato sulla base dell'insieme atomico.

Il sistema ha una buona robustezza ed è insensibile alle interferenze di deboli campi magnetici esterni. La fluttuazione della frequenza e della potenza della pompa ha un valore di applicazione pratica.

Inoltre, il team ha dimostrato che i dispositivi non reciproci non producono fotoni rumorosi nel campo non reciproco con un livello di confidenza del 99,7%.

Questo risultato ha aperto una nuova direzione nel campo della non reciprocità ed è di grande importanza nell'applicazione pratica. I revisori hanno elogiato molto questo lavoro:"I risultati sono molto impressionanti e sembrano incoraggianti verso la realizzazione di dispositivi non reciproci".