文|陳根

通常情況下，用于控制原子的激光器，需要借助隔離器來阻擋不必要的反射。然而此前在大量實驗中運行良好的隔離器，已被證明難以進(jìn)一步小型化。即使在最佳情況下，光也會在遇到隔離器各種表面時被反射、吸收和折射。

此外，在大型量子設(shè)備中進(jìn)行光路控制是一項挑戰(zhàn)很大的任務(wù)，其涉及到許多鏡面、透鏡、光纖等組件。而想要實現(xiàn)整體裝置的小型化，也需要從多方面著手。幸運的是，過去幾年，科學(xué)家們已經(jīng)在微芯片的光控制元件設(shè)計方面取得了一定成果。

例如，通過制造波導(dǎo)（光傳輸通道），甚至能夠利用某些材料來改變其顏色。然而要想使微小光點（光子）沿單向移動、同時抑制不需要的向后反射，依然是一件棘手的事情。

近日，從光子的獨特性質(zhì)出發(fā)，伊利諾伊大學(xué)香檳分校（UIUC）的研究團(tuán)隊用鈮酸鋰制造了 780nm / 1550nm 波長的片上隔光器。測量結(jié)果表明，其隔離方法優(yōu)于此前所有片上替代方案，且針對原子基傳感器的兼容性實施了優(yōu)化。

光子是光線中攜帶能量的粒子，一個光子能量的多少正比于光波的頻率大小， 頻率越高能量越高。當(dāng)一個光子被原子吸收時，就有一個電子獲得足夠的能量從而從內(nèi)軌道躍遷到外軌道，具有電子躍遷的原子就從基態(tài)變成了激發(fā)態(tài)。

該隔離器包含一個波導(dǎo)和一個相鄰的環(huán)形諧振器，整體看起來像是一條長方形的跑道。一般無論光是從哪個方向射入的，都會經(jīng)由波導(dǎo)進(jìn)入諧振器，從而阻擋所有光流。但當(dāng)研究人員將聲波施加到環(huán)上時，諧振器就只捕獲通過波導(dǎo)向后移動的光。在前進(jìn)方向上，光會暢通無阻地通過波導(dǎo)。

實驗結(jié)果表明，幾乎每個光子都向前移動通過波導(dǎo)，而向后移動的幾率低至萬分之一。這意味著該設(shè)計已將損耗（不需要的光吸收）降低到了接近于零的水平，有效化解了此前片上隔離器長期存在的難題。

未來，該光子隔離方案有望推動量子技術(shù)的小型化。