中国科大首次实现基于布里渊散射声学声子的单向光信息存储

近日，中国科学技术大学教授、中科院院士郭光灿领导的中科院量子信息重点实验室董春华研究小组与博士后邹长铃首次在介质微腔内实现了基于布里渊散射声学声子的光信息存储，存储寿命可达十几微秒。该研究成果发表在2月4日的Nature Communications上。

近年来，光学高品质因子微腔与机械振子相干相互作用引起了极大的关注，可以被用于高效量子态的存储与任意光子的频率转换。区别于以往的实验只关注机械振子的整体振动模式，研究小组的实验研究了微球腔内光学和声学的行波回音壁模式的相干转换。

利用这种高品质的介质微腔，实验证实了光的布里渊散射激发向前传播的声学声子的存在，这类声学模式的线宽很窄，因而其寿命达到几十微秒，远高于光子在微腔内的寿命。在此基础上，通过控制声学声子与光子的相互作用，观测到了基于布里渊散射的诱导透明窗口，实现了光子到声子的转换；随后这类声子可以与光子再次相互作用，转换成光子，从而完成光信息的存储与读取。进一步的实验结果证实了这类声学声子与光子的转换是相干保持的。尤其让大家感兴趣的是，该类声学声子与光子的相互作用严格满足动量和能量匹配的要求，因此只有特定的方向入射的光子才能发生相互作用，从而导致相互作用的单方向性。这个体系所具有的这种独特优势可以被用于实现诸如光隔离器、环形器等芯片光学元器件。这项成果有望进一步开拓到光子与声子的强相互作用以及量子存储器的研究。

该项研究得到了科技部、国家自然科学基金委和量子信息与量子科技前沿协同创新中心的资助。

基于布里渊散射实现的诱导透明窗口谱线（插图为声学回音壁模式的场强分布）