掌趣科技揭秘南科大丛龙庆课题组发现光子刹车效应开启新时代的量子通信新篇章
在南方科技大学，副教授丛龙庆领导的课题组最近一项令人瞩目的研究成果，在Nature Communications上发表。他们利用超材料构造的谐振腔和太赫兹光泵探测技术，成功实现了“光子刹车”效应，并且在皮秒尺度上观察到了光子的简并模式剥离、线性频率转化等现象。
想象一下，如果我们把谐振腔内的弛豫振荡的光子比作高速公路上的汽车，那么“刹车”就显得尤为重要。这就好比通过向激发的光学谐振腔中注入损耗来改变非稳态光子的弛豫过程，从而减少其弛豫时间，使之迅速“停稳”，实现对光子的精确控制。
这项技术对于多种光学过程至关重要，因为它允许我们精确控制损耗，而不是避免它们。正如给汽车安装可控摩擦系统以实现减速一样，我们可以通过向非稳态光子腔中注入损耗来操控它们的弛豫时间，就像驾驶汽车一样操控这些微小粒子。
在实验中，研究人员使用具有两个本征模式的谐振腔。在激发后，这两个模式会以各自不同的频率和寿命（品质因数Q）辐射出去。在这个过程中，如果恰当地注入载流子，就能控制瞬态损耗，从而调节动力学行为并观察到有趣现象，如异步调制和新的频率分量产生。
从频域分析，可以清楚地看到两种模式之间如何发生调制，以及被调制区域周围出现“涟漪”。这种异步调制不仅可以直接观察，而且还能量化判定两个模式之间差异所依据的Q值差异。此外，由于瞬态损耗引起的一系列变化，还能够理解和重现所有实验数据中的特征。
此外，该团队还发现，即使实部也会随着载流子的瞬态调整而发生变化，这类似于突然改变琴弦长度，使得内部结构发生改变，从而影响到辐射出的波长。这一发现可能为未来太赫兹波段应用提供新的线性转换路径。
这一研究不仅为超快波束扫描器件、太赫兹通信以及量子压缩态产生提供了新思路，也展示了如何利用超材料进行精确控制。该项目得到国家自然科学基金面上项目和青年人才计划项目资助，是南科大电子与电气工程系的一个重大突破。
