许多现代技术依赖于行为类似单行道的组件。这些设备允许粒子或信号在一个方向上自由移动，同时严格限制相反方向的移动。这类组件被称为非互易组件，广泛应用于微波和光学系统中，用于引导信号并减少不必要的反射。
“非互易组件使信号能够沿预期路径传输，而在相反方向上则被强烈衰减，”理化学研究所量子计算中心（RQC）的Franco Nori指出。“这种能力在从信号处理到隐形斗篷等领域都有应用。”
单向量子同步
研究人员长期以来一直致力于创造一种被称为非互易量子同步的相关现象。在此过程中，当信息沿一个方向流动时，两个量子系统会实现同步，但这种同步不会反向发生。
尽管引起了广泛关注，但开发一种实现该效应的实用方法已被证明十分困难。早期的提议通常容易受到各种限制的影响，使得现实世界的实施充满挑战。
“实用的量子技术面临着随机制造缺陷和环境噪声带来的严峻挑战，”同样来自RQC的Adam Miranowicz指出。“这些因素会严重抑制——甚至完全破坏——传统方法中的量子资源。”
新方法克服噪声与缺陷
在一项新的理论研究中，Nori、Miranowicz和Deng-Gao Lai开发了一种技术，能够实现声子的非互易量子同步，同时避免了阻碍先前方法的许多障碍。
“这一进展为生成从脆弱到稳健的非互易量子资源奠定了新基础，具有未来的实用价值，”Nori说道。
他们的策略将两种独立的量子效应结合在一个框架内。利用这种方法，当光或磁场从一个方向施加时，声子会实现同步；而当相同的激励来自相反方向时，同步则不会发生。
量子技术惊人的稳健性
研究人员对该系统表现出的稳健性感到特别惊讶。
“我们惊喜地发现，即使存在显著的缺陷和噪声，量子同步依然存在，”Lai说。“此前，人们认为如果不采用复杂的保护方案，这是不可能实现的。”
研究团队认为这些发现有助于推动实用量子技术的发展，并计划继续探索这一概念。
“通过实现稳健的非互易量子同步，我们的研究为实现更可靠的量子处理器和受保护的量子资源铺平了道路，”Lai评论道。“我们正计划探索其在量子网络和容错量子信息处理中的应用。”