撰稿|由课题组供稿
湖南师范大学景辉教授研究团队与美国、日本等国合作者在非厄米量子光学领域取得进展，揭示了与常规厄米系统明显不同的、由于非厄米系统本征谱合并而导致的一类新奇光子阻塞效应，称为奇异光子阻塞效应（见图1）。相关成果以“ExceptionalPhoton Blockade: Engineering Photon Blockade with Chiral Exceptional Points”为题在国际光学权威期刊《Laser& Photonics Reviews》发表。湖南师范大学博士黄然为论文的第一作者，景辉教授为通讯作者，湖南师范大学匡乐满教授、廖洁桥教授以及美国宾州州立大学Ş.Özdemir和日本理化学所F. Nori、F.Minganti为共同作者。
图1 相干信号光以双光子共振频率输入时：非厄米系统在奇异点处发生单光子阻塞（二阶关联函数小于1），出射单光子；厄米系统则发生光子隧穿效应，出射聚束光（二阶关联函数大于1）。
宇称-时间光学是英国《自然-物理》评选的近年来十大物理学新发现之一。人们发现，宇称-时间物理系统的性质在本征谱合并点即所谓奇异点（EP）处发生剧烈变化，出现一系列非常规的新奇物理系统，在单模激光，无线充电，精密测量等方向具有重要应用价值。然而，目前国内外主要研究EP对经典效应的影响。EP是否能深刻影响甚至改变物理系统的量子统计特性？是否能导致超越常规厄米系统的新奇量子效应，实现各种纯量子EP器件？这些依然是亟待解决的关键科学问题。
该研究展示出EP诱导的新奇光子阻塞效应，即双光子共振条件下的单光子阻塞（二阶关联函数小于1）；同样条件下，常规厄米系统只能出现光子隧穿效应（二阶关联函数大于1）。此外，通过调控系统参数，还可以实现光学聚束-反聚束量子开关以及频率可调的单光子源，为制备新型EP光子器件开辟了一条新道路。
图2 (a)周期性奇异点光学微腔。系统哈密顿量和刘维尔超算符的本征值合并点为哈密顿量奇异点（HEP）与刘维尔奇异点（LEP）。(b) 半经典(左)和量子(右)方法得到的激发谱。
本工作考虑了一种存在周期性EP的非线性光学微腔。如图2(a)所示，通过调节光腔外侧两个纳米探针的相对角度，系统会出现周期性的EP。其中，哈密顿量奇异点（HEP）和刘维尔奇异点（LEP）分别为忽略和考虑了量子跳跃影响的半经典和量子EP，两者位置一致。该位置也可通过观测系统激发谱的合并得到 [见图2(b)]。
进一步通过研究相对角
位置 
对二阶量子关联函数的影响，揭示出非厄米光子阻塞效应的产生。如图3 (b)所示，固定输入激光的驱动频率，随着相位角
的调制，二阶量子关联函数出现周期性变化。通过调节相位角
还可实现聚束光和反聚束光之间的转换。当系统在奇异点处时，即在系统出现能谱合并的情况下，驱动光刚好满足双光子共振条件，系统将同时共振吸收两个光子，如图3(a)所示。有趣的是，二阶关联函数在奇异点处远远小于1[见图3 (b)]，说明此时系统发生单光子阻塞效应。满足双光子共振条件的激光，却导致系统出现单光子阻塞，这是一种伴随奇异点出现的量子非厄米效应。此外在奇异点处，与光子阻塞相关的反聚束区域的宽度可以通过增强克尔非线性得到扩展 [图3(c)]。
由于奇异点和克尔非线性的相互作用，这种具有双光子共振的单PB 效应可以在系统的裸态能级图中观察到 [图 4 (a)，左图]。这在传统Hermitian 系统中是不可能的，因为双光子共振通常会导致光子诱导隧穿（PIT）[图 4 (a)，右图]。通过对比两种系统的光激发谱、光子概率分布以及二阶量子关联函数 [图4(b-d)]，可以进一步揭示奇异点处发生的新奇单光子效应。
最后，该工作给出了输入激光在不同的驱动频率下出现常规光子阻塞的情况，这些光的频率可以通过改变
来调节。这种特点可以用于构造频率可调的单光子器件。
该工作获得了国家自然科学基金、湖南师范大学“潇湘学者”特聘教授启动基金的资助。
该工作arXiv预印版已被引用11次（谷歌学术）;审稿人评价该工作涉及量子非厄米物理这一"及时的主题，将在光学界引起更广泛的兴趣”（Webelieve that this article, dealing with such timely topics, will be of interestto the broader optics community…），认为该工作是“杰出的，必定会激发和引导该方向进一步的研究”（Thecurrent work in its present form is excellent and will definitely inspire andshape further research in this direction…）。
除上述工作外，景辉教授团队最近在新型光子阻塞效应方向做出系列工作，特别是预言了非互易光子阻塞效应，即同一束激光从同一个系统的不同方向入射时，出射光的二阶量子关联分别大于或小于1[Phys. Rev. Lett. 121, 153601 (2018)，该预言被山西大学量子光学国家重点实验室证实(arXiv:1911.10300)]; 此外，还预言了非互易非常规光子阻塞效应 [Photonics Research 7,630 (2019)]; 目前两篇工作均已入选ESI高被引论文。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202100430
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