2025年1月6日，物理学权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线刊发了我院量子光科学中心吕新友教授课题组题为《Chiral Interaction Induced Near-Perfect Photon Blockade》的研究论文[Phys.Rev. Lett. 134,013602(2025)]。物理学院2022级博士生卢志广为论文第一作者，吕新友教授为论文通讯作者，合作者还有物理学院吴颖教授。

单光子源的制备是量子科学领域的重要研究课题之一，其在量子信息处理、量子光学以及量子通讯等前沿领域中具有极其重要的应用价值。高纯度的单光子源不仅是实现量子态精确操控的关键，还在安全量子秘钥分发、量子计算中逻辑操作的实现，以及基础物理实验（如量子纠缠和非局域性测试）中发挥着不可或缺的作用。因此，高纯度单光子发射的实现是量子光学研究中的重要目标，而光子阻塞效应作为一种成熟且重要的物理机制，为该目标提供了坚实的理论基础和高效的实现路径。

图1.(a,b)波导-腔QED系统的理论模型。(c)单光子和两光子散射示意图。

吕新友教授课题组基于散射矩阵理论，在波导-腔量子电动力学系统中取得了重要的研究进展。他们理论上证明了手性相互作用能够诱导出近乎完美的光子阻塞效应，这一效应为高纯度单光子源的实现提供了全新思路。他们发现，其背后的物理机制依赖于波导内多光子路径的干涉效应。随着系统中腔的个数增加，完美光子阻塞点的数目也同步增加，而实现这一效应所需的最低手性率则呈指数级下降。且该近乎完美的光子阻塞效应对于系统频率的无序和固有耗散都具有较高的鲁棒性，展现了良好的稳定性和实际应用潜力。这一研究成果为基于手性相互作用的高纯度单光子源制备开辟了新的研究方向，特别是在片上单光子源的集成与量子光学器件的开发方面，展现出潜在的应用价值。

图2.多腔系统中近乎完美的光子阻塞效应。

在近一年内，吕新友课题组在腔量子电动力学领域取得了多项重要成果：

Phys. Rev. Lett. 133, 043601(2024),Phys.Rev. Lett. 133,173602(2024),

Phys.Rev. Lett. 133,193602(2024),Phys.Rev. Lett. 134,013602(2025)。

该研究得到了国家杰出青年科学基金和国家重点研究与发展计划等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.013602