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 基于局域耦合相位调控的二能级巨原子-双波导系统中的单光子散射 *朱中华 1)2)†     陈可可 1)2)     张玉青 1)2)‡     付响云 1)2)     彭朝晖 1)2)陆振烟 1)2)     柴一峰 1)2)     熊祖周 3)     谭磊 4)1) (湖南科技大学物理与电子科学学院, 湘潭　411201)2) (智能传感器与新型传感材料湖南省重点实验室, 湘潭　411201)3) (赣南师范大学物理与电子信息学院, 赣州　341000)4) (兰州大学理论物理研究所, 兰州　730000)(2025 年 4 月 18 日收到; 2025 年 5 月 23 日收到修改稿)研究了两个巨原子耦合两个一维无限长波导体系中单光子的散射问题. 基于实空间方法推导了各散射振幅的解析表达式, 并据此给出了光子定向路由的一般条件. 研究发现, 通过调节原子间的偶极相互作用、累积相位和局域耦合相位差等参数, 可实现定向路由光子频率的连续可调. 并进一步揭示了光子输运的非互易特性与手性散射机制. 理论分析表明, 非互易性由累积相位、局域耦合相位差、光子-原子频率失谐及原子耦合强度共同调控, 据此建立了完美非互易散射的判据, 并展示了两种典型的完美非互易现象; 与之不同的是,手性散射仅受累积相位和局域耦合相位差调控, 与频率失谐无关, 由此导出两种完美手性散射的条件, 并对其进行展示. 值得注意的是, 在特定参数条件下, 系统可同时实现完美手性散射与定向散射的协同效应, 展现了该体系在量子信息处理中的潜在应用价值.关键词: 巨原子, 定向路由, 非互易性, 手性散射PACS: 32.80.Qk, 03.67.–a, 42.79.Gn 　DOI: 10.7498/aps.74.20250505CSTR: 32037.14.aps.74.20250505 1   引　言近年来, 波导量子电动力学 (QED) 引起了大量研究者的广泛关注, 因为它为研究光与物质相互作用及观测量子光学现象提供了一个优秀的平台.随着纳米制造技术的飞速发展, 基于巨原子的新型波导 QED 结构因具有独特性质引发了研究热潮.巨原子体系的新颖性在于其与波导的多点耦合机制, 这种特殊构型诱导出全新的量子干涉效应, 进而产生一系列有趣的物理现象, 包括频率相关的原子衰减率和兰姆位移的产生 [1–3] 、无退相干相互作用 [4–7] 、原子自发辐射的非指数衰减 [8] 、非传统的束缚态 [9–12] 、手性相互作用 [13–21] 、非互易频率转换 [22] 、非马尔可夫延迟效应[8,23,24] 、纠缠的产生及退纠缠 [25–31] 等.在通常情况下, 自然原子的尺寸远小于与之相互作用的电磁场的波长[32] , 因此原子的尺寸可被完全忽略, 此时将原子抽象为点粒子进行处理是合 *  湖南省188宝金博页面版厅资助科研项目 (批准号: 19B206) 和国家自然科学基金 (批准号: 12375045, 11704115) 资助的课题.†  通信作者. E-mail: zhzhh@hnust.edu.cn‡  通信作者. E-mail: lanzhougx@163.com© 2025 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn物 理 学 报   Acta  Phys.  Sin. Vol. 74, No. 15 (2025) 153202153202-1