光學(xué)非互易性具有許多實(shí)際應(yīng)用，其特點(diǎn)是在光在正向和反向傳播過程中都表現(xiàn)出不可逆性[1]。對于量子網(wǎng)絡(luò)、量子信息處理和光量子通信而言，基于非互易性的光學(xué)設(shè)備至關(guān)重要，例如定向放大器[2]、光環(huán)行器[3]、[4]、[5]、[6]以及光隔離器[7]、[8]、[9]、[10]。以往的研究主要集中在基于法拉第磁光效應(yīng)的各種光學(xué)非互易設(shè)備上[11]、[12]。然而，磁光效應(yīng)通常需要一個強(qiáng)大的外部磁場，這可能會影響精密光學(xué)組件的性能。此外，磁性非互易設(shè)備在集成和微型化方面存在挑戰(zhàn)，因此人們開始研究無磁光學(xué)非互易性。無磁光學(xué)非互易性指的是一種無需外部磁場即可實(shí)現(xiàn)光波或電磁波單向傳輸?shù)南到y(tǒng)，這使其更適合集成和微型化。無磁光學(xué)非互易性的多種架構(gòu)正在突破傳統(tǒng)磁光設(shè)備的限制，為量子計算、高速通信和智能傳感提供了重要的技術(shù)支持。近年來，提出了許多利用不同技術(shù)的理論方案和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來實(shí)現(xiàn)無磁非互易性，包括光機(jī)械相互作用[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、宇稱時間對稱結(jié)構(gòu)[19]、[20]、[21]、[22]、非線性元件[23]、[24]、原子相互作用[25]、[26]、[27]、時空調(diào)制[28]、[29]、[30]、[31]以及量子壓縮[32]。值得注意的是，自旋共振器可以通過利用薩格納克效應(yīng)（Sagnac effect）提供一種實(shí)現(xiàn)非互易傳輸?shù)男路椒╗33]、[34]，這會導(dǎo)致光在共振器內(nèi)部循環(huán)時產(chǎn)生反向的薩格納克-菲佐位移（Sagnac-Fizeau shift）。在過去十年中，由薩格納克效應(yīng)引起的自旋共振器中的非互易現(xiàn)象得到了快速發(fā)展，從而在光學(xué)非互易性[35]、[36]、[37]、[38]、非互易光子阻塞[39]、[40]、[41]、[42]、非互易量子糾纏[43]、[44]以及非互易混沌[45]、[46]等領(lǐng)域取得了快速進(jìn)展。例如，2022年，Yu提出利用自旋共振器耦合兩個光波導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)了四端口量子環(huán)行器[47]。2023年，Burns提出將量子比特與自旋共振器連接起來，利用薩格納克效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了非互易光傳輸和光機(jī)械誘導(dǎo)的透明性（OMIT）[48]。同時，Zhen及其同事介紹了一種由兩個一維波導(dǎo)和一個與雙能級原子相互作用的無聲走廊模式共振器組成的路由器，證明了原子引起的量子干涉可以用來控制波導(dǎo)中的單光子傳輸[49]。

受到薩格納克效應(yīng)引起的非互易性和原子與共振器相互作用產(chǎn)生的量子干涉的啟發(fā)，我們提出了一種集成了量子比特和自旋共振器的雙波導(dǎo)四端口路由器。量子比特的加入顯著改變了單光子的非互易傳輸特性。首先，我們分析了原子-共振器耦合對單光子傳輸特性的影響。特別是當(dāng)光子與共振器共振時，由于原子引起的量子干涉，單光子在四個端口上的分布概率是相同的。隨后，我們研究了共振器的旋轉(zhuǎn)速度對單光子非互易傳輸?shù)挠绊憽？梢钥闯觯�通過改變共振器的旋轉(zhuǎn)速度和方向，可以產(chǎn)生單光子的非互易傳輸。最后，我們考慮了順時針和逆時針光模式之間的后向散射效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)后向散射能夠增強(qiáng)傳輸?shù)姆腔ヒ仔裕�并證明了其對于單光子非互易傳輸?shù)聂敯粜裕�因�(yàn)樗�有助于打破宇稱對稱性[50]、[51]。

本文的其余部分安排如下：第2節(jié)中，我們利用哈密頓量（Hamiltonian）描述了系統(tǒng)的理論模型，并給出了計算方法和模型的解。第3節(jié)中，我們研究了單光子在靜止和自旋共振器中的非互易傳輸特性。第4節(jié)中，我們探討了在自旋共振器中加入后向散射對非互易光子傳輸?shù)挠绊憽Ｗ詈螅�我們總結(jié)了研究結(jié)果并提出了最終的發(fā)現(xiàn)。