研究聚焦手性量子光学的核心瓶颈，突破传统线性单光子体系限制，创新性提出巨型发射体耦合非线性量子光场的方案，实现可调向关联多光子定向发射，构建以关联飞行量子比特为媒介的非线性级联量子网络，为量子网络与强关联光物质平台搭建开辟新路径。

这项重磅成果由 Xin Wang、Jia-Qi Li、Zhihai Wang、Anton Frisk Kockum、Lei Du、Tao Liu与Franco Nori联合完成，论文题为Nonlinear cascaded quantum network with giant emitters，于2026年3月发表于《Communications Physics》期刊。

重要发现
01非线性波导与巨型发射体耦合模型构建
研究搭建由耦合非线性腔阵列构成的非线性波导，其哈密顿量包含格点光子-光子相互作用项与相邻腔跃迁项，重点关注吸引相互作用（U<0）场景，该体系可形成双光子束缚态 “双极化子”，两光子在波导中传播时紧密绑定，空间关联长度随相互作用强度增大而快速缩短。

引入巨型发射体（GE）作为量子节点，单个巨型发射体可在波导多个离散位置耦合，耦合点存在局部相位差，有效尺寸与工作波长相当。将两个巨型发射体组成发射体对（GEP），调控发射体频率，使其两倍频率落入双极化子能谱，抑制单光子发射，触发关联光子对定向辐射，建立巨型发射体与非线性波导的耦合系统模型。

当巨型发射体尺寸不为零、耦合点相位差非零时，左右向发射速率产生显著差异，形成手性发射特性。通过精准调控耦合相位差，可实现从左向到右向的全范围手性因子调节，最优条件下左向发射完全相消、右向发射增强，关联光子对定向传输，且光子间强聚集，空间关联在零相对位置达到峰值。

设计时间依赖耦合调制方案，实现远程节点间高保真度纠缠态转移，两发射体对间双光子纠缠态转移效率达 98%。进一步拓展至多光子体系，三巨型发射体耦合可定向发射三极化子，通过驱动耗散调控，制备远程节点间六粒子最大纠缠态，验证该网络可支撑多体纠缠态直接传输，无需分步单光子操作与后处理。

创新与亮点
该研究突破传统手性量子光学线性单光子、无关联发射的局限，解决非线性弱、多光子难定向传输的技术难题，首创巨型发射体-非线性光场耦合架构，以干涉机制解锁关联多光子定向发射技术。在生物医疗光学领域，定向关联多光子具备低散射、高信噪比优势，可用于深层生物组织成像，提升成像分辨率与穿透深度；多体纠缠态传输能力为量子生物传感、高精度光学测量提供全新技术支撑，推动量子光学向复杂生物体系应用落地。

总结与展望
研究证实巨型发射体耦合非线性波导可实现强关联光子定向传输，构建的非线性级联量子网络，以关联飞行量子比特为媒介，突破线性体系局限，支撑多体纠缠态制备与传输，为量子网络、强关联光物质研究提供核心范式。未来可拓展至更多光子束缚态，优化耦合构型提升网络规模，推动该技术在量子精密传感、生物量子成像等领域的实际应用，助力量子光学技术的跨学科融合发展。

DOI:10.1038/s42005-026-02618-3.