光学非互易性具有许多实际应用，其特点是在光传播过程中，无论是在正向还是反向方向上，光路径都是不可逆的[1]。对于量子网络、量子信息处理和光学量子通信而言，基于非互易性的光学设备至关重要，例如定向放大器[2]、光学环行器[3][4][5][6]以及光学隔离器[7][8][9][10]。以往的研究主要集中在基于法拉第磁光效应的各种光学非互易设备上[11][12]。然而，磁光效应通常需要一个强大的外部磁场，这可能会影响精密光学组件的性能。此外，磁性非互易设备在集成和微型化方面存在挑战，因此人们开发了无磁光学非互易性技术。无磁光学非互易性指的是一种系统，它能够在没有外部磁场的情况下实现光波或电磁波的单向传输，从而适合集成和微型化。无磁光学非互易性的多种架构正在突破传统磁光设备的限制，为量子计算、高速通信和智能传感提供了重要的技术支持。近年来，已经提出了许多利用不同技术的理论方案和实验验证来实现无磁非互易性，包括光机械相互作用[13][14][15][16][17][18]、宇称时间对称结构[19][20][21][22]、非线性组件[23][24]、原子相互作用[25][26][27]、时空调制[28][29][30][31]以及量子压缩[32]。值得注意的是，旋转谐振器可能通过利用萨尼亚克效应（Sagnac effect）提供一种实现非互易传输的新方法[33][34]，这会导致光在谐振器内部循环时产生反向的萨尼亚克-菲佐位移（Sagnac-Fizeau shift）。在过去十年中，由萨尼亚克效应在旋转谐振器中引起的非互易现象得到了快速发展，从而在光学非互易性[35][36][37][38]、非互易光子阻塞[39][40][41][42]、非互易量子纠缠[43][44]和非互易混沌[45][46]等领域取得了快速进展。例如，2022年，Yu提出使用旋转谐振器来耦合两个光波导，从而实现了一个四端口量子环行器[47]。2023年，Burns提出将量子比特与旋转谐振器连接起来，利用萨尼亚克效应实现了非互易光传输和光机械诱导的透明性（OMIT）[48]。同时，Zhen及其同事介绍了一种由两个一维波导和一个与双能级原子相互作用的耳语廊模式谐振器组成的路由器，证明了原子引起的量子干涉可以用来控制波导中的单光子传输[49]。
受到萨尼亚克效应引起的非互易性和原子与谐振器相互作用引起的量子干涉这一理念的启发，我们提出了一种集成了量子比特和旋转谐振器的双波导四端口路由器。量子比特的引入显著改变了单光子的非互易传输特性。首先，我们分析了原子-谐振器耦合对单光子传输特性的影响。特别是当光子与谐振器共振时，由于原子引起的量子干涉，光子在四个端口中的分布概率是相同的。随后，我们研究了谐振器的旋转速度对单光子非互易传输的影响。可以看出，通过改变谐振器的旋转速度和方向，可以产生单光子的非互易传输。最后，我们考虑了顺时针和逆时针光模式之间的背散射效应，发现它能够增强传输的非互易性，并展示了背散射对单光子非互易传输的鲁棒性，因为它有助于打破宇称对称性[50][51]。
本文的其余部分组织如下：第2节中，我们利用哈密顿量（Hamiltonian）描述了系统的理论模型，并给出了模型的计算方法和解决方案。第3节中，我们研究了单光子在静止和旋转谐振器中的非互易传输特性。第4节中，我们考察了在旋转谐振器中加入背散射对非互易光子传输的影响。最后，我们总结了本文的研究结果。
