中國科大實現綜合性能國際最優的單光子源

2021-01-20 中國科學院

　　中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等在國際上首次實現基於半導體量子點的高效率和高全同性的單光子源，綜合性能達到國際最優，為實現基於固態體系的大規模光子糾纏和量子信息技術奠定了科學基礎。《物理評論快報》日前以「編輯推薦」的形式發表了這一研究成果，並在美國物理學會的Physics網站專門撰文介紹。

　　量子點是通過分子束外延方法製備的半導體量子器件，又被稱為「人造原子」，原理上可以為量子信息技術提供理想的單光子源。為了能夠真正用於可擴展、實用化的量子信息技術，單光子器件必須同時滿足三個核心性能指標：單光子性、高全同性和高提取效率。儘管從2000年開始，國際上許多研究機構對量子點光學調控進行了長期和大量的探索，然而這三個核心指標一直無法得到同時滿足，成為固態量子光學領域15年來懸而未決的重大挑戰。

　　2013年，潘建偉、陸朝陽等首創量子點脈衝共振激發，實現了當時國際上全同性最好的單光子源。但是由於量子點平面腔結構的限制，之前的實驗中螢光收集效率較低。為了大幅提高螢光提取效率，研究人員通過高精度分子束外延生長和納米刻蝕工藝結合，獲得了低溫下與量子點單光子頻率共振的高品質因子光學諧振腔。因此，實驗產生的單光子源提取效率達到66%，單光子性優於99.1%，全同性優於98.6%，在國際上首次同時解決了單光子源的三個關鍵問題，成為目前國際上綜合性能最優秀的單光子源。

　　實驗實現的量子點單光子源亮度比國際上最好的基於參量下轉換的觸髮式單光子提高了10倍，同時具有接近完美的全同性，而且所需雷射泵浦功耗降低1千萬倍（納瓦量級），這樣的量子點單光子源可在將來應用於大規模光子糾纏，進一步推動多光子糾纏與幹涉度量學的發展。審稿人評價這個研究成果為「實驗傑作」，「在領域中有重要影響力」。《自然》雜誌在最近一期的「研究亮點」欄目中以「可實用化的單光子源」為題做了專門報導。

    研究工作得到中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心、中科院-阿里巴巴量子計算實驗室、基金委、科技部、教育部等國家有關科教部門的支持。

中國科大實現綜合性能國際最優的單光子源

　　中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等在國際上首次實現基於半導體量子點的高效率和高全同性的單光子源，綜合性能達到國際最優，為實現基於固態體系的大規模光子糾纏和量子信息技術奠定了科學基礎。《物理評論快報》日前以「編輯推薦」的形式發表了這一研究成果，並在美國物理學會的Physics網站專門撰文介紹。
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    研究工作得到中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心、中科院-阿里巴巴量子計算實驗室、基金委、科技部、教育部等國家有關科教部門的支持。

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