全球性能最好单光子源“科大造”

记者1月26日从中科大获悉，该校教授潘建伟、陆朝阳等近日在国际上首次实现基于半导体量子点的高效率和高全同性的单光子源，综合性能达到全球最优等级，为实现基于固态体系的大规模光子纠缠和量子信息技术奠定科学基础。成果发表在最新一期国际著名期刊《物理评论快报》上，《自然》杂志以“可实用化的单光子源”为题作了专门报道。

量子点是通过分子束外延方法制备的半导体量子器件，又被称为“人造原子”，原理上可以为量子信息技术提供理想的单光子源。为了能够真正用于可扩展、实用化的量子信息技术，单光子器件必须同时满足3个核心性能指标：单光子性、高全同性（即基本粒子的内禀属性完全相同）和高提取效率。从2000年开始，国际上许多研究机构对量子点光学调控进行了深入探索，但这3个核心指标一直无法得到同时满足，因而成为固态量子光学领域15年来悬而未决的重大挑战。

2013年，潘建伟、陆朝阳等实现当时国际上全同性最好的单光子源，但实验中荧光收集效率较低。后来，他们通过技术创新，又获得低温下与量子点单光子频率共振的高品质因子光学谐振腔。结果显示，单光子源提取效率达到66%、单光子性优于99.1%、全同性优于98.6%，在国际上首次同时解决单光子源的3个关键问题，成为目前国际上综合性能最优秀的单光子源。

潘建伟介绍，该实验实现的量子点单光子源亮度比国际上最好的基于参量下转换的触发式单光子提高了10倍，同时具有接近完美的全同性，而且所需激光泵浦功耗降低1千万倍（纳瓦量级），这样的量子点单光子源可在将来应用于大规模光子纠缠，进一步推动多光子纠缠与干涉度量学的发展。（桂运安）