電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道 在通往量子互聯(lián)網(wǎng)的道路上，科學(xué)家們一直在尋找既能 “高保真” 又能 “高效率” 傳輸信息的理想光源。日前，北京量子信息科學(xué)研究院傳來捷報：該院袁之良團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所牛智川團(tuán)隊(duì)，在固態(tài)量子光源研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，成功研發(fā)出一款高效率、高純度的雙光子發(fā)射器。這項(xiàng)成果打破了長期以來制約量子通信與量子計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，相關(guān)論文已發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然?材料》（Nature Materials）。

這一里程碑式成果，不僅標(biāo)志著我國在量子信息關(guān)鍵器件研發(fā)上走在世界前列，更為構(gòu)建實(shí)用化、規(guī)模化的量子互聯(lián)網(wǎng)邁出了堅(jiān)實(shí)一步。

量子光源是量子信息體系的 “核心芯片”，雙光子態(tài)則是實(shí)現(xiàn)量子糾纏、量子門操作的基礎(chǔ)資源。長期以來，固態(tài)量子點(diǎn)雙光子源始終面臨效率低、純度不足的行業(yè)瓶頸，難以同時滿足實(shí)用化要求。

“為了方便理解，我們可以打個比方：一扇門需要兩個人同時按下兩個按鈕才能打開，一個人手不夠長，肯定無法獨(dú)自出去，要想辦法讓兩個人一起出去 —— 這就是我們所做的工作?！?量子院首席科學(xué)家袁之良解釋道。原理看似簡單，實(shí)現(xiàn)起來卻極為困難。在半導(dǎo)體量子點(diǎn)中，電子被激發(fā)后會快速弛豫到基態(tài)并輻射光子，就像一個人進(jìn)門后立刻出去，很難等到 “同伴” 再一同行動。

面對這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，提出并實(shí)現(xiàn)了一套全新解決方案。團(tuán)隊(duì)將單個 In (Ga) As 量子點(diǎn)嵌入微柱光學(xué)腔中，利用 p 殼層共振激發(fā)技術(shù)，選擇性地將載流子填充至長壽命的暗激子態(tài)，從而繞過亮激子的快速輻射復(fù)合通道，實(shí)現(xiàn)對雙激子態(tài)的高效、確定性加載。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該器件性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平：
·高純度：脈沖激發(fā)下，98.3% 的發(fā)射光子以成對形式出現(xiàn)；
·高效率：雙光子發(fā)射效率達(dá) 29.9%；
·強(qiáng)聚束：弱連續(xù)光激發(fā)下，零延遲二階關(guān)聯(lián)函數(shù) g(2)(0) 高達(dá) 3966。

這是目前全球范圍內(nèi)，固態(tài)量子光源中唯一同時實(shí)現(xiàn)高純度與高效率的雙光子發(fā)射器件。
本次突破依托微納結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控與激發(fā)路徑創(chuàng)新，首次在單量子點(diǎn)體系中實(shí)現(xiàn)確定性、高效率、高純度的雙光子輸出，徹底解決 “效率與純度不可兼得” 的行業(yè)難題，為固態(tài)量子光源從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没瘨咔搴诵恼系K。

“它們在時間上永遠(yuǎn)同步，能量也同步?！?袁之良介紹，這種特性可在精密測量和量子成像中發(fā)揮重要作用。量子院助理研究員吳邦補(bǔ)充了更多應(yīng)用場景：“雙光子成像可以更好地分辨樣品，抑制背景噪聲，獲得分辨率更高的圖像。未來隨著技術(shù)進(jìn)步，可將這些微米級光源做成陣列，就像手機(jī)芯片一樣，實(shí)現(xiàn)更大范圍的成像應(yīng)用。”