中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等近期在國際上首次實(shí)現基于半導體量子點(diǎn)的高效率和高全同性的單光子源，綜合性能達到國際最優(yōu)，為實(shí)現基于固態(tài)體系的大規模光子糾纏和量子信息技術(shù)奠定了科學(xué)基礎。國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》、《自然》日前介紹了該成果。
據介紹，量子點(diǎn)是通過(guò)分子束外延方法制備的半導體量子器件，又被稱(chēng)為“人造原子”，原理上可以為量子信息技術(shù)提供理想的單光子源。為了能夠真正用于可擴展、實(shí)用化的量子信息技術(shù)，單光子器件必須同時(shí)滿(mǎn)足三個(gè)核心性能指標：?jiǎn)喂庾有?、高全同性（即基本粒子的內稟屬性完全相同）和高提取效率。盡管從2000年開(kāi)始，國際上許多研究機構對量子點(diǎn)光學(xué)調控進(jìn)行了深入探索，然而這三個(gè)核心指標一直無(wú)法得到同時(shí)滿(mǎn)足，因而成為固態(tài)量子光學(xué)領(lǐng)域15年來(lái)懸而未決的重大挑戰。
2013年，潘建偉、陸朝陽(yáng)等首創(chuàng )量子點(diǎn)脈沖共振激發(fā)，實(shí)現了當時(shí)國際上全同性最好的單光子源，但由于量子點(diǎn)平面腔結構的限制，之前的實(shí)驗中熒光收集效率較低。為了大幅提高熒光提取效率，近期他們通過(guò)高精度分子束外延生長(cháng)與納米刻蝕工藝結合，獲得了低溫下與量子點(diǎn)單光子頻率共振的高品質(zhì)因子光學(xué)諧振腔。結果顯示，實(shí)驗產(chǎn)生的單光子源提取效率達到66%，單光子性?xún)?yōu)于99.1%，全同性?xún)?yōu)于98.6%，在國際上首次同時(shí)解決了單光子源的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，成為目前國際上綜合性能最優(yōu)秀的單光子源。
據了解，該實(shí)驗實(shí)現的量子點(diǎn)單光子源亮度比國際上最好的基于參量下轉換的觸發(fā)式單光子提高了10倍，同時(shí)具有接近完美的全同性，而且所需激光泵浦功耗降低1千萬(wàn)倍（納瓦量級），這樣的量子點(diǎn)單光子源可在將來(lái)應用于大規模光子糾纏，進(jìn)一步推動(dòng)多光子糾纏與干涉度量學(xué)的發(fā)展。
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