我國單光子源國際綜合性能最優

英佳

中國科技大學潘建偉、陸朝陽等近日在國際上首次實現基于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，為實現基于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。

量子點是通過分子束外延方法制備的半導體量子器件，原理上可以為量子信息技術提供理想的單光子源。為了能夠真正用于可擴展、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。盡管從2000年開始，國際上許多研究機構對量子點光學調控進行了深入探索，然而這三個核心指標一直無法同時滿足，因而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沖共振激發，實現了當時國際上全同性最好的單光子源。但由于量子點平面腔結構的限制，之前的實驗中熒光收集效率較低。為了大幅提高熒光提取效率，他們通過高精度分子束外延生長與納米刻蝕工藝結合，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。結果顯示，實驗產生的單光子源提取效率達到66%，單光子性優于99.1%，全同性優于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。

該實驗實現的量子點單光子源亮度比國際上最好的基于參量下轉換的觸發式單光子提高了10倍，而且所需激光泵浦功耗降低1千萬倍（納瓦量級）。這樣的量子點單光子源可在將來應用于大規模光子糾纏，進一步推動多光子糾纏與干涉度量學的發展。