中國科學(xué)家領(lǐng)銜實(shí)現(xiàn)高性能單光子源

單光子源是光學(xué)量子信息技術(shù)的核心資源。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、霍永恒等和中山大學(xué)余思遠(yuǎn)小組、國家納米科學(xué)中心戴慶小組及德國、丹麥學(xué)者合作，在國際上首次提出橢圓微腔耦合實(shí)現(xiàn)確定性偏振單光子的理論方案，并在窄帶和寬帶兩種微腔上成功實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，為光學(xué)量子計算特別是超越經(jīng)典計算能力的“量子霸權(quán)”的實(shí)現(xiàn)奠定了堅實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。論文近日在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上在線發(fā)表。審稿人評價該工作“解決了一個長期存在的挑戰(zhàn)”。

一個完美的單光子源需要同時滿足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率等嚴(yán)苛條件。中國科大研究組從2013年起一直引領(lǐng)高性能單光子源的發(fā)展。然而，要實(shí)現(xiàn)完美的單光子源，還存在著兩個懸而未決的難題：一是量子點(diǎn)會隨機(jī)發(fā)射兩種偏振的光子，二是共振激發(fā)需要消除背景激光。

解決上述兩個關(guān)鍵問題需要理論和實(shí)驗(yàn)的同步創(chuàng)新。在理論上，中國科大研究組提出采用橢圓微腔打破對稱性的方案，使腔模劈裂成兩個非簡并的垂直偏振的模式，從而選擇性地增強(qiáng)單一偏振的單光子。在實(shí)驗(yàn)上，研究組發(fā)展了垂直偏振無損消光技術(shù)，從而同時解決了上述的兩個難題。在此基礎(chǔ)上，研究組分別在窄帶微柱和寬帶靶眼微腔中，實(shí)驗(yàn)制備同時滿足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，再次刷新了單光子源綜合性能的國際紀(jì)錄，為“量子霸權(quán)”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)了重要一步。這項(xiàng)成果標(biāo)志著我國在可擴(kuò)展光學(xué)量子信息技術(shù)方面在國際上進(jìn)一步擴(kuò)大領(lǐng)跑的優(yōu)勢。（記者徐靖）