中國科學家領銜實現(xiàn)高性能單光子源

單光子源是光學量子信息技術(shù)的核心資源。中國科學技術(shù)大學潘建偉、陸朝陽、霍永恒等和中山大學余思遠小組、國家納米科學中心戴慶小組及德國、丹麥學者合作，在國際上首次提出橢圓微腔耦合實現(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驗實現(xiàn)了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，為光學量子計算特別是超越經(jīng)典計算能力的“量子霸權(quán)”的實現(xiàn)奠定了堅實的科學基礎。論文近日在國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然·光子學》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苛條件。中國科大研究組從2013年起一直引領高性能單光子源的發(fā)展。然而，要實現(xiàn)完美的單光子源，還存在著兩個懸而未決的難題：一是量子點會隨機發(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驗的同步創(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，從而選擇性地增強單一偏振的單光子。在實驗上，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。在此基礎上，研究組分別在窄帶微柱和寬帶靶眼微腔中，實驗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錄，為“量子霸權(quán)”目標的實現(xiàn)邁進了重要一步。這項成果標志著我國在可擴展光學量子信息技術(shù)方面在國際上進一步擴大領跑的優(yōu)勢。（記者徐靖）