光学量子信息技术所需要的完美单光子源,要同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率这4个几乎相互矛盾的严苛条件。从2000年以来,美国加州大学等相继在单光子源研究方向取得进展,但其品质还不能满足实用化需要。

2013年以来,我国潘建伟、陆朝阳等人在国际上首创了量子点脉冲共振激发技术,开始引领高性能单光子源的发展。但要实现完美的单光子源,还有两个重大技术难题需要逾越:一是量子点会随机发射两种偏振的光子,二是共振激发需要消除背景激光。

近期,中科大潘建伟团队在国际上首次提出了椭圆微腔耦合实现确定性偏振单光子的理论方案。他们与中山大学余思远研究组、国家纳米科学中心戴庆研究组、德国维尔茨堡大学霍夫林研究组以及丹麦科技大学格里格森研究组合作,在实验上发展出垂直偏振无损消光技术,解决了上述两大难题。在此基础上,他们分别在窄带微柱和宽带靶眼微腔中,实验制备出同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源,再次刷新了单光子源综合性能的国际纪录,为实现超越传统经典计算机的“量子霸权”科学目标迈出重要一步。

据介绍,这项成果标志着我国在可扩展光学量子信息技术研究方面继续保持国际领跑。《自然·光子学》审稿人评价称,这项成果“解决了一个长期存在的挑战”“是巨大的一步”。

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