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中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等近期在國際上首次實現(xiàn)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(yōu),為實現(xiàn)基于固態(tài)體系的大規(guī)模光子糾纏和量子信息技術奠定了科學基礎。國際權威學術期刊《物理評論快報》、《自然》日前介紹了該項成果。
據(jù)介紹,量子點是通過分子束外延方法制備的半導體量子器件,又被稱為“人造原子”,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(diào)控進行了深入探索,然而這三個核心指標一直無法得到同時滿足,因而成為固態(tài)量子光學領域15年來懸而未決的重大挑戰(zhàn)。
2013年,潘建偉、陸朝陽等首創(chuàng)量子點脈沖共振激發(fā),實現(xiàn)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,近期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(chǎn)生的單光子源提取效率達到66%,單光子性優(yōu)于99.1%,全同性優(yōu)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(yōu)秀的單光子源。
據(jù)了解,該實驗實現(xiàn)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(fā)式單光子提高了10倍,同時具有接近完美的全同性,而且所需激光泵浦功耗降低1千萬倍(納瓦量級),可在將來應用于大規(guī)模光子糾纏,進一步推動多光子糾纏與干涉度量學的發(fā)展。
國際權威學術期刊《物理評論快報》1月15日以“編輯推薦”的形式發(fā)表了該項研究成果,并在美國物理學會的《物理》網(wǎng)站專門撰文介紹。英國《自然》雜志也在最近一期的“研究亮點”欄目以“可實用化的單光子源”為題對此做了專門報道。
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