用于量子信息科学的下一代单光子源

脉冲源40次基本上保证每次运行至少产生一对光子。 

而且，光子存储在其中的延迟线每个周期的丢失率仅为1.2%;因为源被脉冲了很多次，所以低丢失率至关重要。否则，很容易丢失前几个脉冲中产生的光子。 

当最终释放光子时，它们将以高效率耦合到单模光纤中。这是光子需要在量子信息应用中有用的状态。

Kwiat指出，以这种方式产生光子所带来的效率提高是显着的。例如，如果某个应用程序要求使用12光子源，则可以排成一行6个独立的SPDC源，并在它们各自同时产生一对时等待事件。 

Kwiat指出：“目前，使用这些多个光子状态的世界上竞争最好的实验必须等待大约两分钟，直到它们发生一次这样的事件。” “他们每秒以8000万次的频率跳动-他们正在非常非常频繁地尝试-但他们每隔两分钟就会收到一次此事件，其中每个源都精确地产生一对光子。

“我们可以根据速率计算出能够产生类似结果的可能性。实际上，我们的行驶速度要慢得多，因此，我们仅每2微秒进行一次尝试-他们尝试了160次是我们的效率的两倍。但是由于使用多路复用技术我们的效率要高得多，因此我们实际上每秒能够产生大约4,000个12光子事件。” 

换句话说，Kwiat和Kaneda的生产率提高了约500,000倍。 

但是，正如Kwiat指出的那样，仍有一些问题需要解决。一个问题源于下转换过程的随机性：有可能产生多个光子对，而不是单个光子对。此外，由于此实验中使用的下变频处理效率相对较低，因此以较高的速率“驱动”了信号源，从而增加了生成此类多余的多对信号的可能性。 

即使考虑到潜在的多光子事件，该实验的效率水平也是世界纪录。 

那么下一步是什么，Kwiat团队将如何解决这些罕见的不需要的多光子事件？ 

目前在Kwiat研究小组工作的研究生Colin Lualdi正在研究用光子数解析探测器升级光源，该探测器将在触发延迟线存储多光子事件之前将其丢弃。这种改进将完全消除多光子事件的问题。 

Kwiat团队正在进行的另一个研究领域将提高单光子源设备各个部分的效率。Lualdi认为，未来的改进将推动单光子生产的速度远远超过当前的实验。 

Lualdi解释说：“最终目标是能够准备单一的纯量子态，我们可以用它们来以超越经典方法的方式来编码和处理信息。” “这就是为什么这些源产生单个光子非常重要。如果源意外地生成两个光子而不是一个，那么我们就没有所需的基本构件。” 

为了能够利用这些光子量子位执行任何有意义的量子信息处理，需要大量的电源。 

正如Kwiat所说，“该领域正在超越仅用一两个光子进行实验。人们现在正在尝试对10至12个光子进行实验，最终我们希望拥有50至100个光子。” 

Kwiat推断，这项工作所取得的进步可以为高效产生30多个光子的能力铺平道路。Kwiat和Kaneda的研究结果使我们更加接近实现光量子信息处理的现实。