量子点技术改进多光子态生成

由因斯布鲁克大学的 Gregor Weihs 共同领导的光子学研究小组开发了一种从量子点生成多光子态的新技术，克服了传统方法的局限性。这在安全的量子密钥分发协议中具有直接应用，可以实现与不同方同时安全通信。

量子点——可以按需发射单光子的半导体纳米结构——被认为是光子量子计算最有前途的来源之一。然而，每个量子点都略有不同，可能会发出略有不同的颜色。这意味着要产生多光子态，我们不能使用多个量子点。

通常，研究人员使用单个量子点，并使用快速电光调制器将发射复用为不同的空间和时间模式。技术挑战在于，更快的电光调制器价格昂贵，并且通常需要非常定制的工程。除此之外，它们可能效率不高，这会给系统带来不必要的损失。

由因斯布鲁克大学实验物理系光子学小组的 Vikas Remesh 共同领导的国际研究团队，包括剑桥大学、约翰内斯开普勒大学林茨大学和其他机构的研究人员，现在展示了一种优雅的解决方案，可以避开这些限制。

他们的方法使用一种称为受激双光子激发的纯光学技术，直接从量子点生成不同偏振态的光子流，而无需任何有源开关组件。该团队通过生成具有出色单光子特性的高质量双光子态来展示他们的技术。

该作品发表在 npj Quantum Information 上。

该研究的第一作者 Yusuf Karli 和 Iker Avila Arenas 解释道：“该方法的工作原理是首先用精确定时的激光脉冲激发量子点以产生双激子态，然后是偏振控制的刺激脉冲，在所需的偏振中确定性地触发光子发射。”

Iker Avila Arenas 说：“在光子学小组工作完成硕士论文对我来说是一次美妙的经历”。他是 2022-2024 年伊拉斯谟世界光子学安全可靠性和安全联合硕士项目的一员，并在因斯布鲁克度过了六个月。

该研究的首席研究员 Remesh 指出：“这种方法之所以特别优雅，是因为我们已经将复杂性从单光子发射后昂贵的、引起损耗的电子元件转移到了光激发阶段，这是使量子点源在现实世界应用中更加实用方面向前迈出了重要一步”。

展望未来，研究人员设想扩展该技术，使用专门设计的量子点生成具有任意线性偏振态的光子。

因斯布鲁克光子学研究小组负责人 Weihs 解释说：“这项研究直接应用于安全量子密钥分发协议，其中多个独立的光子流可以实现与不同方同时安全通信，以及多光子干涉实验，这对于测试量子力学的基本原理也非常重要。”

该研究代表了量子光学、半导体物理学和光子工程专业知识的合作成果。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41534-025-01083-0