国际科研团队实现一种高质量单光子源

日前，德国斯图加特大学与维尔茨堡大学的研究团队实现了一种在电信C波段按需工作的高质量单光子源，其光子不可区分性，达到目前该波段确定性光子源的最高水平，这是实现可扩展光子量子计算和量子通信的关键一步。相关研究成果近期发布在《自然·通讯》杂志上。

十多年来，量子光学领域始终缺乏一种既能按需产生、又具备高不可区分性的C波段单光子源，这一问题严重制约了基于光子的量子技术发展。

在光子量子技术中，光子的不可区分性是实现量子干涉和量子信息处理的基础。只有在所有物理属性上完全相同的光子，才能稳定地参与量子计算和量子网络等应用。同时，为了适应现有光纤通信网络，光子源还必须工作在光纤损耗最低的电信C波段。

此前，基于量子点的单光子源虽在较短波长范围内表现优异，但其性能在电信波段明显下降；另一类常用的自发参量下转换光源虽可产生高质量光子，却具有随机性，难以在同一时刻提供多个光子。已报道的电信C波段确定性光子源，其双光子干涉可见度最高仅72%，难以满足复杂量子协议需求。

针对上述瓶颈，团队提出并实现了一种新的确定性单光子源方案，首次在电信C波段同时实现按需发射和高光子不可区分性，从而消除了该领域长期存在的关键技术障碍。

团队提出的方案以砷化铟量子点为发射体，并集成于圆形布拉格光栅谐振腔中，以提高光子发射和收集效率。他们发现，通过利用晶体晶格振动（声子）介导的激发方式，可显著减少光子间差异，从而提升光子不可区分性。

在该模式下，在电信C波段实现了接近92%的双光子干涉可见度，这是目前报道过的该波段确定性单光子源最高值。这一成果使确定性量子点单光子源首次在电信C波段达到实用水平，有望支撑基于测量的光子量子计算以及远距离量子通信中的量子中继等应用。