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中国科学家领衔实现高性能单光子源

本报合肥8月13日电  (记者徐靖)单光子源是光学量子信息?#38469;?#30340;核心资源。中国科学?#38469;?#22823;学潘建伟、陆朝阳、霍永恒等和中山大学余思远小组、国家纳米科学中心戴庆小组及德国、丹麦学者合作,在国际上首次提出椭圆微腔耦合实现确定性偏振单光子的理论方案,并在窄带和宽带两种微腔上成功实验实现了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效?#23454;?#21333;光子源,为光学量子计算特别是超越经典计算能力的“量子霸权”的实现奠定?#24605;?#23454;的科学基础。论文近日在国际权威学术期刊《自然·光子学》上在线发表。审稿人评价该工作“解决了一个长期存在的挑战”。

一个完美的单光子源需要同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效?#23454;?#20005;苛条件。中国科大研究组从2013年起一直引领高性能单光子源的发展。然而,要实现完美的单光子源,还存在着两个悬而未决的难题: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。

解决上述两个关键问题需要理论和实验的同步创新。在理论上,中国科大研究组提出采用椭圆微腔打破对称性的方案,使腔模劈裂成两个非简并的垂直偏振的模式,从而选择性地增强单一偏振的单光子。在实验上,研究组发展了垂直偏振无损消光?#38469;酰?#20174;而同时解决了上述的两个难题。在此基础上,研究组分别在窄带微柱和宽带靶眼微腔中,实验制备同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效?#23454;?#21333;光子源,再次刷新了单光子源综合性能的国际纪录,为“量子霸权”目标的实现迈进了重要一步。这项成果标志着我国在可扩展光学量子信息?#38469;?#26041;面在国际上进一步扩大领跑的优势。

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