中山大学王雪华课题组：关键量子信息器件——“三高”量子纠缠光源研究学术资讯

来源：中国激光

量子光源是量子信息和量子光电集成芯片不可或缺的量子器件，实用化要求其必须同时具有“高效率、高纠缠保真度和高不可区分性”。由于n个纠缠光子的总效率是单光子效率的n次方，所以实现高效纠缠光子源是件极端困难的事情。

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传统自发参量下转换（SPDC）具有高纠缠保真度和高不可区分性，但其不仅收集效率很低，而且本质上是概率性的，限制了量子光源的可扩展性和可重复性。基于量子点（或其它辐射子）的量子光源可根据需要由外部电脉冲或光脉冲触发来产生确定性的单光子或纠缠光子对，但低收集效率并未得到改善。

受以上因素的影响，国际上量子纠缠光源的研究一直停滞于“高纠缠保真度和高不可区分性”的“二高”水平。实现高亮度、高纠缠保真度和高不可区分性的“三高”量子纠缠光子源一直是量子信息科学领域亟待解决的一个重大挑战。

中山大学王雪华教授团队瞄准这一国际前沿重大挑战，基于量子光辐射控制理论，提出一种能克服光子侧向和背向泄漏、并能极大提高光子前向出射的新型微纳“射灯”结构，其单光子理论收集效率在较大的带宽中超过90%、最高可达95%，如图1所示。

该“射灯”结构量子光源的实验制备难度极大，因为它要求三大核心微纳制备技术：厚度160 nm的量子点薄膜转移技术；精度小于10 nm的量子点光学精确定位技术；环形槽宽度制备精度小于5 nm的高质量牛眼微纳结构制备技术。为实验制备出这一性能优越的量子纠缠光源，王雪华教授团队自2013年开始，从零起步，坚持不懈，不断探索，先后发展和掌握了上述三大核心微纳制备技术，在国际上率先制备出同时具备“三高”的量子纠缠光子对源。

图1 按需产生极化纠缠光子对的量子点光源

该成果以“A solid-state source of strongly entangled photon pairs with high brightness and indistinguishability”为题发表于Nature Nanotechnology 14，586，2019，该工作中的量子点样品由奥地利林茨大学Armando Rastelli教授研究组提供。论文第一作者为中山大学刘进教授和苏榕彬博士，通讯作者为奥地利林茨大学Armando Rastelli教授、中山大学李俊韬教授和王雪华教授。

该研究工作得到了国家科技部重点研发计划，国家自然科学基金，广东省重大科技专项和自然科学基金，中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州市集成光子系统与应用重点实验室及中山大学国家超级计算广州中心的支持。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41565-019-0435-9

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来源：optics1964 中国激光

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