科技日報記者 張佳欣

據(jù)最新一期《自然·通訊》雜志報道，德國斯圖加特大學(xué)與維爾茨堡大學(xué)的研究團隊實現(xiàn)了一種在電信C波段按需工作的高質(zhì)量單光子源，其光子不可區(qū)分性，達(dá)到目前該波段確定性光子源的最高水平，這是實現(xiàn)可擴展光子量子計算和量子通信的關(guān)鍵一步。

十多年來，量子光學(xué)領(lǐng)域始終缺乏一種既能按需產(chǎn)生、又具備高不可區(qū)分性的C波段單光子源，這一問題嚴(yán)重制約了基于光子的量子技術(shù)發(fā)展。

在光子量子技術(shù)中，光子的不可區(qū)分性是實現(xiàn)量子干涉和量子信息處理的基礎(chǔ)。只有在所有物理屬性上完全相同的光子，才能穩(wěn)定地參與量子計算和量子網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。同時，為了適應(yīng)現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)，光子源還必須工作在光纖損耗最低的電信C波段。

此前，基于量子點的單光子源雖在較短波長范圍內(nèi)表現(xiàn)優(yōu)異，但其性能在電信波段明顯下降；另一類常用的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換光源雖可產(chǎn)生高質(zhì)量光子，卻具有隨機性，難以在同一時刻提供多個光子。已報道的電信C波段確定性光子源，其雙光子干涉可見度最高僅72%，難以滿足復(fù)雜量子協(xié)議需求。

針對上述瓶頸，團隊提出并實現(xiàn)了一種新的確定性單光子源方案，首次在電信C波段同時實現(xiàn)按需發(fā)射和高光子不可區(qū)分性，從而消除了該領(lǐng)域長期存在的關(guān)鍵技術(shù)障礙。

團隊提出的方案以砷化銦量子點為發(fā)射體，并集成于圓形布拉格光柵諧振腔中，以提高光子發(fā)射和收集效率。他們發(fā)現(xiàn)，通過利用晶體晶格振動（聲子）介導(dǎo)的激發(fā)方式，可顯著減少光子間差異，從而提升光子不可區(qū)分性。

在該模式下，在電信C波段實現(xiàn)了接近92%的雙光子干涉可見度，這是目前報道過的該波段確定性單光子源最高值。這一成果使確定性量子點單光子源首次在電信C波段達(dá)到實用水平，有望支撐基于測量的光子量子計算以及遠(yuǎn)距離量子通信中的量子中繼等應(yīng)用。