科技日報記者 張佳欣
單光子的可控產生是量子網絡、量子計算等量子技術的重要基礎。包括德國柏林洪堡大學在內的研究團隊，采用飛秒級（1飛秒=千萬億分之一秒）超快激光脈沖，實現了目前金剛石量子系統中速度最快的光學控制操作，為單光子的高效可控生成提供了新的技術路徑。這項研究使基于金剛石的量子通信和分布式量子計算技術向實際應用邁出重要一步。相關成果發表于最新一期《自然·通訊》雜志。
長期以來，量子技術面臨的一大挑戰是如何利用激光控制量子比特，同時又能清晰地探測量子比特發射的光子，并作為信息載體加以利用。傳統方法往往依賴于復雜的光學濾波技術，不僅降低系統效率，也限制了未來規模化應用。
此次，研究團隊開發的新方法解決了上述難題。他們聚焦于一種特殊的金剛石晶體，其晶體原子結構中存在一種特定缺陷，即“錫空位中心”，也被稱為“色心”。這些原子結構可作為穩定的量子比特，能夠存儲和處理量子信息，并與光子實現耦合。
利用新方法，團隊通過兩束精確調控的激光脈沖激發量子系統，使控制激光與攜帶量子信息的單光子更容易區分，從而顯著提高光子利用效率。
超快激光脈沖使量子態操控進入全新的時間尺度，為實現更快速、更復雜的量子操作提供了可能，同時也為構建實用化量子通信網絡奠定基礎。此外，研究還發現，新方法能保持系統內部的量子自旋態。這一成果也使金剛石量子中繼器和分布式量子計算機距離實際應用更進一步。
