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潘建偉等國(guó)際首次實(shí)現(xiàn)綜合性能最優(yōu)單光子源

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2016-01-27 來源:中國(guó)科學(xué)報(bào)瀏覽次數(shù):259
   中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等近日在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的高效率和高全同性的單光子源,綜合性能達(dá)到國(guó)際最優(yōu),為實(shí)現(xiàn)基于固態(tài)體系的大規(guī)模光子糾纏和量子信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)成果近日以編輯推薦形式發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。
 
  量子點(diǎn)是通過分子束外延方法制備的半導(dǎo)體量子器件,又被稱為“人造原子”,原理上可以為量子信息技術(shù)提供理想的單光子源。為了能夠用于可擴(kuò)展、實(shí)用化的量子信息技術(shù),單光子器件必須同時(shí)滿足三個(gè)核心性能指標(biāo):?jiǎn)喂庾有?、高全同性和高提取效率。盡管從2000年開始,許多國(guó)際研究機(jī)構(gòu)對(duì)量子點(diǎn)光學(xué)調(diào)控進(jìn)行了深入探索,然而這三個(gè)核心指標(biāo)一直無法同時(shí)滿足,因而成為固態(tài)量子光學(xué)領(lǐng)域15年來懸而未決的重大挑戰(zhàn)。
 
  2013年,潘建偉、陸朝陽等首創(chuàng)量子點(diǎn)脈沖共振激發(fā),實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)國(guó)際上全同性最好的單光子源,但之前的實(shí)驗(yàn)中熒光收集效率較低。為大幅提高熒光提取效率,他們通過高精度分子束外延生長(zhǎng)與納米刻蝕工藝結(jié)合,獲得了低溫下與量子點(diǎn)單光子頻率共振的高品質(zhì)因子光學(xué)諧振腔。結(jié)果顯示,實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的單光子源提取效率達(dá)到66%,單光子性優(yōu)于99.1%,全同性優(yōu)于98.6%,在國(guó)際上首次同時(shí)解決了單光子源的三個(gè)關(guān)鍵問題,成為目前國(guó)際上綜合性能最優(yōu)秀的單光子源。
 
  該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的量子點(diǎn)單光子源亮度比國(guó)際上最好的基于參量下轉(zhuǎn)換的觸發(fā)式單光子提高了10倍,同時(shí)具有接近完美的全同性,而且所需激光泵浦功耗降低1千萬倍(納瓦量級(jí)),這樣的量子點(diǎn)單光子源可在將來應(yīng)用于大規(guī)模光子糾纏。
 
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