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在一場長達15年的國際競賽中，中國科學技術(shù)大學潘建偉、陸朝陽研究小組率先登頂，首次實現(xiàn)了同時兼?zhèn)洹叭�項全能”最�?yōu)指標的單光子源，為實現(xiàn)高效率的多光子糾纏和可實用量子信息技術(shù)開辟了一條新路。

　　對單光子的制備、操縱和測量是量子信息技術(shù)（包括量子網(wǎng)絡(luò)、量子計算）最基礎(chǔ)的部分。如果把大規(guī)�？蓪嵱没�的光學量子信息處理器看成一幢大房子，那么單光子就是一步一步壘成這個房子的磚頭。房子要造得高，磚頭的質(zhì)量很關(guān)鍵。為了能夠真正用于可擴展、實用化的量子信息技術(shù)，單光子器件必須同時滿足三個核心性能指標：單光子性、高全同性和高提取效率。

　　從2000年開始，國際上許多研究機構(gòu)對半導體量子點的光學調(diào)控進行了長期和大量的探索，然而這三個核心指標一直存在著此消彼長的問題，無法得到同時滿足，因此，制備同時滿足三項性能指標的單光子源成為固態(tài)量子光學領(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)量子點脈沖共振激發(fā)（Nature Nanotechnology 8, 213 (2013)），實現(xiàn)了當時國際上全同性最好的單光子源，這一技術(shù)很快成為國際上公認的制備高質(zhì)量單光子源的最佳利器。然而，之前的工作仍受到低收集效率的限制。

　　單光子源的物理實現(xiàn)

　　量子點微柱的掃描電子顯微鏡圖像

　　量子點微柱光子發(fā)射的數(shù)值模擬

　　單光子的收集提取效率

　　為了大幅提高熒光提取效率，該研究組通過高精度分子束外延生長和納米刻蝕工藝結(jié)合，獲得了低溫下與量子點單光子頻率共振的高品質(zhì)因子光學諧振腔。由此，實驗產(chǎn)生的單光子源提取效率達到66%，單光子性優(yōu)于99.1%，全同性優(yōu)于98.6%，在國際上首次同時解決了單光子源的三個關(guān)鍵問題，成為目前國際上綜合性能最優(yōu)秀的單光子源。該成果發(fā)表在Phys. Rev. Lett. [116, 020401 (2016)]上。在隨后的工作中，研究組進一步證明光子之間的高全同性可以保持15 μs以上，可支持大于1000個光子的大尺度光學量子信息研究（Phys. Rev. Lett. 116, 213601 (2016)）。

　　實驗實現(xiàn)的量子點單光子源亮度比國際刻章機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，同時具有接近完美的全同性，而且所需激光抽運功耗降低1千萬倍（納瓦量級），這樣的量子點單光子源可在將來極大地推動多光子糾纏與干涉度量學的發(fā)展。這項工作被審稿人評價為“實驗杰作”（tour-de-force）。

　　該論文發(fā)表后，得到《自然》、《物理世界》等多家國內(nèi)外著名學術(shù)期刊和專業(yè)媒體的報道。在短短半年時間內(nèi)，該工作已經(jīng)被國際上包括美國國家技術(shù)標準局、劍橋大學、牛津大學、布里斯托大學等在內(nèi)的40多家知名研究機構(gòu)正面引用。中國科學家首創(chuàng)的脈沖共振熒光新技術(shù)激發(fā)了世界范圍內(nèi)新一輪固態(tài)量子光學研究熱潮。