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單光子源是光學(xué)量子信息技術(shù)的核心資源。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)、霍永恒等和中山大學(xué)余思遠(yuǎn)小組、國(guó)家納米科學(xué)中心戴慶小組及德國(guó)、丹麥學(xué)者合作，在國(guó)際上首次提出橢圓微腔耦合實(shí)現(xiàn)確定性偏振單光子的理論方案，并在窄帶和寬帶兩種微腔上成功實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，為光學(xué)量子計(jì)算特別是超越經(jīng)典計(jì)算能力的“量子霸權(quán)”的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。論文近日在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上在線(xiàn)發(fā)表。審稿人評(píng)價(jià)該工作“解決了一個(gè)長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn)”。

一個(gè)完美的單光子源需要同時(shí)滿(mǎn)足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率等嚴(yán)苛條件。中國(guó)科大研究組從2013年起一直引領(lǐng)高性能單光子源的發(fā)展。然而，要實(shí)現(xiàn)完美的單光子源，還存在著兩個(gè)懸而未決的難題：一是量子點(diǎn)會(huì)隨機(jī)發(fā)射兩種偏振的光子，二是共振激發(fā)需要消除背景激光。

解決上述兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要理論和實(shí)驗(yàn)的同步創(chuàng)新。在理論上，中國(guó)科大研究組提出采用橢圓微腔打破對(duì)稱(chēng)性的方案，使腔模劈裂成兩個(gè)非簡(jiǎn)并的垂直偏振的模式，從而選擇性地增強(qiáng)單一偏振的單光子。在實(shí)驗(yàn)上，研究組發(fā)展了垂直偏振無(wú)損消光技術(shù)，從而同時(shí)解決了上述的兩個(gè)難題。在此基礎(chǔ)上，研究組分別在窄帶微柱和寬帶靶眼微腔中，實(shí)驗(yàn)制備同時(shí)滿(mǎn)足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，再次刷新了單光子源綜合性能的國(guó)際紀(jì)錄，為“量子霸權(quán)”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)了重要一步。這項(xiàng)成果標(biāo)志著我國(guó)在可擴(kuò)展光學(xué)量子信息技術(shù)方面在國(guó)際上進(jìn)一步擴(kuò)大領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)。(記者徐靖)