科技日報記者 張佳欣
據最新一期《自然·通訊》雜志報道，德國斯圖加特大學與維爾茨堡大學的研究團隊實現了一種在電信C波段按需工作的高質量單光子源，其光子不可區分性，達到目前該波段確定性光子源的最高水平，這是實現可擴展光子量子計算和量子通信的關鍵一步。
十多年來，量子光學領域始終缺乏一種既能按需產生、又具備高不可區分性的C波段單光子源，這一問題嚴重制約了基于光子的量子技術發展。
在光子量子技術中，光子的不可區分性是實現量子干涉和量子信息處理的基礎。只有在所有物理屬性上完全相同的光子，才能穩定地參與量子計算和量子網絡等應用。同時，為了適應現有光纖通信網絡，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表現優異，但其性能在電信波段明顯下降；另一類常用的自發參量下轉換光源雖可產生高質量光子，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%，難以滿足復雜量子協議需求。
針對上述瓶頸，團隊提出并實現了一種新的確定性單光子源方案，首次在電信C波段同時實現按需發射和高光子不可區分性，從而消除了該領域長期存在的關鍵技術障礙。
團隊提出的方案以砷化銦量子點為發射體，并集成于圓形布拉格光柵諧振腔中，以提高光子發射和收集效率。他們發現，通過利用晶體晶格振動（聲子）介導的激發方式，可顯著減少光子間差異，從而提升光子不可區分性。
在該模式下，在電信C波段實現了接近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波段達到實用水平，有望支撐基于測量的光子量子計算以及遠距離量子通信中的量子中繼等應用。
