在通往量子互联网的道路上，科学家们一直在寻找既能 “高保真” 又能 “高效率” 传输信息的理想光源。日前，北京量子信息科学研究院传来捷报：该院袁之良团队联合中国科学院半导体研究所牛智川团队，在固态量子光源研究领域取得突破性进展，成功研发出一款高效率、高纯度的双光子发射器。这项成果打破了长期以来制约量子通信与量子计算发展的关键技术瓶颈，相关论文已发表于国际顶级学术期刊《自然・材料》（Nature Materials）。

这一里程碑式成果，不仅标志着我国在量子信息关键器件研发上走在世界前列，更为构建实用化、规模化的量子互联网迈出了坚实一步。

量子光源是量子信息体系的 “核心芯片”，双光子态则是实现量子纠缠、量子门操作的基础资源。长期以来，固态量子点双光子源始终面临效率低、纯度不足的行业瓶颈，难以同时满足实用化要求。

“为了方便理解，我们可以打个比方：一扇门需要两个人同时按下两个按钮才能打开，一个人手不够长，肯定无法独自出去，要想办法让两个人一起出去 —— 这就是我们所做的工作。” 量子院首席科学家袁之良解释道。原理看似简单，实现起来却极为困难。在半导体量子点中，电子被激发后会快速弛豫到基态并辐射光子，就像一个人进门后立刻出去，很难等到 “同伴” 再一同行动。

面对这一挑战，研究团队另辟蹊径，提出并实现了一套全新解决方案。团队将单个 In (Ga) As 量子点嵌入微柱光学腔中，利用 p 壳层共振激发技术，选择性地将载流子填充至长寿命的暗激子态，从而绕过亮激子的快速辐射复合通道，实现对双激子态的高效、确定性加载。

实验数据显示，该器件性能达到国际领先水平：
·高纯度：脉冲激发下，98.3% 的发射光子以成对形式出现；
·高效率：双光子发射效率达 29.9%；
·强聚束：弱连续光激发下，零延迟二阶关联函数 g(2)(0) 高达 3966。

这是目前全球范围内，固态量子光源中唯一同时实现高纯度与高效率的双光子发射器件。
本次突破依托微纳结构精准调控与激发路径创新，首次在单量子点体系中实现确定性、高效率、高纯度的双光子输出，彻底解决 “效率与纯度不可兼得” 的行业难题，为固态量子光源从实验室走向实用化扫清核心障碍。

“它们在时间上永远同步，能量也同步。” 袁之良介绍，这种特性可在精密测量和量子成像中发挥重要作用。量子院助理研究员吴邦补充了更多应用场景：“双光子成像可以更好地分辨样品，抑制背景噪声，获得分辨率更高的图像。未来随着技术进步，可将这些微米级光源做成阵列，就像手机芯片一样，实现更大范围的成像应用。”

文章来自：电子发烧友