快訊：中外合作實現無激光背景高效率高品質單光子源

記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、陸朝陽教授等和德國維爾茲堡大學、英國劍橋大學相關小組合作，在國際上首創雙色脈沖相干激發理論，為光和原子的相互作用等基礎量子光學問題的研究打開了新思路。研究組通過該方法在微腔耦合的半導體量子點體系上實驗實現了無激光背景的高效率和高品質的單光子源，為實現超越經典計算能力的量子計算這一國際學術界稱之為“量子稱霸”的里程碑目標提供了新工具。相關論文近日發表在國際學術期刊《自然·物理》上。

利用電磁脈沖共振驅動和操縱量子比特被廣泛應用于包括離子阱、固態缺陷、超導量子線路等各種物理體系的量子信息技術。然而，基于單色光的共振激發方法在提升光子品質的同時，激發光會帶來本底噪聲，一般需要高精度的極化濾波去除，因而會導致50%的效率損失。這個效率損失使操縱多個光子的成功率下降，成為以“波色取樣”任務實現超越經典計算能力的“量子霸權”目標的重要障礙。

為了解決這個長期存在的前沿問題，研究團隊設計了雙色脈沖相干激發方法，采用兩個相位鎖定的雙色失諧脈沖激發量子二能級系統。通過理論和實驗相結合的研究方法，發現雙色失諧脈沖結合不僅可以抵消失諧，有效驅動二能級量子系統，同時，因為頻率上沒有和單光子重疊，可直接通過頻率濾波將激光有效濾除，從而得到高品質的單光子。

這個全新的方法和實驗技術為光和二能級原子的相互作用等基礎量子光學問題提供了新的手段，也向著“量子霸權”的科學目標邁進了堅實的一步。