记者2日从北京量子信息科学研究院获悉,该院袁之良团队与中国科学院半导体所牛智川团队携手攻关,在固态量子光源研制领域取得重大进展。
研究成果当日在国际权威期刊《自然·材料》发表,标志着我国在单量子点双光子态制备技术上实现关键跨越。
量子光源作为量子信息技术的核心部件,其性能直接决定着量子通信、量子计算等前沿领域的发展水平。
其中,确定性双光子光源在量子精密测量、量子成像及量子生物医学等应用场景中扮演着不可替代的角色。
然而,长期以来,该领域面临两大技术瓶颈:一是传统光源在产生双光子过程中易受多余光子干扰,难以获得纯净稳定的输出;二是基于单量子点的技术路线虽能提供更好的可控性,但普遍存在转换效率偏低、双光子纯度不达标等问题,严重制约了实用化进程。
面对这一世界性难题,科研团队另辟蹊径,创新性地设计了独特的激发方案。
研究人员通过精准调控半导体量子点微柱腔结构,使单个电子空穴对能够确定性地跃迁至长寿命暗激子状态,从而实现了对双激子态的高效、精确填充。
在此基础上,团队进一步利用能级简并特性,让单一共振模式同步增强两级光子辐射过程,在确保光子纯度的前提下,显著提升了双光子的整体发射效率。
实验数据显示,这款新型量子光源展现出优异的性能指标:在脉冲激发条件下,98.3%的发射光子以成对形式呈现,双光子发射效率高达29.9%,两项核心指标均达到国际同类固态量子光源的最高水平。
更为重要的是,研究团队建立了完整的理论模型,系统阐释了这一发光机制的物理本质,为后续技术优化指明了方向。
业内专家认为,此次突破的意义不仅在于性能参数的提升,更在于为固态量子光源的实用化开辟了可行路径。
高纯度、高效率的双光子源将有力推动量子精密测量技术向更高灵敏度发展,为量子成像系统提供更可靠的光源保障,并为量子生物医学等新兴交叉领域的探索创造条件。
据了解,该项目获得国家自然科学基金等科研计划支持。
当前,团队正着手开展器件集成化研究,力争尽快实现从实验室样机向工程化产品的转化。
量子科技的竞争，既体现在算法与系统架构，更落实在每一个关键器件的可控与可靠。
双光子光源指标的跃升，是基础研究与工程思维相互牵引的结果。
面向未来，持续在核心器件上形成可复制、可扩展的技术体系，才能为量子测量、量子成像等应用落地提供更坚实的支撑，并在新一轮科技革命与产业变革中把握主动权。