潘建伟等国际首次实现综合性能最优单光子源

最近，中国科技大学的潘剑伟和陆朝阳在世界上首次实现了基于半导体量子点的高效率、高各向同性单光子源。它们的综合性能达到了国际最佳水平，为实现基于固态系统的大规模光子纠缠和量子信息技术奠定了基础。相关结果最近以编辑推荐的形式发表在《物理评论快报》上。

量子点是通过分子束外延制备的半导体量子器件，也称为“人工原子”。原则上，量子点可以为量子信息技术提供理想的单光子源。为了在可扩展和实用的量子信息技术中使用，单光子器件必须满足三个核心性能指标:单光子、高各向同性和高提取效率。尽管自2000年以来，许多国际研究机构对量子点的光学控制进行了深入的探索，但这三个核心指标并没有同时得到满足，从而成为过去15年来固体量子光学领域的一个重大挑战。

2013年，潘剑伟、卢朝扬等人发起量子点脉冲共振激发，实现了当时世界上最好的单光子源，但之前实验中的荧光收集效率较低。为了大大提高荧光提取效率，他们将高精度分子束外延生长与纳米刻蚀工艺相结合，在低温下获得了一个与量子点在单光子频率下共振的高品质因子光学谐振腔。结果表明，实验产生的单光子源提取效率达到66%，单光子性能优于99.1%，各向同性优于98.6%。单光子源的三个关键问题在世界上首次同时得到解决，单光子源已经成为目前世界上综合性能最好的光源。

本实验实现的量子点单光子源的亮度是世界上基于参量下转换的最佳触发单光子的10倍。同时，量子点单光子源具有近乎完美的各向同性，并且所需的激光泵浦功率消耗减少了1000万倍(在纳瓦数量级)。这种量子点单光子源可以应用于未来的大规模光子纠缠。