近日，中山大學(xué)物理學(xué)院王雪華、劉進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志在線發(fā)表其主導(dǎo)的最新研究成果——一種全新的腔誘導(dǎo)自發(fā)雙光子輻射方案，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)與單光子輻射強(qiáng)度相當(dāng)?shù)淖园l(fā)雙光子輻射，研發(fā)出保真度高達(dá)99.4%的按需觸發(fā)式新型微納量子糾纏光源。

這一成果將為新一代量子精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，以及功能化光量子信息處理芯片的構(gòu)建提供關(guān)鍵支撐。

論文截圖

論文第一作者、中山大學(xué)物理學(xué)院副教授劉順發(fā)解釋，某些特殊材料，如他們采用的“人造原子”結(jié)構(gòu)，有概率在同一時(shí)刻發(fā)射兩個(gè)緊密關(guān)聯(lián)的光子，這種現(xiàn)象被稱為“自發(fā)雙光子輻射”。

在20世紀(jì)60年代，研究人員就已提出自發(fā)雙光子輻射的理論預(yù)言，但“雙胞胎”光子的產(chǎn)生概率通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單光子產(chǎn)生概率，實(shí)驗(yàn)上幾乎無(wú)法觀測(cè)。近40年來(lái)，國(guó)際上眾多研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多種實(shí)驗(yàn)嘗試，該領(lǐng)域仍未能取得實(shí)質(zhì)性突破。

如今，半導(dǎo)體的材料生長(zhǎng)與器件加工技術(shù)的突破為自發(fā)雙光子輻射的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)提供了關(guān)鍵支持。對(duì)此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了超高品質(zhì)的光學(xué)微腔，這種光學(xué)微腔為“雙胞胎”光子的產(chǎn)生搭建了專屬通道，在實(shí)驗(yàn)中將雙光子的輻射效率從小于0.1%提升到了約50%，從而使制備可控觸發(fā)的糾纏光子對(duì)源成為可能。

論文第一作者劉順發(fā)副教授開展量子光學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)

該研究基于納米尺寸的固態(tài)“人造原子”結(jié)構(gòu)，提出了一種腔誘導(dǎo)的自發(fā)雙光子輻射方案，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了與單光子輻射強(qiáng)度相當(dāng)?shù)淖园l(fā)雙光子輻射，成功制備出保真度高達(dá)99.4%的按需觸發(fā)式新型微納量子糾纏光源。這一指標(biāo)意味著團(tuán)隊(duì)的糾纏光子“心靈感應(yīng)”的強(qiáng)度極高，也顯示出這項(xiàng)技術(shù)在提升量子通信安全性、量子計(jì)算可靠性、量子計(jì)量精度等方面的巨大潛力。

自發(fā)雙光子輻射。（a）雙光子糾纏概念圖；（b）腔誘導(dǎo)的自發(fā)雙光子輻射光譜；（c）自發(fā)雙光子輻射的量子關(guān)聯(lián)特性。

《自然》雜志審稿人認(rèn)為其是“雙光子研究領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”“實(shí)現(xiàn)了保真度創(chuàng)紀(jì)錄的糾纏光子對(duì)”。劉順發(fā)表示，下一步，團(tuán)隊(duì)將利用研究中實(shí)現(xiàn)的高保真度糾纏光源和高純度雙光子源，繼續(xù)開展量子精密測(cè)量與量子通信應(yīng)用方面的研究。

王雪華教授團(tuán)隊(duì)成員合照

參考來(lái)源

中山大學(xué)《Nature+1！中大科研團(tuán)隊(duì)研制出新型量子糾纏光源》

https://mp.weixin.qq.com/s/vQ0W3dn4kj6IqgTVA8QCHA

中國(guó)能源報(bào)《突破性進(jìn)展！我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)→》

https://mp.weixin.qq.com/s/tYOsvJu6qgAK2WS2tcND0A

圖片來(lái)源同上，非商業(yè)用途，若構(gòu)成侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們進(jìn)行刪除