观察者网14日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟小组与其合作者，首次实现了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源，为光学量子计算，特别是超越经典计算能力的量子霸权的实现奠定了坚实的科学基础。研究成果以长文形式日前在国际权威学术期刊《自然·光子学》上在线发表。

图1：量子点微腔。 本文图自中国科技大学

单光子源是光学量子信息技术的核心资源。一个完美的单光子源需要同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率这四个几乎相互矛盾的严苛条件。然而，以目前技术制备的单光子品质差，无法在实用化量子技术中应用。要实现完美的单光子源，还存在着两个难题：一是量子点会随机发射两种偏振的光子；二是共振激发需要消除背景激光。这两个难题成为多年来难以逾越的障碍。

解决这两个关键问题需要理论和实验的同步创新。在理论上，中国科大研究组提出采用椭圆微腔打破对称性的方案，使腔模劈裂成两个非简并的垂直偏振的模式，从而选择性地增强单一偏振的单光子。在实验上，研究组发展了垂直偏振无损消光技术，从而同时解决了上述的两个难题，达到了“一石二鸟”的效果。在此基础上，研究组分别在窄带微柱和宽带靶眼微腔中，实验制备同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源，再次刷新了单光子源综合性能的国际记录，为量子霸权目标的实现迈进了重要一步。

图2：基于量子点的单光子源的两个核心指标的综合性能国际发展总结。

这项成果标志着我国在可扩展光学量子信息技术方面在国际上进一步扩大了领跑的优势。审稿人评价该工作“解决了一个长期存在的挑战……是巨大的一步”“将有力地推进研究”。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-019-0494-3