中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、霍永恒等在國際上首次實(shí)現(xiàn)效率超越可擴(kuò)展線性光量子計(jì)算損失容忍閾值的高性能單光子 源，相關(guān)綜合指標(biāo)達(dá)到了國際最先進(jìn)水平，為未來實(shí)現(xiàn)通用光量子計(jì)算奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于2月28日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上。

光子作為量子信息處理的重要載體，具有速度快、室溫操作、抗環(huán)境干擾強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但光子易損失的物理特性一直是大規(guī)模光量子計(jì)算的核心挑戰(zhàn)。理論表明，單光子源的效率必須高于2/3的閾值，可擴(kuò)展的線性光量子計(jì)算才具備可行性。然而，歷經(jīng)近半個(gè)世紀(jì)的技術(shù)攻關(guān)，此前所有確定性全同單光子源的效率始終未能突破該閾值，成為制約光量子計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵障礙。

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圖.左：單光子源系統(tǒng)示意圖；右：單光子源效率超越損失容忍閾值（紅線）

為攻克該難題，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種可調(diào)諧的開放式光學(xué)微腔，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)與微腔在諧振頻率及空間定位的雙重精準(zhǔn)耦合，解決了傳統(tǒng)固定式微腔的失諧難題。此外，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種脈沖整形激發(fā)技術(shù)，使單光子源的整體性能得到顯著提升。該單光子源的單光子性優(yōu)于98.0%，光子全同性優(yōu)于98.6%，系統(tǒng)效率達(dá)到71.2%，提取效率達(dá)到80.6%，首次突破了2/3的損失容忍閾值，并實(shí)現(xiàn)了1.89 dB的強(qiáng)度壓縮。相關(guān)綜合指標(biāo)達(dá)到了國際最先進(jìn)水平。

審稿人高度評(píng)價(jià)這項(xiàng)研究工作，認(rèn)為“實(shí)現(xiàn)光源系統(tǒng)效率高于光量子計(jì)算中損耗容忍閾值是一個(gè)里程碑（Achieving a source system efficiency above the threshold required for compensating for photon loss in photonic quantum computing is certainly a milestone）” ，“這些結(jié)果無疑是朝著理想單光子源邁出的又一大步（These results are certainly another significant step towards the ideal single-photon source）”。

本項(xiàng)研究獲得了國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院、安徽省、上海市等的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-025-01639-8