由因斯布魯克大學(xué)的 Gregor Weihs 共同領(lǐng)導(dǎo)的光子學(xué)研究小組開發(fā)了一種從量子點(diǎn)生成多光子態(tài)的新技術(shù)，克服了傳統(tǒng)方法的局限性。這在安全的量子密鑰分發(fā)協(xié)議中具有直接應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)與不同方同時(shí)安全通信。

量子點(diǎn)——可以按需發(fā)射單光子的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)——被認(rèn)為是光子量子計(jì)算最有前途的來源之一。然而，每個(gè)量子點(diǎn)都略有不同，可能會(huì)發(fā)出略有不同的顏色。這意味著要產(chǎn)生多光子態(tài)，我們不能使用多個(gè)量子點(diǎn)。

通常，研究人員使用單個(gè)量子點(diǎn)，并使用快速電光調(diào)制器將發(fā)射復(fù)用為不同的空間和時(shí)間模式。技術(shù)挑戰(zhàn)在于，更快的電光調(diào)制器價(jià)格昂貴，并且通常需要非常定制的工程。除此之外，它們可能效率不高，這會(huì)給系統(tǒng)帶來不必要的損失。

由因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理系光子學(xué)小組的 Vikas Remesh 共同領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)，包括劍橋大學(xué)、約翰內(nèi)斯開普勒大學(xué)林茨大學(xué)和其他機(jī)構(gòu)的研究人員，現(xiàn)在展示了一種優(yōu)雅的解決方案，可以避開這些限制。

他們的方法使用一種稱為受激雙光子激發(fā)的純光學(xué)技術(shù)，直接從量子點(diǎn)生成不同偏振態(tài)的光子流，而無需任何有源開關(guān)組件。該團(tuán)隊(duì)通過生成具有出色單光子特性的高質(zhì)量雙光子態(tài)來展示他們的技術(shù)。

該作品發(fā)表在 npj Quantum Information 上。

該研究的第一作者 Yusuf Karli 和 Iker Avila Arenas 解釋道：“該方法的工作原理是首先用精確定時(shí)的激光脈沖激發(fā)量子點(diǎn)以產(chǎn)生雙激子態(tài)，然后是偏振控制的刺激脈沖，在所需的偏振中確定性地觸發(fā)光子發(fā)射。”

Iker Avila Arenas 說：“在光子學(xué)小組工作完成碩士論文對(duì)我來說是一次美妙的經(jīng)歷”。他是 2022-2024 年伊拉斯謨世界光子學(xué)安全可靠性和安全聯(lián)合碩士項(xiàng)目的一員，并在因斯布魯克度過了六個(gè)月。

該研究的首席研究員 Remesh 指出：“這種方法之所以特別優(yōu)雅，是因?yàn)槲覀円呀?jīng)將復(fù)雜性從單光子發(fā)射后昂貴的、引起損耗的電子元件轉(zhuǎn)移到了光激發(fā)階段，這是使量子點(diǎn)源在現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用中更加實(shí)用方面向前邁出了重要一步”。

展望未來，研究人員設(shè)想擴(kuò)展該技術(shù)，使用專門設(shè)計(jì)的量子點(diǎn)生成具有任意線性偏振態(tài)的光子。

因斯布魯克光子學(xué)研究小組負(fù)責(zé)人 Weihs 解釋說：“這項(xiàng)研究直接應(yīng)用于安全量子密鑰分發(fā)協(xié)議，其中多個(gè)獨(dú)立的光子流可以實(shí)現(xiàn)與不同方同時(shí)安全通信，以及多光子干涉實(shí)驗(yàn)，這對(duì)于測(cè)試量子力學(xué)的基本原理也非常重要。”

該研究代表了量子光學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)和光子工程專業(yè)知識(shí)的合作成果。

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41534-025-01083-0