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單光子源是光學量子信息技術(shù)的核心資源。近期，中科院院士、中國科學技術(shù)大學教授潘建偉與陸朝陽、霍永恒等人領(lǐng)銜，和多位國內(nèi)及德國、丹麥學者合作，在國際上首次提出一種新型理論方案，在窄帶和寬帶兩種微腔上成功實現(xiàn)了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，為光學量子計算機超越經(jīng)典計算機奠定了重要的科學基礎(chǔ)。國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然·光子學》日前發(fā)表了該成果，評價其“解決了一個長期存在的挑戰(zhàn)”。

光學量子信息技術(shù)所需要的完美單光子源，要同時滿足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率這4個幾乎相互矛盾的嚴苛條件。從2000年以來，美國加州大學等相繼在單光子源研究方向取得進展，但其品質(zhì)還不能滿足實用化需要。

2013年以來，我國潘建偉、陸朝陽等人在國際上首創(chuàng)了量子點脈沖共振激發(fā)技術(shù)，開始引領(lǐng)高性能單光子源的發(fā)展。但要實現(xiàn)完美的單光子源，還有兩個重大技術(shù)難題需要逾越：一是量子點會隨機發(fā)射兩種偏振的光子，二是共振激發(fā)需要消除背景激光。

近期，中科大潘建偉團隊在國際上首次提出了橢圓微腔耦合實現(xiàn)確定性偏振單光子的理論方案。他們與中山大學余思遠研究組、國家納米科學中心戴慶研究組、德國維爾茨堡大學霍夫林研究組以及丹麥科技大學格里格森研究組合作，在實驗上發(fā)展出垂直偏振無損消光技術(shù)，解決了上述兩大難題。在此基礎(chǔ)上，他們分別在窄帶微柱和寬帶靶眼微腔中，實驗制備出同時滿足確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的單光子源，再次刷新了單光子源綜合性能的國際紀錄，為實現(xiàn)超越傳統(tǒng)經(jīng)典計算機的“量子霸權(quán)”科學目標邁出重要一步。

據(jù)介紹，這項成果標志著我國在可擴展光學量子信息技術(shù)研究方面繼續(xù)保持國際領(lǐng)跑。《自然·光子學》審稿人評價稱，這項成果“解決了一個長期存在的挑戰(zhàn)”“是巨大的一步”。

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