记者2日从北京量子信息科学研究院获悉,该院袁之良团队与中国科学院半导体研究所牛智川团队合作,固态量子光源研制上取得重要进展。研究成果已于当日国际权威期刊《自然·材料》发表,标志着我国在量子光源核心技术领域迈上新台阶。 量子光源作为量子信息技术的基础器件,其性能直接影响量子通信、量子计算等前沿领域的发展进程。其中,确定性双光子光源在量子精密测量、量子成像以及量子生物医学等应用场景中扮演着不可替代的角色。然而,长期以来,该领域面临两大技术瓶颈:一是传统光源在产生双光子过程中容易引入多余光子干扰,难以保证输出的纯净性与稳定性;二是基于单量子点的技术路线虽然理论上可行,但在实际应用中始终存在发射效率偏低、双光子纯度不足等制约因素,严重阻碍了量子光源的实用化进程。 面对该世界性难题,科研团队另辟蹊径,创新性地设计了一套独特的激发机制。研究人员通过精确调控半导体量子点微柱腔结构,使单个电子空穴对能够确定性地跃迁至长寿命暗激子状态,从而实现了对双激子态的高效、精准填充。这一技术突破从源头上解决了传统方法中激发过程不可控的问题。 在提升发射效率上,团队充分利用能级简并这一物理特性,通过让单一共振模式同时增强两级光子辐射,在确保光子纯净度的前提下,显著提高了双光子的输出效率。实验数据显示,该新型量子光源在脉冲激发条件下,98.3%的发射光子以成对形式出现,双光子发射效率达到29.9%,两项核心指标均达到国际同类固态量子光源的最高水平,实现了高纯度与高效率的兼顾统一。 值得关注的是,研究团队不仅在实验层面取得突破,还建立了完整的理论模型,系统阐释了这一发光机制的物理本质,为后续技术优化和性能提升提供了清晰的理论指引。这种理论与实践相结合的研究范式,为我国量子科技领域的持续创新积累了宝贵经验。 据了解,这项目获得国家自然科学基金等科研计划的支持。业内专家认为,这一成果不仅展示了我国在量子光源基础研究领域的深厚积累,更为量子技术从实验室走向实际应用开辟了新路径。随着技术的继续成熟,高性能双光子光源有望在量子精密测量、生物医学成像、量子信息处理等多个领域发挥重要作用,推动对应的产业实现跨越式发展。
从实验室突破到产业落地,仍需跨越材料工艺、系统集成等多重关卡。此次成果标志着我国在量子光源领域跻身国际第一梯队,也说明面向国家重大需求的定向基础研究,正是破解关键技术难题的有效路径。随着量子科技被列入"十四五"规划优先发展领域,此类突破或将加速催生新一轮技术变革。