问题——量子光源是量子科技的核心器件，直接影响量子测量、量子成像、量子通信等应用的信号质量和性能上限。其中，确定性双光子光源能按需输出成对光子，是高灵敏探测、低噪声成像及复杂量子态构建的关键资源。但传统光源产生双光子时容易混入额外光子和随机噪声，输出不够纯净稳定；而半导体量子点等固态方案虽然体积小、易集成，却面临激发过程难控制、制备效率低、纯度不足等问题，"效率与纯度难以兼得"成为长期瓶颈。原因——双光子发射涉及多能级跃迁与复合过程，激发路径不稳定会引发非目标跃迁，带来多光子背景噪声；同时，如果器件结构对关键辐射通道的增强不足，发射速率和收集效率就上不去。国际上围绕固态量子光源的竞争，核心就是如何芯片上实现更确定、更高效、更低噪声的双光子输出。影响——记者2日从北京量子信息科学研究院获悉，该院袁之良团队联合中国科学院半导体研究所牛智川团队，根据这个难题提出新方案：通过特殊激发方式作用于半导体量子点微柱腔结构，让单个电子-空穴对确定性进入寿命较长的暗激子态，提高双激子态填充的可控性和成功率；同时利用能级简并特性，让单一共振模式同时增强两级光子辐射，在抑制杂散发光的同时提升目标双光子输出。实验结果显示，该器件在脉冲激发下呈现显著双光子聚束特征，98.3%的光子以成对形式出现，双光子发射效率达29.9%，在高纯度与高效率兼顾上达到固态量子光源的国际领先水平。涉及的成果当天发表于国际期刊《自然·材料》。对策——团队同时建立了理论模型，系统解释了暗激子参与、腔增强作用及关键参数的影响，为后续结构优化、工艺改进和性能稳定提供了依据。业内人士指出，实用化量子光源不仅要追求单次实验的峰值指标，更需器件一致性、批量制备、与光子芯片及探测模块的耦合效率诸上形成可工程化路径。此次工作激发与腔结构协同设计上给出了可复制的技术路线，对推进标准化测试、提升器件良率有示范意义。这项目得到国家自然科学基金等支持。前景——随着量子精密测量、量子成像等应用对低噪声、高稳定光源需求持续增长，高性能双光子发射器有望成为相关系统小型化的关键推动力。下一步，如果能更高温度工作、长时间稳定运行以及与片上波导、滤波与调制单元的集成上取得突破，将推动固态量子光源从实验室走向应用。同时，围绕材料生长、纳米加工、腔体设计与系统封装的协同攻关，有望更巩固我国在量子器件研发与产业转化上的竞争力。
此次双光子发射器的成功研制，是我国量子科技领域的一次技术突破，也反映了在前沿科技领域的创新能力。面向未来，持续加强基础研究，攻克关键核心技术，才能在新一轮科技竞争中占据主动。