Baru-baru ini, pasukan pengkomputeran kuantum kuantum dot yang diketuai oleh Hu Chengyong di Akademi Sains Maklumat Kuantum Beijing (selepas ini dirujuk sebagai "Akademi") telah merealisasikan sumber cahaya kuantum baharu-sebuah laser-tukar tunggal-sumber foton-dengan menggunakan kesan tak linear tepu kuantum}} dan satu{{4} dot foton tunggal Sumber ini mempamerkan masa koheren ultra panjang (258±2 mikrosaat) dan kehomogenan foton yang mantap, dengan-prestasi foton tunggal mencapai tahap optimum pancaran spontan konvensional-sumber foton-tunggal. Ia memegang janji sebagai sumber cahaya kuantum standard untuk aplikasi internet kuantum. Pada 18 November 2025, penemuan penyelidikan telah diterbitkan di Optica di bawah tajuk "Menukar cahaya laser kepada foton tunggal dengan masa koheren ultrapanjang."
Foton berfungsi sebagai pembawa ideal untuk penghantaran maklumat kuantum dan kenderaan penting untuk pemprosesan maklumat kuantum. Sumber foton-tunggal membentuk komponen teras teknologi kuantum seperti pengkomputeran kuantum optik, pengkomputeran kuantum teragih, komunikasi kuantum dan pengukuran ketepatan kuantum. Pada masa ini,-penyediaan sumber foton tunggal bergantung terutamanya pada dua pendekatan teknikal: satu ialah kaedah kebarangkalian berdasarkan penukaran-parametrik spontan (SPDC) atau pencampuran gelombang empat-sepontan (SFWM); satu lagi ialah kaedah penentu berdasarkan pelepasan spontan daripada-sistem kuantum tunggal, seperti atom sejuk, perangkap ion, titik kuantum atau pusat warna. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pancaran-jenis kuantum dot tunggal-sumber foton telah mencapai kemajuan yang ketara ke arah mencapai-sumber foton tunggal yang ideal, mempamerkan hampir 100% tunggal-ketulenan foton dan identiti foton. Walau bagaimanapun, sumber foton-tunggal-berasaskan pelepasan masih menghadapi had: dikekang dua kali ganda seumur hidup exciton, masa koheren pesanan pertamanya adalah sangat singkat (hanya puluhan hingga ratusan picosaat) dan identiti foton terdedah kepada degradasi daripada hingar cas dan bunyi putaran. Pembangunan internet kuantum masa hadapan bergantung pada komunikasi kuantum koheren berdasarkan dua-gangguan foton atau-tunggal, menuntut-sumber foton tunggal dengan koheren yang sangat baik dan identiti foton yang mantap. Sumber foton-tunggal{23}}berasaskan pelepasan sedang bergelut untuk memenuhi keperluan ini sepenuhnya. Walaupun laser sememangnya mempunyai koheren yang luar biasa, ia tidak boleh dilemahkan terus kepada-keadaan foton tunggal menggunakan elemen optik linear.
Untuk menangani cabaran ini, pasukan penyelidik bekerjasama dengan Institut Semikonduktor, Akademi Sains China, mencadangkan dan merealisasikan kaedah ketiga untuk-penyediaan sumber foton tunggal: penukaran laser-berasaskan tunggal-sumber foton (LCSPS). Tidak seperti struktur mikro rongga optik satu sisi tradisional yang biasa digunakan dalam-jenis tunggal-sumber foton, pasukan itu mereka bentuk rongga mikro optik dua sisi-simetri [lihat Rajah 1(a)]. Struktur ini berkesan menyekat penyebaran laser dalam rongga tanpa bergantung pada penapis polarisasi ortogon. Selepas pantulan dalam sistem gandingan titik kuantum-mikrokaviti, laser ditukar terus kepada satu foton [lihat Rajah 1(a)], mempamerkan sifat cemerlang berikut: masa koheren ultra-panjang [258±2 μs, lihat Rajah. 2(b)]4, kebolehlihatan kebolehlihatan (b). Rajah. 2(c)] dan-ketulenan foton tunggal sempurna [g(2)(0)=0.030±0.002, lihat Rajah. 1(e)]. Semua data mewakili hasil pengukuran mentah.
Prinsip pengendalian sumber foton-tukar tunggal-laser boleh diterangkan secara kualitatif berdasarkan ketaklinieran tepu dan-kesan penukaran foton tunggal bagi titik kuantum tunggal: Apabila foton tunggal berinteraksi dengan dan dipantulkan oleh titik kuantum, foton kejadian berikutnya dihantar dalam keadaan titik tepu kuantum kerana tepu seumur hidup. Proses ini menyebabkan cahaya yang dipantulkan mempamerkan tingkah laku anti-koheren, memaparkan ciri-foton tunggal, manakala cahaya yang dipancarkan mempamerkan kesan koheren, yang mempunyai sifat-berbilang foton. Mekanisme fizikal dalam yang mendasari berpunca daripada gangguan kuantum antara keadaan koheren (iaitu, laser) dan keadaan berbilang{10}}foton. Proses gangguan ini secara berkesan menyekat kebarangkalian berbilang{12}}komponen foton muncul dalam medan cahaya yang dipantulkan, mengubah medan cahaya laser yang dipantulkan kepada foton tunggal.
Mewarisi-keselarasan tertib dan identiti laser yang teguh,-sumber foton tunggal-yang ditukar laser boleh digunakan secara meluas dalam pelbagai-protokol komunikasi kuantum berasaskan gangguan,-foton berperingkat-radar kuantum tatasusunan dan sumber tunggal berkunci{6}{}} Mereka memegang janji sebagai sumber cahaya kuantum standard untuk internet kuantum masa hadapan.
Rajah 1
(a) Skema struktur dan prinsip operasi sumber foton-tukar tunggal-laser; (b) Mengimbas imej mikroskop elektron peranti; (c) Spektrum pantulan koheren pada keamatan pemacu yang berbeza, menunjukkan nisbah pensuisan foton tunggal 50:1-; (d) Nilai sifar g(2)(0) daripada -fungsi korelasi tertib kedua bagi medan cahaya yang dipantulkan sebagai fungsi penyahtalaan laser; (e) -fungsi korelasi tertib kedua g(2)(t) medan cahaya yang dipantulkan pada intensiti pemacu yang rendah.
Rajah 2 (a) Koheren-tertib pertama bagi-sumber foton tunggal yang dicirikan oleh interferometri Mach-Zehnder; (b) Demonstrasi bahawa laser-penukaran-jenis tunggal-sumber foton berkongsi masa koheren yang sama seperti laser memandu, yang dicapai melalui interferometri heterodina tertunda dan pengukuran kebetulan-yang diselesaikan; (c) Evolusi dua-keterlihatan gangguan foton dengan perbezaan masa pancaran, membuktikan kehomogenan foton teguh sumber.
Penulis pertama kertas ini ialah Wang Mannan dan Li Yanfeng, pelajar kedoktoran di Institut Maklumat Kuantum, dengan pengarang yang sepadan Hu Chengyong, seorang penyelidik di institut yang sama. Pengarang bersama-termasuk Zeng Chuanyu, pelajar kedoktoran di Institut Maklumat Kuantum; Huang Guoqi, pelajar kedoktoran di Universiti Pos dan Telekomunikasi Beijing; jurutera Liu Li, Wang Wenyan, dan Ji Weijie dari Institut Maklumat Kuantum; serta penyelidik pasca doktoral Liu Hanqing, penyelidik Ni Haiqiao dan Niu Zhichuan dari Institut Semikonduktor, Akademi Sains China. Kerja ini disokong oleh Yayasan Sains Semula Jadi Beijing dan Program R&D Utama Negara China.
