物理学家开发出破纪录的单光子源

巴塞尔大学和波鸿鲁尔大学的研究人员开发了一种单光子源，每秒可以产生数十亿个这样的量子粒子。凭借其破纪录的效率，光子源代表了量子技术的一个新的强大的构建块。

量子密码术承诺绝对安全的通信。这里的一个关键组成部分是单光子串。信息可以存储在这些光粒子的量子态中并长距离传输。未来，远程量子处理器将通过单光子相互通信。也许处理器本身会使用光子作为计算的量子位。

然而，此类应用的基本先决条件是单光子的有效来源。由巴塞尔大学的 Richard Warburton 教授、Natasha Tomm 和 Alisa Javadi 博士以及波鸿的同事领导的一个研究小组现在在《自然纳米技术》杂志上报道了一种单光子源的开发，该源显着超越了以前已知的系统在效率方面。

“漏斗”引导光粒子

每个光子都是通过激发半导体内部的单个“人造原子”(量子点)而产生的。通常，这些光子会在所有可能的方向上离开量子点，因此会损失很大一部分。在现在展示的光子源中，研究人员通过将量子点定位在“漏斗”内以向特定方向发送所有光子来解决这个问题。

漏斗是一个新颖的微腔，代表了研究团队的真正创新：微腔捕获了几乎所有的光子，然后将它们引导到光纤中。每个大约两厘米长的光子从光纤的末端出现。

整个系统的效率——即量子点的激发实际上产生可用光子的概率——是 57%，是以前单光子源的两倍多。“这是一个非常特别的时刻，”主要作者理查德沃伯顿解释道。“我们一两年就知道原则上什么是可能的。现在我们已经成功地将我们的想法付诸实践。”

计算能力大幅提升

Warburton 补充说，效率的提高会产生重大影响：“将单光子产生的效率提高两倍，对于一串(比如 20 个光子)来说，整体提高一百万倍。在未来，我们想让我们的单光子源变得更好：我们想简化它，并在量子密码学、量子计算和其他技术中追求它的无数应用。”

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