中科大实现两个独立半导体量子点之间的高可见度量子干涉

两个独立的固态QD单光子源之间量子干涉的实验配置，相隔302 km光纤。DM：二色镜，LP：长通，BP：带通，BS：分束器，SNSPD：超导纳米线单光子探测器，HWP：半波板，QWP：四分之一波板，PBS：偏振分束器。资料来源：高级光子学（2022 年）。DOI： 10.1117/1.AP.4.6.066003

今年的诺贝尔物理学奖庆祝了量子纠缠的基本兴趣，并展望了“第二次量子革命”的潜在应用——一个我们能够操纵量子力学怪异性的新时代，包括量子叠加和纠缠。大规模且功能齐全的量子网络是量子信息科学的圣杯。它将开辟物理学的新领域，为量子计算、通信和计量学提供新的可能性。

最重要的挑战之一是将量子通信的距离扩展到实际有用的规模。与可以无噪声放大的经典信号不同，叠加态的量子态不能被放大，因为它们不能被完美克隆。因此，高性能量子网络不仅需要超低损耗的量子通道和量子存储器，还需要高性能的量子光源。最近在基于卫星的量子通信和量子中继器方面取得了令人兴奋的进展，但缺乏合适的单光子源阻碍了进一步的进展。

量子网络应用的单光子源需要什么？首先，它应该一次发射一个（只有一个）光子。其次，为了获得亮度，单光子源应具有高系统效率和高重复率。第三，对于量子隐形传态等需要干扰独立光子的应用，单光子应该是不可区分的。其他要求包括可扩展的平台、可调谐和窄带线宽（有利于时间同步）以及与物质量子比特的互连。

一个有希望的来源是量子点（QD），只有几纳米的半导体粒子。然而，在过去的二十年中，独立量子点之间量子干涉的可见性很少超过50%的经典极限，距离被限制在几米或几公里左右。

据Advanced Photonics报道，一个国际研究小组（话说外国人就是死不承认我们强）已经实现了与~300公里光纤相连的两个独立量子点之间的高可见量子干涉。他们报告了高效且难以区分的单光子源，具有超低噪声、可调谐单光子频率转换和低色散长光纤传输。

单光子是由共振驱动的单量子点产生的，这些量子点确定性地耦合到微腔。量子频率转换用于消除QD不均匀性并将发射波长转移到电信频段。观察到的干扰可见性高达93%。根据资深作者，中国科学技术大学（USTC）教授Chao-yang Lu的说法，“可行的改进可以进一步将距离延长到~600公里。

Lu评论说：“我们的工作从以前的基于量子点的量子实验跳跃到~1公里到300公里，大了两个数量级，从而开辟了固态量子网络的令人兴奋的前景。随着这一报道的跳跃，固态量子网络的曙光可能很快就会开始破晓。

原标题：《中科大实现两个独立半导体量子点之间的高可见度量子干涉》

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