加拿大滑鐵盧大學(xué)量子計算研究所（IQC）科學(xué)家匯集了兩項(xiàng)諾貝爾獎的研究概念，從量子點(diǎn)源有效地產(chǎn)生了近乎完美的糾纏光子對。發(fā)表在《通信物理》上的該項(xiàng)成果將推動量子通信領(lǐng)域的發(fā)展。

糾纏光子是在遠(yuǎn)距離也能保持關(guān)聯(lián)的光粒子，2022年諾貝爾物理學(xué)獎?wù)J可了這一主題的實(shí)驗(yàn)。IQC團(tuán)隊將糾纏與量子點(diǎn)（榮獲2023年諾貝爾化學(xué)獎的技術(shù)）相結(jié)合，旨在優(yōu)化糾纏光子的生成過程。糾纏光子可用于安全通信等廣泛領(lǐng)域。

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糾纏光子源示意圖。嵌入半導(dǎo)體納米線中的銦基量子點(diǎn)（左），以及如何從納米線有效提取糾纏光子。

量子密鑰分發(fā)或量子中繼器等令人興奮的應(yīng)用需要高度糾纏和高效率的結(jié)合，這些應(yīng)用預(yù)計將安全量子通信的距離擴(kuò)展到全球范圍或鏈接遠(yuǎn)程量子計算機(jī)。以前的實(shí)驗(yàn)只測量近乎完美的糾纏或高效率，但新研究首次利用量子點(diǎn)同時滿足了這兩個要求。

通過將半導(dǎo)體量子點(diǎn)嵌入納米線中，研究人員創(chuàng)造了一種量子點(diǎn)源，其產(chǎn)生近乎完美糾纏光子的效率，比之前的設(shè)備高65倍。這種新光源可用激光激發(fā)，根據(jù)指令產(chǎn)生糾纏對。研究人員使用荷蘭單量子公司提供的高分辨率單光子探測器提高了糾纏程度。

量子點(diǎn)系統(tǒng)一直受到精細(xì)結(jié)構(gòu)分裂問題的困擾，該問題會導(dǎo)致糾纏態(tài)隨著時間的推移而振蕩。這意味著，如果檢測系統(tǒng)緩慢就會阻礙測量糾纏。通過將量子點(diǎn)與非常快速和精確的檢測系統(tǒng)相結(jié)合，研究人員獲取了振蕩期間每個點(diǎn)的糾纏態(tài)的時間戳（在特定時間點(diǎn)存在的可驗(yàn)證的數(shù)據(jù)）。

研究人員利用新的量子點(diǎn)糾纏源模擬了量子密鑰分發(fā)，證明量子點(diǎn)源在未來安全量子通信領(lǐng)域具有重要作用。