加拿大滑鐵盧大學(xué)量子計(jì)算研究所（IQC）科學(xué)家匯集了兩項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)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(duì)。發(fā)表在《通信物理》上的該項(xiàng)成果將推動(dòng)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(jiǎng)?wù)J可了這一主題的實(shí)驗(yàn)。IQC團(tuán)隊(duì)將糾纏與量子點(diǎn)（榮獲2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的技術(shù)）相結(jié)合，旨在優(yōu)化糾纏光子的生成過(guò)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(jì)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(jì)算機(jī)。以前的實(shí)驗(yàn)只測(cè)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(shí)滿足了這兩個(gè)要求。

通過(guò)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(duì)。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(cè)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(wèn)題的困擾，該問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致糾纏態(tài)隨著時(shí)間的推移而振蕩。這意味著，如果檢測(cè)系統(tǒng)緩慢就會(huì)阻礙測(cè)量糾纏。通過(guò)將量子點(diǎn)與非常快速和精確的檢測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，研究人員獲取了振蕩期間每個(gè)點(diǎn)的糾纏態(tài)的時(shí)間戳（在特定時(shí)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(lái)安全量子通信領(lǐng)域具有重要作用。