巴塞尔大学

来自巴塞尔大学、波鸿鲁尔大学和帕德博恩大学的研究人员联手在量子通信领域取得重大突破，生成了90%相同的光子对。

这些几乎不可区分的粒子可用于实现量子纠缠或量子干涉，而这些是量子通信所需的关键现象。

我们对量子物理的理解为计算和传感开辟了新前沿。

科学家正在研究不同材料，以在量子层面存储和处理信息，并使用了从囚禁离子到中性原子、从超导电路到光子等多种方法作为量子比特或量子位。

光子是最容易操作的信息载体之一。

然而，要将其用于量子通信，它们必须具有完全相同的性质，或者说彼此之间应当是“不可区分的”。

此前生成这些光子的尝试成果有限，因为这些光子要么失焦，要么只是暂时相关。

来自巴塞尔大学、波鸿鲁尔大学和帕德博恩大学研究人员的合作努力，借助半导体量子点解决了这一障碍。

利用双激子衰变研究人员使用带有光学谐振器的半导体量子点，利用一种称为“双激子衰变”的过程来生成几乎不可区分的光子。

在这一过程中，由一个由两个束缚激子组成的分子发生衰变，并释放出一个激子和一个光子。

“量子点常被描述为半导体中的人工原子，可以生成单个光粒子，”帕德博恩大学功能光子结构教授斯特凡·舒马赫解释说。

“通过将其集成到专门的光学腔中——类似于激光器中的光学腔——本研究中的光发射过程被专门加速并受到控制。

”激子由电子和电子空穴组成，在这一过程中，量子点被双重激发，随后这种激发发生衰变。

双激子级联因此会一个接一个地产生两个光子。

更重要的是，这些光子对可以像按键一样按需产生，这对于部署到新时代技术中很有用。

可调纯度该团队进一步推进了巴塞尔大学实验凝聚态物理教授理查德·沃伯顿关于量子点与光学腔相互作用的研究。

虽然这项工作帮助在多个领域取得了突破性进展，但该合作研究团队利用双激子衰变科学，以受控方式促进其衰变。

这帮助研究人员实现了90%的不可区分性，相比此前实现的60%不可区分性有了重大提升。

更高的光子不可区分性意味着数据处理中的错误更少。

“结果与理论预测表现出极好的一致性，并为生成具有更高不可区分性的光子指明了道路，”沃伯顿在一份新闻稿中补充说。

“它们表明，双激子衰变能够产生非常高质量的光子——前提是系统通过腔得到适当控制。

”“我们发现，所生成光子的纯度也可以利用谐振器进行优化，并且只受半导体晶格振动（声子）的限制，”帕德博恩大学混合量子光子器件负责人克劳斯·约恩斯说，他也参与了这项工作。

“这种被称为‘腔馈入’的现象，必须在未来设计中加以考虑，然后可以系统地进一步最小化。

”研究成果发表在《物理评论应用》杂志上。