原標(biāo)題：我國(guó)科學(xué)家研制高性能雙光子發(fā)射器 讓光子學(xué)會(huì)“成對(duì)”出場(chǎng)（探一線）

照亮世界的光，在科學(xué)家眼中長(zhǎng)什么樣？

“光是量子化的，由一個(gè)個(gè)被稱為光子的微小粒子組成。一個(gè)普通的燈泡，每秒鐘向外發(fā)射的光子數(shù)量，可能比全世界所有海灘上的沙粒加起來還要多?！北本┝孔有畔⒖茖W(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱“北京量子院”）首席科學(xué)家袁之良說。

對(duì)于如此微小的粒子，能否讓它們訓(xùn)練有素、步調(diào)一致？袁之良研究團(tuán)隊(duì)在固態(tài)量子光源領(lǐng)域取得重大突破，成功研制出一種高性能雙光子發(fā)射器，相關(guān)成果在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·材料》。

量子光源是量子技術(shù)的基礎(chǔ)，但要實(shí)現(xiàn)純凈、高效的雙光子發(fā)射一直是國(guó)際難題。以往，科學(xué)家想要得到一對(duì)相互關(guān)聯(lián)的光子，通常使用激光照射非線性晶體，偶爾隨機(jī)“撞”出一對(duì)光子。

“這是純粹的概率事件。有時(shí)候一對(duì)都沒有，有時(shí)候可能出來好幾對(duì)，完全不受控制?！痹颊f。

研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，巧妙利用量子點(diǎn)與微腔的耦合體系，通過“暗態(tài)”路徑激發(fā)雙激子態(tài)。對(duì)這一技術(shù)，袁之良用了一個(gè)生動(dòng)的比喻，“相當(dāng)于給光子修了一條秘密通道，讓它們先在門后等待、集結(jié)，然后通過微腔這個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)，確保每對(duì)光子都能步調(diào)一致地‘?dāng)y手出場(chǎng)’?！?/p>

北京量子院的實(shí)驗(yàn)室里，團(tuán)隊(duì)成員、助理研究員吳邦小心翼翼地拿出一塊指甲蓋大小的銀灰色芯片?！斑@就是我們研發(fā)的量子光源芯片，微腔直徑只有約2微米?！眳前罱榻B，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該光源產(chǎn)生的光子對(duì)占比高達(dá)98.3%，收集效率達(dá)到29.9%。

一對(duì)對(duì)“訓(xùn)練有素”的光子，能用來做什么？

首先是量子通信。袁之良介紹，這兩個(gè)光子天生就是“糾纏”的，無論相隔多遠(yuǎn)，只要測(cè)量其中一個(gè)的狀態(tài)，另一個(gè)的狀態(tài)就會(huì)瞬間確定?！斑@就像給它們各自綁定了‘身份證’，一個(gè)負(fù)責(zé)傳遞信息，另一個(gè)自動(dòng)成為驗(yàn)證憑證，可以構(gòu)建出理論上無法被竊聽的安全通信網(wǎng)絡(luò)?！痹颊f。

在量子成像和精密測(cè)量領(lǐng)域，這項(xiàng)成果也將發(fā)揮作用。由于兩個(gè)光子總是同步產(chǎn)生、同步運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家可以利用一個(gè)作為“探針”，另一個(gè)作為“參考信號(hào)”?！霸趶?fù)雜環(huán)境里，如果兩個(gè)人戴著同一款會(huì)發(fā)光的帽子，你就能輕易地從人群中把他們識(shí)別出來?！眳前罱忉?，這種特性可以極大地去除背景噪聲，實(shí)現(xiàn)突破經(jīng)典散粒極限的超高分辨率成像。

“未來，不論是量子通信還是量子計(jì)算，把一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)連成網(wǎng)絡(luò)都離不開量子光源?！痹颊f，“我們將繼續(xù)加緊研究攻關(guān)，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)真正從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用?！?/p>