中国科大首次实现高效率单光子源

3月10日从中国科学技术大学获悉，该校教授潘建伟院士、陆朝阳、霍永恒等在国际上首次实现高效率单光子源，相关综合指标达到国际最先进水平，为未来实现通用光量子计算奠定了关键技术基础。相关研究成果在线发表于《自然-光子学》。

审稿人高度评价这项研究工作，认为“实现光源系统效率高于光量子计算中损耗容忍阈值是一个里程碑”，“这些结果无疑是朝着理想单光子源迈出的又一大步”。

光子作为量子信息处理的重要载体，具有速度快、室温操作、抗环境干扰强等优势。但光子易损失的物理特性一直是大规模光量子计算的核心挑战。理论表明，单光子源的效率必须高于2/3的损失容忍阈值，可扩展的线性光量子计算才具备可行性。然而，历经近半个世纪的技术攻关，此前所有确定性全同单光子源的效率始终未能突破该阈值，成为制约光量子计算发展的关键障碍。

为攻克该难题，研究团队发展了一种可调谐的开放式光学微腔，实现了量子点与微腔在谐振频率及空间定位的双重精准耦合，解决了传统固定式微腔的失谐难题。

此外，团队发展了一种脉冲整形激发技术，使单光子源的整体性能得到显著提升。该单光子源的单光子性能优于98.0%，光子全同性优于98.6%，系统效率达到71.2%，提取效率达到80.6%，首次突破了2/3的损失容忍阈值，并实现了1.89 分贝的强度压缩。相关综合指标达到了国际最先进水平。