近日，中山大學物理學院王雪華、劉進教授團隊在《自然》雜志在線發表其主導的最新研究成果——一種全新的腔誘導自發雙光子輻射方案，在國際上率先實現與單光子輻射強度相當的自發雙光子輻射，研發出保真度高達99.4%的按需觸發式新型微納量子糾纏光源。

這一成果將為新一代量子精密測量技術的發展，以及功能化光量子信息處理芯片的構建提供關鍵支撐。

論文截圖

論文第一作者、中山大學物理學院副教授劉順發解釋，某些特殊材料，如他們采用的“人造原子”結構，有概率在同一時刻發射兩個緊密關聯的光子，這種現象被稱為“自發雙光子輻射”。

在20世紀60年代，研究人員就已提出自發雙光子輻射的理論預言，但“雙胞胎”光子的產生概率通常遠遠低于單光子產生概率，實驗上幾乎無法觀測。近40年來，國際上眾多研究團隊進行了多種實驗嘗試，該領域仍未能取得實質性突破。

如今，半導體的材料生長與器件加工技術的突破為自發雙光子輻射的實驗實現提供了關鍵支持。對此，團隊設計了超高品質的光學微腔，這種光學微腔為“雙胞胎”光子的產生搭建了專屬通道，在實驗中將雙光子的輻射效率從小于0.1%提升到了約50%，從而使制備可控觸發的糾纏光子對源成為可能。

論文第一作者劉順發副教授開展量子光學測試實驗

該研究基于納米尺寸的固態“人造原子”結構，提出了一種腔誘導的自發雙光子輻射方案，在國際上率先實現了與單光子輻射強度相當的自發雙光子輻射，成功制備出保真度高達99.4%的按需觸發式新型微納量子糾纏光源。這一指標意味著團隊的糾纏光子“心靈感應”的強度極高，也顯示出這項技術在提升量子通信安全性、量子計算可靠性、量子計量精度等方面的巨大潛力。

自發雙光子輻射。（a）雙光子糾纏概念圖；（b）腔誘導的自發雙光子輻射光譜；（c）自發雙光子輻射的量子關聯特性。

《自然》雜志審稿人認為其是“雙光子研究領域的突破性進展”“實現了保真度創紀錄的糾纏光子對”。劉順發表示，下一步，團隊將利用研究中實現的高保真度糾纏光源和高純度雙光子源，繼續開展量子精密測量與量子通信應用方面的研究。

王雪華教授團隊成員合照

參考來源

中山大學《Nature+1！中大科研團隊研制出新型量子糾纏光源》

https://mp.weixin.qq.com/s/vQ0W3dn4kj6IqgTVA8QCHA

中國能源報《突破性進展！我國科研團隊成功研發→》

https://mp.weixin.qq.com/s/tYOsvJu6qgAK2WS2tcND0A

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