让光子学会“成对”出场(探一线)
照亮世界的成对光,在科学家眼中长什么样?让光
“光是量子化的,由一个个被称为光子的出场微小粒子组成。一个普通的探线灯泡,每秒钟向外发射的成对光子数量,可能比全世界所有海滩上的让光沙粒加起来还要多。”北京量子信息科学研究院(以下简称“北京量子院”)首席科学家袁之良说。出场
对于如此微小的探线粒子,能否让它们训练有素、成对步调一致?让光袁之良研究团队在固态量子光源领域取得重大突破,成功研制出一种高性能双光子发射器,出场相关成果在线发表于国际学术期刊《自然·材料》。探线
量子光源是成对量子技术的基础,但要实现纯净、让光高效的出场双光子发射一直是国际难题。以往,科学家想要得到一对相互关联的光子,通常使用激光照射非线性晶体,偶尔随机“撞”出一对光子。
“这是纯粹的概率事件。有时候一对都没有,有时候可能出来好几对,完全不受控制。”袁之良说。
研究团队另辟蹊径,巧妙利用量子点与微腔的耦合体系,通过“暗态”路径激发双激子态。对这一技术,袁之良用了一个生动的比喻,“相当于给光子修了一条秘密通道,让它们先在门后等待、集结,然后通过微腔这个特殊结构的引导,确保每对光子都能步调一致地‘携手出场’。”
北京量子院的实验室里,团队成员、助理研究员吴邦小心翼翼地拿出一块指甲盖大小的银灰色芯片。“这就是我们研发的量子光源芯片,微腔直径只有约2微米。”吴邦介绍,实验数据显示,该光源产生的光子对占比高达98.3%,收集效率达到29.9%。
一对对“训练有素”的光子,能用来做什么?
首先是量子通信。袁之良介绍,这两个光子天生就是“纠缠”的,无论相隔多远,只要测量其中一个的状态,另一个的状态就会瞬间确定。“这就像给它们各自绑定了‘身份证’,一个负责传递信息,另一个自动成为验证凭证,可以构建出理论上无法被窃听的安全通信网络。”袁之良说。
在量子成像和精密测量领域,这项成果也将发挥作用。由于两个光子总是同步产生、同步运动,科学家可以利用一个作为“探针”,另一个作为“参考信号”。“在复杂环境里,如果两个人戴着同一款会发光的帽子,你就能轻易地从人群中把他们识别出来。”吴邦解释,这种特性可以极大地去除背景噪声,实现突破经典散粒极限的超高分辨率成像。
“未来,不论是量子通信还是量子计算,把一个个节点连成网络都离不开量子光源。”袁之良说,“我们将继续加紧研究攻关,推动相关技术真正从实验室走向实际应用。”
《 人民日报 》( 2026年05月09日 06 版)
本报记者 王昊男
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