摘要：由因斯布鲁克大学Gregor Weihs联合领导的光子学研究小组开发了一种利用量子点生成多光子态的新技术，克服了传统方法的局限性。该技术可直接应用于安全量子密钥分发协议，实现多方同时进行的安全通信。

由因斯布鲁克大学Gregor Weihs联合领导的光子学研究小组开发了一种利用量子点生成多光子态的新技术，克服了传统方法的局限性。该技术可直接应用于安全量子密钥分发协议，实现多方同时进行的安全通信。

量子点——一种能够按需发射单光子的半导体纳米结构——被认为是光子量子计算最有前景的光源之一。然而，每个量子点都略有不同，发射的颜色也可能略有不同。这意味着，为了产生多光子态，我们无法使用多个量子点。

通常，研究人员使用单个量子点，并使用快速电光调制器将发射信号复用到不同的空间和时间模式中。技术挑战在于，更快的电光调制器价格昂贵，而且通常需要高度定制的工程设计。此外，它们的效率可能不高，这会给系统带来不必要的损耗。

该国际研究团队由因斯布鲁克大学实验物理系光子学组的维卡斯·雷梅什 (Vikas Remesh) 共同领导，并涉及剑桥大学、林茨约翰内斯开普勒大学和其他机构的研究人员，现已展示了一种可以避开这些限制的优雅解决方案。

他们的方法采用一种名为受激双光子激发的纯光学技术，直接从量子点产生不同偏振态的光子流，无需任何主动开关元件。该团队通过产生具有优异单光子特性的高质量双光子态，展示了他们的技术。

该研究成果发表在《npj 量子信息》上。

该研究的第一作者 Yusuf Karli 和 Iker Avila Arenas 解释说：“该方法的工作原理是首先用精确定时的激光脉冲激发量子点以产生双激子状态，然后用偏振控制的刺激脉冲确定性地触发所需偏振中的光子发射。”

“在光子学小组完成我的硕士论文对我来说是一次奇妙的经历，”伊克尔·阿维拉·阿雷纳斯 (Iker Avila Arenas) 说道，他是伊拉斯谟世界计划 (Erasmus Mundus) 安全可靠性与安全性光子学联合硕士项目 2022-2024 届学生，曾在因斯布鲁克学习了六个月。

“这种方法之所以特别巧妙，是因为我们把单光子发射之后的昂贵、损耗诱导电子元件的复杂性转移到了光激发阶段，这是使量子点源在实际应用中更实用的重要一步，”该研究的首席研究员 Remesh 指出。

展望未来，研究人员设想扩展该技术，利用特殊设计的量子点来产生具有任意线性偏振状态的光子。

因斯布鲁克光子学研究小组负责人 Weihs 解释说：“这项研究可直接应用于安全量子密钥分发协议，其中多个独立的光子流可以实现与不同方的同时安全通信，以及多光子干涉实验，这些实验对于测试量子力学的基本原理都非常重要。”

这项研究体现了量子光学、半导体物理学和光子工程等领域专业知识的合作成果。

来源：科学三点半