加拿大滑鐵盧大學量子計算研究所（IQC）科學家匯集了兩項諾貝爾獎的研究概念，從量子點源有效地產生了近乎完美的糾纏光子對。發表在《通信物理》上的該項成果將推動量子通信領域的發展。

糾纏光子源示意圖。嵌入半導體納米線中的銦基量子點（左），以及如何從納米線有效提取糾纏光子。
圖片來源：滑鐵盧大學

糾纏光子是在遠距離也能保持關聯的光粒子，2022年諾貝爾物理學獎認可了這一主題的實驗。IQC團隊將糾纏與量子點（榮獲2023年諾貝爾化學獎的技術）相結合，旨在優化糾纏光子的生成過程。糾纏光子可用于安全通信等廣泛領域。

量子密鑰分發或量子中繼器等令人興奮的應用需要高度糾纏和高效率的結合，這些應用預計將安全量子通信的距離擴展到全球范圍或鏈接遠程量子計算機。以前的實驗只測量近乎完美的糾纏或高效率，但新研究首次利用量子點同時滿足了這兩個要求。

通過將半導體量子點嵌入納米線中，研究人員創造了一種量子點源，其產生近乎完美糾纏光子的效率，比之前的設備高65倍。這種新光源可用激光激發，根據指令產生糾纏對。研究人員使用荷蘭單量子公司提供的高分辨率單光子探測器提高了糾纏程度。

量子點系統一直受到精細結構分裂問題的困擾，該問題會導致糾纏態隨著時間的推移而振蕩。這意味著，如果檢測系統緩慢就會阻礙測量糾纏。通過將量子點與非常快速和精確的檢測系統相結合，研究人員獲取了振蕩期間每個點的糾纏態的時間戳（在特定時間點存在的可驗證的數據）。

研究人員利用新的量子點糾纏源模擬了量子密鑰分發，證明量子點源在未來安全量子通信領域具有重要作用。

總編輯圈點：

本文的團隊融合諾貝爾獎獲獎概念，將量子點與糾纏技術結合，創造出高效、高糾纏光子源。該源不但比之前實驗中的成果更高效、克服了歷史挑戰，還展示出在未來通信領域的應用潛力。現在人們可以說：安全量子通信的距離，有望擴展到全球范圍。

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來源：科技日報