7月11日消息，納米據(jù)“中山大學(xué)”官微發(fā)文，雙光《自然》雜志（Nature）在線發(fā)表了中山大學(xué)物理學(xué)院王雪華、工廠光源劉進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的問(wèn)世一項(xiàng)突破性研究成果。

該團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的科研“腔誘導(dǎo)自發(fā)雙光子輻射”方案，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了與單光子輻射強(qiáng)度相當(dāng)?shù)膱F(tuán)隊(duì)自發(fā)雙光子輻射，并成功研發(fā)出保真度高達(dá)99.4%的研制按需觸發(fā)式新型微納量子糾纏光源。

量子糾纏——如同相隔萬(wàn)里卻“心靈感應(yīng)”的出新雙胞胎光子——是量子計(jì)算、通信和精密測(cè)量的型量核心資源。傳統(tǒng)方法讓光子隨機(jī)“結(jié)對(duì)”效率低下，糾纏而中大團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，納米直接“培育”自誕生便糾纏的雙光光子“雙胞胎”。

論文第一作者、工廠光源中山大學(xué)物理學(xué)院副教授劉順發(fā)解釋道：“某些特殊‘人造原子’結(jié)構(gòu)，問(wèn)世理論上能同時(shí)輻射兩個(gè)關(guān)聯(lián)光子（即自發(fā)雙光子輻射）?？蒲械陨鲜兰o(jì)60年代理論預(yù)言以來(lái)，原子通常更傾向于一次輻射一個(gè)光子，導(dǎo)致‘雙胞胎’光子產(chǎn)生概率極低（小于0.1%），實(shí)驗(yàn)觀測(cè)極其困難，近40年研究未能取得突破。”

半導(dǎo)體材料和納米加工技術(shù)的進(jìn)步為實(shí)驗(yàn)突破提供了契機(jī)。劉順發(fā)表示：“我們?cè)O(shè)計(jì)了超高品質(zhì)光學(xué)微腔，在納米尺度上精細(xì)調(diào)控光子產(chǎn)生過(guò)程。這個(gè)微腔為‘雙胞胎’光子搭建了專屬通道，將其輻射效率從傳統(tǒng)的小于0.1%大幅提升至約50%。” 效率的飛躍使按需制備糾纏光子對(duì)成為可能。

這項(xiàng)研究徹底突破了“雙光子輻射必然遠(yuǎn)弱于單光子輻射”的傳統(tǒng)認(rèn)知。劉順發(fā)形象地比喻：“我們就像在納米尺度上打造了一個(gè)專門(mén)生產(chǎn)糾纏光子的‘工廠’。” 

基于納米固態(tài)“人造原子”和創(chuàng)新的腔誘導(dǎo)方案，團(tuán)隊(duì)不僅實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度可比擬單光子的自發(fā)雙光子輻射，更制備出保真度達(dá)99.4%的按需觸發(fā)糾纏光源。劉順發(fā)強(qiáng)調(diào)：“99.4%的保真度意味著光子間‘心靈感應(yīng)’強(qiáng)度極高，這為提升量子通信安全性、量子計(jì)算可靠性和量子計(jì)量精度帶來(lái)了巨大潛力。”

《自然》審稿人高度評(píng)價(jià)該成果為“雙光子研究領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”，并稱贊其“實(shí)現(xiàn)了保真度創(chuàng)紀(jì)錄的糾纏光子對(duì)”。

此項(xiàng)工作由中山大學(xué)主導(dǎo)完成。劉進(jìn)教授為論文通訊作者，王雪華教授提供了重要指導(dǎo)，劉順發(fā)副教授為第一作者。研究工作還得到了中科院半導(dǎo)體所、德國(guó)多特蒙德大學(xué)、天津大學(xué)等單位合作者，以及中山大學(xué)多名博士研究生和博士后的重要支持。

劉順發(fā)表示，團(tuán)隊(duì)下一步將利用這一高保真糾纏光源和高純度雙光子源，深入開(kāi)展量子精密測(cè)量與量子通信應(yīng)用研究。

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