广州7月11日电 (许青青 朱嘉豪 李建平)据中山大学10日晚消息，该校物理学院王雪华、刘进教授团队主导提出了一种全新的腔诱导自发双光子辐射方案，实现与单光子辐射强度相当的自发双光子辐射，研发出保真度高达99.4%的按需触发式新型微纳量子纠缠光源。该研究成果9日在《自然》杂志(Nature)在线发表。
据团队介绍，在量子世界里，一对光子能像心灵感应的双胞胎——即使相隔万里，测量其中一个，另一个瞬间“回应”。这种神奇的量子纠缠，在量子计算、量子通信和量子精密测量等多个领域发挥着至关重要的作用。
“某些特殊材料，比如我们采用的‘人造原子’结构，有概率在同一时刻发射两个紧密关联的光子，这种现象被称为‘自发双光子辐射’。”论文第一作者、中山大学物理学院副教授刘顺发介绍，尽管在20世纪60年代，研究人员就已提出相关的理论预言，但由于原子总是倾向于一次只辐射一个光子，“双胞胎”光子的产生概率通常远远低于单光子产生概率，实验上几乎无法观测。
如今，半导体的材料生长与器件加工技术的突破，为自发双光子辐射的实验实现提供了关键支持。“我们设计了超高品质的光学微腔，并在微纳尺度上精细调控光子的产生过程。”刘顺发说，这种光学微腔为“双胞胎”光子的产生搭建了专属通道，在实验中将双光子的辐射效率从小于0.1%提升到了约50%，从而使制备可控触发的纠缠光子对源成为可能。
刘顺发表示，该研究基于纳米尺寸的固态“人造原子”结构，提出了一种腔诱导的自发双光子辐射方案，在国际上率先实现了与单光子辐射强度相当的自发双光子辐射，突破了“光子辐射的二阶量子过程必然远弱于一阶过程”的传统认知，成功制备出保真度高达99.4%的按需触发式新型纠缠光子对源。他说，“这一指标意味着我们的纠缠光子‘心灵感应’的强度极高，也显示出这项技术在提升量子通信安全性、量子计算可靠性、量子计量精度等方面的巨大潜力。”(完) 【编辑:李润泽】