科学家们发现了一种巧妙的新方法来控制量子点（可以释放单个光子的微小晶体）发出的光。这一进步可能带来更快、更便宜、更实用的量子技术，从超安全通信系统到探索量子物理学奇异基础的实验。

新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。图片来源：因斯布鲁克大学

量子点是一种能够按需释放单光子的微小半导体结构，使其成为未来光子量子计算机的有力候选者。难点在于，没有两个量子点完全相同，而且每个量子点发出的光颜色可能略有不同。这种差异阻碍了研究人员将多个量子点组合起来以创建多光子态。

为了解决这个问题，科学家通常依赖单个量子点，然后借助快速电光调制器将其光分解成不同的空间和时间模式。缺点是这些调制器成本高昂，通常需要高度定制的设计，而且效率低下，导致系统内的能量损失。

由因斯布鲁克大学实验物理系光子学小组的Vikas Remesh领导的研究团队，与来自剑桥大学、林茨约翰内斯开普勒大学和其他机构的合作伙伴共同开展的研究，现已展示了一种绕过这些挑战的方法。他们的方法依赖于一种称为受激双光子激发的全光学过程。该技术允许量子点发射具有不同偏振态的光子流，而无需电子开关硬件。

在测试中，研究人员成功产生了高质量的双光子态，同时保持了优异的单光子特性。

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) 回忆道，他是伊拉斯谟世界计划安全可靠性与安全性光子学联合硕士项目 2022-2024 届学生之一，曾在因斯布鲁克呆了 6 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加实用的重要一步，”该研究的首席研究员 Vikas Remesh 指出。

展望未来，研究人员设想扩展该技术，使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 Gregor Weihs 解释说：“这项研究在安全量子密钥分发协议中具有直接应用，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，并且多光子干涉实验对于测试量子力学的基本原理也非常重要。”

该研究发表在 《npj Quantum Information》 上，代表了量子光学、半导体物理学和光子工程等领域专业知识的合作成果。

编译自/scitechdaily