儀器儀表商情網(wǎng)報(bào)道 中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一種新型的量子中繼方案。該實(shí)驗(yàn)室何力新研究組基于量子點(diǎn)雙激發(fā)的級(jí)聯(lián)過程,提出實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的量子點(diǎn)糾纏光源方案,可構(gòu)建新型的量子中繼器。
量子糾纏光源在量子通訊、量子計(jì)算中有非常重要的應(yīng)用,是量子信息處理中的重要資源。傳統(tǒng)的糾纏光源主要由參量下轉(zhuǎn)換過程實(shí)現(xiàn)。但這種糾纏光源是概率性的,有可能產(chǎn)生高階冗余的光子對(duì),從而導(dǎo)致量子通訊和量子計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤。利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)的雙激子自發(fā)輻射過程可以實(shí)現(xiàn)可控的、確定性的糾纏光源,比目前使用的參量光下轉(zhuǎn)換方法更為優(yōu)越。但是實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)糾纏光源有個(gè)根本性的困難,即在量子點(diǎn)中,偏振方向垂直的兩個(gè)光子在能量上存在微小的差別(即激子的精細(xì)結(jié)構(gòu)),會(huì)破壞光子對(duì)的糾纏特性。
何力新研究組深入研究了精細(xì)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生機(jī)制,推導(dǎo)出了量子點(diǎn)中激子精細(xì)結(jié)構(gòu)和偏振角在單軸應(yīng)力下的唯象理論,并且給出了在外壓下具有最小精細(xì)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)的簡單判據(jù) [Phys. Rev. Lett. 106, 227401 (2011)]。受到這個(gè)工作的啟發(fā),德國的Trotta小組實(shí)現(xiàn)了可控的量子點(diǎn)糾纏光源。但是由于每個(gè)量子點(diǎn)的發(fā)光能量都不一樣,無法將不同量子點(diǎn)的糾纏光子對(duì)用于實(shí)現(xiàn)量子中繼。最近通過對(duì)應(yīng)力調(diào)節(jié)量子點(diǎn)微觀機(jī)制的理解,何力新研究組在理論上證明了利用一組特殊的組合應(yīng)力可以在大范圍調(diào)節(jié)量子點(diǎn)發(fā)光能量的同時(shí),將任意量子點(diǎn)的精細(xì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)到接近于零,這樣就解決了實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展量子點(diǎn)糾纏光源的關(guān)鍵困難。他們同時(shí)提出了一個(gè)在目前技術(shù)能力下完全可以實(shí)現(xiàn)的可擴(kuò)展糾纏光源的裝置,利用該裝置可以將不同量子點(diǎn)產(chǎn)生的糾纏光子級(jí)聯(lián)起來,從而可實(shí)現(xiàn)量子中繼、遠(yuǎn)距離的糾纏分發(fā)、高效率的多光子糾纏生成等,為量子點(diǎn)確定性糾纏光源的實(shí)用化鋪平了道路。
中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生王建平為文章的第一作者。這項(xiàng)工作得到國家基金委、中科院、科技部和教育部的資助。
(a)量子點(diǎn)雙激發(fā)級(jí)聯(lián)過程 (b) 量子中繼器
