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中新網(wǎng)廣州7月11日電 (許青青 朱嘉豪 李建平)據(jù)中山大學10日晚消息，該校物理學院王雪華、劉進教授團隊主導提出了一種全新的腔誘導自發(fā)雙光子輻射方案，實現(xiàn)與單光子輻射強度相當?shù)淖园l(fā)雙光子輻射，研發(fā)出保真度高達99.4%的按需觸發(fā)式新型微納量子糾纏光源。該研究成果9日在《自然》雜志(Nature)在線發(fā)表。

據(jù)團隊介紹，在量子世界里，一對光子能像心靈感應的雙胞胎——即使相隔萬里，測量其中一個，另一個瞬間“回應”。這種神奇的量子糾纏，在量子計算、量子通信和量子精密測量等多個領域發(fā)揮著至關重要的作用。

“某些特殊材料，比如我們采用的‘人造原子’結構，有概率在同一時刻發(fā)射兩個緊密關聯(lián)的光子，這種現(xiàn)象被稱為‘自發(fā)雙光子輻射’。”論文第一作者、中山大學物理學院副教授劉順發(fā)介紹，盡管在20世紀60年代，研究人員就已提出相關的理論預言，但由于原子總是傾向于一次只輻射一個光子，“雙胞胎”光子的產(chǎn)生概率通常遠遠低于單光子產(chǎn)生概率，實驗上幾乎無法觀測。

如今，半導體的材料生長與器件加工技術的突破，為自發(fā)雙光子輻射的實驗實現(xiàn)提供了關鍵支持。“我們設計了超高品質(zhì)的光學微腔，并在微納尺度上精細調(diào)控光子的產(chǎn)生過程。”劉順發(fā)說，這種光學微腔為“雙胞胎”光子的產(chǎn)生搭建了專屬通道，在實驗中將雙光子的輻射效率從小于0.1%提升到了約50%，從而使制備可控觸發(fā)的糾纏光子對源成為可能。

劉順發(fā)表示，該研究基于納米尺寸的固態(tài)“人造原子”結構，提出了一種腔誘導的自發(fā)雙光子輻射方案，在國際上率先實現(xiàn)了與單光子輻射強度相當?shù)淖园l(fā)雙光子輻射，突破了“光子輻射的二階量子過程必然遠弱于一階過程”的傳統(tǒng)認知，成功制備出保真度高達99.4%的按需觸發(fā)式新型糾纏光子對源。他說，“這一指標意味著我們的糾纏光子‘心靈感應’的強度極高，也顯示出這項技術在提升量子通信安全性、量子計算可靠性、量子計量精度等方面的巨大潛力。”(完)