新的单光子源基于量子点的激发（如左下角的凸起所示），然后发射光子。微腔确保光子被引导到光纤中并在其末端出现。图片来源：巴塞尔大学物理系

研究人员使用光漏斗微腔创造了一种高效的单光子源。这一进步可以显著加速量子计算和密码学。

巴塞尔大学和波鸿鲁尔大学的研究人员开发了一种单光子源，每秒可以产生数十亿个这样的量子粒子。凭借其破纪录的效率，光子源代表了量子技术的新而强大的构建块。

量子密码学承诺绝对安全的通信。这里的一个关键组成部分是单光子串。信息可以存储在这些光粒子的量子态中，并远距离传输。未来，远程量子处理器将通过单光子相互通信。也许处理器本身会使用光子作为量子比特进行计算。

然而，此类应用的基本先决条件是单光子的有效源。由巴塞尔大学的 Richard Warburton 教授、Natasha Tomm 和 Alisa Javadi 博士领导的研究团队与波鸿的同事一起，现在在《自然纳米技术》杂志上报告了单光子源的开发情况，该光源在效率方面大大超过了以前已知的系统。

“漏斗”引导光粒子

每个光子都是通过激发半导体内部的单个“人造原子”（量子点）而产生的。通常，这些光子会向所有可能的方向离开量子点，因此会丢失很大一部分。在现在介绍的光子源中，研究人员通过将量子点放置在“漏斗”内以将所有光子发送到特定方向来解决这个问题。

“漏斗”是一种新颖的微腔，代表了研究团队的真正创新：微腔捕获了几乎所有的光子，然后将它们引导到光纤中。每个光子长约 2 厘米，出现在光纤的末端。

整个系统的效率（即量子点的激发实际产生可用光子的概率）为 57%，是以前单光子源的两倍多。“这是一个非常特别的时刻，”主要作者理查德·沃伯顿 （Richard Warburton） 解释道。“我们已经知道原则上的可能性一两年了。现在我们已经成功地将我们的想法付诸实践。

计算能力的大幅提升

效率的提高具有重大后果，Warburton 补充道：“将单光子创建的效率提高 2 倍，相当于一串 20 个光子的整体改进 100 万倍。未来，我们希望使我们的单光子源变得更好：我们希望简化它，并在量子密码学、量子计算和其他技术中寻求它的一些无数应用。