【儀表網 研發快訊】中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、霍永恒等在國際上首次實現效率超越可擴展線性光量子計算損失容忍閾值的高性能單光子源，相關綜合指標達到了國際最先進水平，為未來實現通用光量子計算奠定了關鍵技術基礎。相關研究成果于2月28日在線發表于國際學術期刊《自然·光子學》上。
光子作為量子信息處理的重要載體，具有速度快、室溫操作、抗環境干擾強等優勢，但光子易損失的物理特性一直是大規模光量子計算的核心挑戰。理論表明，單光子源的效率必須高于2/3的閾值，可擴展的線性光量子計算才具備可行性。然而，歷經近半個世紀的技術攻關，此前所有確定性全同單光子源的效率始終未能突破該閾值，成為制約光量子計算發展的關鍵障礙。
圖.左：單光子源系統示意圖；右：單光子源效率超越損失容忍閾值(紅線)
為攻克該難題，研究團隊發展了一種可調諧的開放式光學微腔，實現了量子點與微腔在諧振頻率及空間定位的雙重精準耦合，解決了傳統固定式微腔的失諧難題。此外，團隊發展了一種脈沖整形激發技術，使單光子源的整體性能得到顯著提升。該單光子源的單光子性優于98.0%，光子全同性優于98.6%，系統效率達到71.2%，提取效率達到80.6%，首次突破了2/3的損失容忍閾值，并實現了1.89 dB的強度壓縮。相關綜合指標達到了國際最先進水平。
審稿人高度評價這項研究工作，認為“實現光源系統效率高于光量子計算中損耗容忍閾值是一個里程碑(Achieving a source system efficiency above the threshold required for compensating for photon loss in photonic quantum computing is certainly a milestone)” ，“這些結果無疑是朝著理想單光子源邁出的又一大步(These results are certainly another significant step towards the ideal single-photon source)”。
本項研究獲得了國家自然科學基金委、科技部、中國科學院、安徽省、上海市等的支持。
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