量子点源产生近乎完美纠缠光子对

加拿大滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）科学家汇集了两项诺贝尔奖的研究概念，从量子点源有效地产生了近乎完美的纠缠光子对。发表在《通信物理》上的该项成果将推动量子通信领域的发展。

纠缠光子是在远距离也能保持关联的光粒子，2022年诺贝尔物理学奖认可了这一主题的实验。IQC团队将纠缠与量子点（荣获2023年诺贝尔化学奖的技术）相结合，旨在优化纠缠光子的生成过程。纠缠光子可用于安全通信等广泛领域。

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纠缠光子源示意图。嵌入半导体纳米线中的铟基量子点（左），以及如何从纳米线有效提取纠缠光子。

量子密钥分发或量子中继器等令人兴奋的应用需要高度纠缠和高效率的结合，这些应用预计将安全量子通信的距离扩展到全球范围或链接远程量子计算机。以前的实验只测量近乎完美的纠缠或高效率，但新研究首次利用量子点同时满足了这两个要求。

通过将半导体量子点嵌入纳米线中，研究人员创造了一种量子点源，其产生近乎完美纠缠光子的效率，比之前的设备高65倍。这种新光源可用激光激发，根据指令产生纠缠对。研究人员使用荷兰单量子公司提供的高分辨率单光子探测器提高了纠缠程度。

量子点系统一直受到精细结构分裂问题的困扰，该问题会导致纠缠态随着时间的推移而振荡。这意味着，如果检测系统缓慢就会阻碍测量纠缠。通过将量子点与非常快速和精确的检测系统相结合，研究人员获取了振荡期间每个点的纠缠态的时间戳（在特定时间点存在的可验证的数据）。

研究人员利用新的量子点纠缠源模拟了量子密钥分发，证明量子点源在未来安全量子通信领域具有重要作用。