Китайский прорыв: полупроводниковый источник пар фотонов с рекордной чистотой 98,3%

Исследователи Пекинской академии квантовой информации (BAQIS) разработали устройство на основе полупроводниковой квантовой точки, способное генерировать пары фотонов с рекордной чистотой для твердотельных систем. В экспериментах 98,3% собранного света приходится на пары фотонов, а эффективность их генерации составляет 29,9%.

В основе устройства лежит одна квантовая точка, помещенная в оптический микрорезонатор диаметром тоньше человеческого волоса. Полость использует эффект Парселла для ускорения испускания фотонов. Ключевым техническим решением является управление так называемым тёмным возбужденным состоянием: путём поляризационно-селективного возбуждения p-оболочки лазерными импульсами электрон переводится в долгоживущее состояние, в котором свет не излучается. Когда квантовая точка заполняется вторым электроном, образуется бикситон, который затем каскадно распадается, высвобождая два фотона. Измеренное значение двухфотонной корреляции g²(0) составляет 3,97.

Традиционные нелинейные кристаллические источники пар фотонов генерируют фотоны вероятностно и могут случайным образом испускать несколько пар одновременно, что вносит шум в квантовые системы. Настоящее устройство лишено этого недостатка, поскольку использует одиночный квантовый излучатель.

Устройство функционирует при температуре ниже 10 Кельвинов. Для практического применения исследователи намерены поднять рабочую температуру до 77 Кельвинов — уровня жидкого азота. Параллельно ведется поиск альтернативных полупроводниковых материалов. Пары фотонов востребованы в квантовой криптографии, квантовых датчиках и медицинской визуализации.