德國的研究人員最近在光子量子技術方面取得了重要進展，開發出一種在電信 C 頻帶運行的確定性光子源，並實現了創紀錄的光子不可區分性。這項技術針對了一個困擾量子光學實驗室超過十年的問題，即缺乏高品質的按需 C 頻帶光子源。斯圖加特大學的 Stefanie Barz 教授表示，我們的新技術現在消除了這一障礙。
這項研究小組報告了一種在 1550 納米波長上按需產生單光子的源，該波長與全球的光纖通信網絡相對應。這一成果使得確定性光子源更接近實用的量子計算和網絡系統。量子技術依賴於光子以完全相同的方式行為。相同的光子會互相干涉，從而允許量子系統放大或抑制測量結果。如果光子之間存在微小的差異，干涉效果會下降，這直接限制了系統的性能。因此，高品質的干涉成為嚴格要求，而非附加功能。
斯圖加特大學的科學家 Nico Hauser 解釋說，實用的量子系統需要同時到達並表現相同的光子。許多現有的光子源難以同時滿足這兩個條件，特別是在電信波長下。電信網絡在接近 1550 納米的 C 頻帶運行最為高效，該區域的光纖損耗最小，因此任何可擴展的光子量子系統必須在這裡工作。
量子點在較短波長下已經實現了近乎完美的光子特性，但將這種性能擴展到電信範圍內卻遇到了困難。過去的確定性量子點光子源在 C 頻帶的干涉能見度接近 72%。這一水平未能滿足苛刻的量子協議要求。隨機性來源，如自發參數下轉換，雖然提供了更高的不可區分性，但無法保證光子出現的時間，這種隨機性阻礙了多個來源之間的同步。
斯圖加特團隊使用嵌入銦砷化物量子點的銦鋁鎵結構建造了他們的光子源，並將其集成到圓形 Bragg 光柵共振器中，該共振器提高了光子發射的效率。研究人員測試了多種激發方法，發現晶格振動介導的激發表現優於高能量的光學泵浦。這種方法降低了噪音，保留了光子的相干性。使用這一方案，設備實現了近乎 92% 的原始雙光子干涉能見度，這一數字標誌著任何在電信 C 頻帶運行的確定性單光子源中報告的最高值。
這一成果將確定性來源的性能提升至與隨機性來源相同的水平，同時保持按需運行。Hauser 說，我們能夠同時實現確定性單光子生成、在電信 C 頻帶的發射以及高光子不可區分性，將使得需要大量同步光子的應用成為可能，從基於測量的量子計算到長距離通信的量子中繼。這次進展消除了關鍵技術障礙，也使大型光子量子系統更接近於在現有光纖網絡上部署。該研究的成果發表在《Nature Communications》期刊上。
