中国研究人员报告称，他们首次展示了通过工程化设计量子点，实现持续稳定地产生纠缠光子对的方法。研究团队通过精细调控单个量子点周围的光子环境，证明可高效产生高度相关的光子对。相关成果由北京量子信息科学研究院袁志亮团队完成，并发表在《自然材料》（Nature Materials）。

从单光子到光子对

近年来，按需生成单光子的技术进展显著，并已在量子计算、安全通信、先进传感和生物医学成像等方向推动应用发展。研究人员指出，下一步的关键在于获得“完全相同且强纠缠”的光子对。纠缠光子即使相距较远，其性质仍保持关联，这一特性是多类量子技术的基础。

传统光子对常通过非线性光学晶体产生：入射激光光子在晶体中可分裂为两个能量较低的光子。但该方法的输出具有不确定性，既可能产生单个光子对，也可能产生多个不需要的光子对，或在某些情况下不产生光子对，从而限制了可控性。

量子点与微柱腔方案

为提升可控性，研究团队转向量子点这一纳米尺度半导体结构。量子点在激光照射下可吸收能量并激发电子跃迁；电子回落至基态时会发射特定频率的光子。研究人员表示，通过调整量子点材料组成，可对发射过程中的能级进行精确控制。

在该研究中，团队采用了专门设计的铟镓砷量子点，并将其嵌入微柱腔这一微型光学结构中。微柱腔由多层部分反射镜堆叠构成，可通过反复反射光来塑造量子点的发射行为。研究人员通过调控反射镜的排列改变量子点的光子环境，从而增强特定的发射路径。

实验中，团队使用具有特定偏振的激光激发量子点，使系统进入“双激子态”。该高能态在回落过程中通过级联过程快速发射两个光子，从而形成高度相关的光子对。

发射可靠性与潜在应用

研究团队在脉冲激光激发条件下评估了该方案的表现，并估计有98.3%的发射光子以“成对”形式出现。团队认为，这种控制水平为非线性晶体输出的不确定性提供了可行替代路径。由于光子对来自单一量子发射体，它们也可在定义良好的光学模式中产生，从而更便于与量子器件集成。

研究人员表示，随着进一步改进，这类可靠的纠缠光子源有望支持多种应用场景，包括量子通信网络以及非侵入式的超高分辨率成像等。

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