南方日报报道，记者姚昱旸、李秀婷，通讯员朱嘉豪、李建平，近期，《自然》杂志上发布了中山大学物理学院王雪华、刘进教授领衔的研究团队取得的最新学术成果。该团队创新性地提出了一种新型的腔诱导自发双光子辐射策略，这一方案在国际上首次达到了与单光子辐射强度相媲美的自发双光子辐射水平。他们成功研发出了一种保真度高达99.4%的按需触发式新型微纳量子纠缠光源。这一突破性成果对于推动新一代量子精密测量技术的发展具有重要意义，同时也为构建功能化的光量子信息处理芯片提供了强有力的技术支持。
某些特定类型的材料，例如我们所采用的“人造原子”结构，存在一种可能性，即它们在某一瞬间能够同时发出两个相互关联的光子。这一现象被称作“自发双光子辐射”。对此，论文的首位作者，中山大学物理学院的刘顺发副教授进行了阐述。
尽管早在20世纪60年代，研究者们就已经提出了相关的理论预测，然而，由于原子倾向于每次只释放一个光子，因此“双胞胎”光子的生成几率通常要远低于单个光子的生成几率，这在实验中几乎无法被观察到。在过去的近40年间，尽管全球许多研究团队进行了各式各样的实验尝试，但这一领域仍然未能实现实质性的进展。
目前，半导体材料生长及器件加工技术的重大进展，为自发双光子辐射实验的成功实施奠定了坚实基础。我们研发了超高品质的光学微腔，并在微纳米级别上对光子生成过程进行了精确控制。刘顺发指出，这种光学微腔为“双胞胎”光子的生成开辟了专用路径，在实验操作中，双光子的辐射效率从原先的不足0.1%大幅提升至大约50%，进而使得制备出可控触发的纠缠光子对源成为现实。
“我们就像在纳米尺度上打造了一个专门生产纠缠光子的工厂。刘顺发指出，这项研究依托纳米级别的固态“人造原子”结构，创新性地提出了一种腔诱导的自发双光子辐射策略，首次在国际上实现了自发双光子辐射强度与单光子辐射强度相媲美的成果，颠覆了“光子辐射的二阶量子过程必然比一阶过程弱”的固有观念，并成功研制出保真度达到99.4%的按需触发新型纠缠光子对源。
这一指标揭示了我们的纠缠光子“心灵感应”能力极为强大，同时也昭示了该技术在增强量子通信的安全性、保障量子计算的可靠性以及提高量子计量的精度等方面蕴藏着巨大的发展前景。刘顺发如此阐述。
《自然》杂志的审稿专家对该成果给予了高度赞誉，将其誉为“双光子研究领域的一项重大突破”，并指出它“成功实现了保真度前所未有的纠缠光子对”。
这项研究由中山大学牵头完成，其中，中山大学物理学院的刘进教授担任了论文的通讯作者，王雪华教授在研究过程中给予了关键的指导，而中山大学物理学院的刘顺发副教授则是论文的首位作者。中国科学院半导体研究所的牛智川、倪海桥和杨成奥研究员，以及博士刘汗青，还有中山大学的喻颖教授，在量子点生长技术方面给予了关键性的帮助。德国多特蒙德大学的博士生和教授团队，在量子光学理论领域给予了重要的支持。天津大学的胡小龙教授和博士孟赟，为这项研究提供了用于寿命测试的超导单光子探测器。此外，中山大学的博士生王杨鹏、博士毕业生李学诗以及博士后杨家炜，也对论文的实验部分做出了贡献。
刘顺发透露，在接下来的工作中，该团队计划运用在研究中成功获得的高保真度纠缠光以及高纯度双光子源，持续深入探索量子精密测量和量子通信技术的应用领域。
标签：多特蒙德应用科学大学
