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    重大突破！北京量子院袁之良团队实现单量子点高效双光子源，成果登《自然·材料》

    17小时前

    阅读(17)

    北京国际科技创新中心.gif

      近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）袁之良团队联合中国科学院半导体所牛智川课题组，在固态量子光源研究方面取得重要进展。


      研究团队成功制备出一种基于量子点-微柱腔耦合体系的高效率、高纯度双光子发射器。该器件利用创新的暗态双激子激发路径，并结合腔增强的简并双激子-激子级联辐射，大幅提升了双光子发射的效率与纯度。


      2026年3月2日，相关成果以“基于暗态双激子加载的Purcell增强型量子点双光子发射”为题，在线发表于《自然·材料》。同时，研究团队受邀在《自然·材料》撰写研究简讯，进一步阐释了该技术的创新意义与应用前景。

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    1772516807022087699.png 核心挑战：多光子事件概率不可忽略 1772516835049084997.png


      确定性双光子态是量子计量、量子成像和量子生物医学应用中的关键资源。然而，传统基于非线性参量过程的双光子源本质上服从泊松统计，存在多光子事件概率不可忽略的问题。尽管单量子点可通过双激子级联辐射产生光子对，但如何高效填充双激子态并同时实现高亮度、高纯度的双光子发射，一直是该领域的核心挑战。


    1772516865072094373.png 创新路径：让两个光子“携手”出场 1772516884788002044.png


      “为了好理解，我们有这样一个比喻，一扇门需要两个人同时按两个按钮才能打开，一个人的手不够长，因此一个人肯定出不去，要想办法让两个人一起出去，就是我们做的东西。”量子院首席科学家袁之良解释。


      这听起来简单，做起来却极难。在半导体量子点中，电子被激发后会快速落入基态并辐射光子，就像一个人进门后马上出去一样，很难等到“同伴”再一起行动。


      面对这一挑战，研究团队另辟蹊径，提出并实现了一种全新的解决方案。团队将单个In(Ga)As量子点嵌入微柱光学腔中，利用p壳层共振激发技术，选择性地将载流子填充至长寿命的暗激子态，从而绕过亮激子的快速辐射复合通道，实现了对双激子态的高效、确定性加载。

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    （量子点双光子发射器的创新路径）

      “该结果无疑标志着向确定性光子数态生成迈出的重要一步，尤其是在单固态发射体中实现双光子Fock态（光子数态）这一极具挑战性的方向上。”审稿人如此评价。

    5.png

    （高性能双光子源的实验结果）


    1772516908625077503.png 前景广阔：从量子成像到生物检测 1772516923534050986.png


      “它们在时间上永远同步，能量也同步。”袁之良介绍，这种特性可以在精密测量和量子成像中派上大用场。量子院助理研究员吴邦补充了更多应用场景：“双光子成像可以更好地分辨样品，去除背景噪声，得到分辨率更高的图像。将来如果技术进步，可以把这些微米级的光源做成阵列，就像手机芯片一样，实现更大范围的成像。”

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    （袁之良和吴邦在实验室）

      “双光子态是量子光源中的基本资源，就像单光子源一样。”吴邦说。将来的量子计算机、量子通信网络，前端都需要这样的光源，量子院现在做出的突破将给这些应用提供高质量的“光子燃料”。


      而这背后，是北京量子信息科学研究院作为新型研发机构的持续深耕。自2021年团队组建以来，袁之良团队依托量子院的微纳加工平台，与中国科学院半导体所紧密合作，将基础材料转化为国际领先的量子光源器件。从2023年陆续取得一系列成果，再到今天取得固态量子光源中双光子纯度与效率兼具的领先结果——团队用五年时间在固态量子光源研究上实现了重要跃升。


      在全国量子科技竞相发展的格局下，北京的量子科研团队以前沿探索、创新策源为己任，在量子新赛道上跑出了领先的节奏，用一步一个脚印，为北京量子科技发展筑牢根基。



    来源：北京国际科技创新中心公众号（北京科技融媒体 原创）

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