单光子源:量子光子学一直在等的那个器件

光子是很有吸引力的量子信息载体:传播速度快、抗退相干、可通过现有光纤路由。持续存在的困难,是以应用所需的性质产生它们。

三个相互矛盾的性质

纯度。 恰好一个光子,不是零个也不是两个。多光子事件会造成错误,在量子密钥分发中还会打开安全漏洞。

不可区分性。 光子在波长、偏振与时域波形上必须完全相同,基于干涉的操作才能奏效。微小差异会迅速劣化性能。

确定性。 系统需要时按需发射一个光子,而不是以随机间隔出现。

各条路线各自给出什么

自发参量下转换在非线性晶体中把一个泵浦光子分裂为两个关联光子。它机理清楚、产生的光子不可区分性很高,但过程是概率性的——发射时刻无法选定,而提高速率会增加多光子污染。

量子点是受激发时发射单光子的半导体结构,可以被触发,因而具备确定性。困难在于让各个量子点彼此相同——每个的发射特性都略有差异,因此扩展到大量光源是挑战。