【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京量子信息科學(xué)研究院(以下簡稱“量子院”)光量子通信與器件袁之良團(tuán)隊(duì)基于自主研發(fā)的低反射率微柱腔器件，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體量子點(diǎn)-微腔耦合系統(tǒng)的脈沖少光子相干操控，且無需任何背景激光抑制條件。2025年11月14日，相關(guān)研究成果以“Coherent manipulation of a quantum dot with few photons in a low-reflectivity micropillar cavity”為題，發(fā)表于《Laser & Photonics Reviews》。
在固態(tài)量子網(wǎng)絡(luò)中，光子與量子比特之間的雙向相干控制具有重要意義，而這依賴于可在少數(shù)光子水平下工作的光子-發(fā)射器接口。量子點(diǎn)-微腔耦合體系因其高輸入耦合效率，為實(shí)現(xiàn)該接口提供了可行路徑。然而，腔的反射通常會(huì)引入背景激光干擾。為解決該問題，研究團(tuán)隊(duì)采用低反射率(1%)、輸入耦合效率高(97%)的微柱腔系統(tǒng)，直接開展脈沖共振熒光實(shí)驗(yàn)(圖1)。
圖1 低反射微柱腔—量子點(diǎn)耦合性能測試
在脈沖寬度為量子點(diǎn)激子壽命兩倍的條件下，該系統(tǒng)在保持高單光子純度(g2(0)=0.2)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)脈沖5.6個(gè)入射光子水平的光學(xué)非線性閾值。當(dāng)脈沖寬度進(jìn)一步縮短至與量子點(diǎn)壽命相當(dāng)時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)僅用9個(gè)光子激發(fā)即觀測到清晰的Rabi振蕩現(xiàn)象(圖2)。該成果有望推動(dòng)基于量子點(diǎn)-腔界面的偏振依賴型光量子器件的發(fā)展，例如偏振編碼單光子源與光子簇態(tài)光量子計(jì)算等關(guān)鍵組件。此前，團(tuán)隊(duì)利用同類低反射率微柱腔器件，實(shí)現(xiàn)了少光子激勵(lì)條件下Mollow 三重態(tài)的直接觀測(Optica, 2023, 10, 1118)，并驗(yàn)證了團(tuán)隊(duì)提出的共振熒光統(tǒng)一理論模型(Nature Communications, 2025, 16, 6453)。
圖2 少光子激發(fā)下的Rabi振蕩曲線
該論文第一作者為量子院博士生王嘉俊，通訊作者為量子院助理研究員吳邦和首席科學(xué)家袁之良。其他重要合作者還包括量子院助理研究員王旭杰、工程師劉麗、北京郵電大學(xué)博士生黃國奇以及中國科學(xué)院半導(dǎo)體所博士后劉汗青、研究員倪海橋和牛智川。該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金的支持。
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