據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)站7月30日消息，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等和德國維爾茲堡大學(xué)、英國劍橋大學(xué)相關(guān)小組合作，在國際上首創(chuàng)雙色脈沖相干激發(fā)理論，為光和原子的相互作用等基礎(chǔ)量子光學(xué)問題的研究打開了一個(gè)新思路，解決了共振熒光長期存在的激光本底噪聲問題。進(jìn)一步，研究組通過該方法在微腔耦合的半導(dǎo)體量子點(diǎn)體系上實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了無激光背景的高效率和高品質(zhì)的單光子源，為實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算這一國際學(xué)術(shù)界稱之為“量子稱霸”的里程碑目標(biāo)提供了一個(gè)有用的新工具。相關(guān)論文以長文的形式于近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·物理》上。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、馬里蘭大學(xué)Glenn Solomon教授受邀以“Two are better than one”為題對(duì)這一研究成果發(fā)表News & Views評(píng)述文章。

利用電磁脈沖共振驅(qū)動(dòng)和操縱量子比特被廣泛應(yīng)用于包括離子阱、固態(tài)缺陷、超導(dǎo)量子線路等各種物理體系的量子信息技術(shù)。2013年，潘建偉、陸朝陽等首創(chuàng)量子點(diǎn)脈沖共振激發(fā)方法，解決了先前困擾了國際學(xué)術(shù)界十多年的單光子源品質(zhì)問題，率先獲得了接近完美品質(zhì)的單光子[Nature Nanotechnology8, 213-217 (2013)]。這一技術(shù)隨后被國際上廣泛采用。然而，基于單色光的共振激發(fā)方法在提升光子品質(zhì)的同時(shí)，激發(fā)光會(huì)帶來本底噪聲，一般需要高精度的極化濾波去除，因而導(dǎo)致50%的效率損失。這個(gè)效率損失使得操縱多個(gè)光子的成功率下降，成為以“波色取樣”任務(wù)實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子霸權(quán)目標(biāo)的重要障礙。

為了解決這個(gè)長期存在的前沿問題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了雙色脈沖相干激發(fā)方法，采用兩個(gè)相位鎖定的雙色失諧脈沖激發(fā)量子二能級(jí)系統(tǒng)。通過理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的研究發(fā)現(xiàn)，雙色失諧脈沖結(jié)合不僅可以抵消失諧，有效驅(qū)動(dòng)二能級(jí)量子系統(tǒng)，同時(shí)，因?yàn)轭l率上沒有和單光子重疊，可直接通過頻率濾波將激光有效濾除，從而得到高品質(zhì)的單光子。這個(gè)全新的方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為光和二能級(jí)原子的相互作用等基礎(chǔ)量子光學(xué)提供了新的手段，也向著量子霸權(quán)的科學(xué)目標(biāo)邁進(jìn)了堅(jiān)實(shí)的一步。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、中科院、安徽省、上海市科委、教育部等單位的支持。