中国科大在量子光源与量子逻辑门连续获重大突破

中国科大实现世界最高品质的确定性量子点单光子源

中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室潘建伟、陆朝阳等在国际上首次实现基于量子点脉冲共振荧光的确定性高品质单光子源。2月4日，该工作以长文的形式发表在《自然》杂志的子刊《自然•纳米技术》上。这是我国在量子点光学量子调控领域发表在《自然》系列期刊上第一篇论文。

 

量子点是一种通过分子束外延方法制备的纳米晶体，又被称为“人造原子”，可以为量子保密通信和光学量子计算提供理想的单光子源。此前，加州大学、剑桥大学和斯坦福大学等研究组实现了基于非共振激发量子点产生的单光子源。然而，由于单光子发射时间抖动、激子退相干等不可避免地引起光子品质下降，光子全同性只能达到70%左右，无法进一步应用于可扩展量子信息处理。

 

 

要发展能够真正实用化的光量子信息技术，关键技术之一是实现确定性的高品质单光子源。为此，潘建伟、陆朝阳等在国际上首次发展了一套新颖的量子点脉冲共振光学激发、多重滤波技术，显著消除了消相干效应，解决了单光子源的确定性和高品质这两个基本问题。实验产生的单光子源信噪比超过300:1，二阶关联函数小于1.5%，光子全同性优于97%的，这些技术指标使得中国在这一领域的研究跻身世界前列，为可扩展光学量子计算和基于自旋的固态量子网络的实现奠定了基础。审稿人称赞这是一个“令人惊喜的高质量实验”。

 

这项工作受到中组部青年千人计划、中国科学院、科技部和国家自然科学基金的资助。

 

　　　　　　　  （微尺度物资科学国家实验室）

半导体芯片单电子超快普适量子逻辑门研究获重要突破

　　 近日，郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室郭国平教授半导体量子芯片研究组成功实现了半导体量子点单电子量子比特的制备并且演示了全电学控制的普适超快单比特逻辑门操作，相关研究成果发表在1月29日出版的《Nature Communications》上。

随着半导体产业的飞速发展，晶体管集成度越来越高，单个晶体管的尺度越来越小，尺寸效应等导致的量子效应也越来越明显。摩尔定律预言大概到2020年，每个晶体管将小到只有一个电子也被称为单电子晶体管。此时单个电子的运动将满足微观世界中量子力学的物理规律，先前经典世界中适用的各种信息概念都将相应地做出修正。信息的这种量子化趋势将极大地影响未来信息的编码方式，运算规律和读取方式等信息处理的各个环节，甚至彻底改变现在半导体信息产业的格局。

 

郭国平教授半导体量子芯片研究组从可大规模集成化半导体单电子晶体管的设计制备出发，在砷化镓铝异质结中制备了集成双路量子探测通道的栅型双量子点复合结构，并且通过调节加载在栅电极上电秒冲的高度和宽度，成功实现了世界上最快速的皮秒量级单比特超快普适电控量子逻辑门，比国际上公开报道的电控半导体逻辑门运算速度提高了近两个量级，使我们可以在量子相干时间内完成更多比特次的量子逻辑门操作，有利于实用化量子芯片所必需的多量子比特集成和运算。

 

该项研究受到科技部，国家自然科学基金委和中科院的资助。

 

（中科院量子信息重点实验室）

新闻来源：中国科大新闻网

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