中國科大構建新型的量子中繼器

　　近日，中國科學技術大學設計了一種新型的量子中繼方案。中國科學院量子信息重點實驗室何力新研究組基于量子點雙激發的級聯過程，提出實現可擴展的量子點糾纏光源方案，可構建新型的量子中繼器。該成果發表在8月7日的《物理評論快報》上。論文的第一作者為該實驗室的博士生王建平。

　　量子糾纏光源在量子通訊、量子計算中有非常重要的應用，是量子信息處理中的重要資源。傳統的糾纏光源主要由參量下轉換過程實現。但這種糾纏光源是概率性的，有可能產生高階冗余的光子對，從而導致量子通訊和量子計算出現錯誤。利用半導體量子點的雙激子自發輻射過程可以實現可控的、確定性的糾纏光源，比目前使用的參量光下轉換方法更為優越。但是實現量子點糾纏光源有個根本性的困難，即在量子點中，偏振方向垂直的兩個光子在能量上存在微小的差別（即激子的精細結構），會破壞光子對的糾纏特性。

　　何力新研究組深入研究了精細結構的產生機制，推導出了量子點中激子精細結構和偏振角在單軸應力下的唯象理論，并且給出了在外壓下具有最小精細結構的量子點的簡單判據 [Phys. Rev. Lett. 106, 227401 (2011)]。受到這個工作的啟發，德國的Trotta小組實現了可控的量子點糾纏光源。但是由于每個量子點的發光能量都不一樣，無法將不同量子點的糾纏光子對用于實現量子中繼。最近通過對應力調節量子點微觀機制的理解，何力新研究組在理論上證明了利用一組特殊的組合應力可以在大范圍調節量子點發光能量的同時，將任意量子點的精細結構調節到接近于零，這樣就解決了實現可擴展量子點糾纏光源的關鍵困難。他們同時提出了一個在目前技術能力下完全可以實現的可擴展糾纏光源的裝置，利用該裝置可以將不同量子點產生的糾纏光子級聯起來，從而可實現量子中繼、遠距離的糾纏分發、高效率的多光子糾纏生成等，為量子點確定性糾纏光源的實用化鋪平了道路。

　　上述研究工作得到國家基金委、中科院、科技部和教育部的資助。

圖：(a)量子點糾纏光源原理圖；(b)利用偏振分光鏡將不同量子點發出的糾纏光子對級聯，從而實現量子中繼。