Yn ddiweddar, mae'r tîm cyfrifiadura cwantwm dot cwantwm dan arweiniad Hu Chengyong yn Academi Gwyddor Gwybodaeth Cwantwm Beijing (y cyfeirir ati o hyn ymlaen fel "yr Academi") wedi gwireddu ffynhonnell golau cwantwm newydd - laser-trosi ffynhonnell ffoton sengl-{3}}drwy ddefnyddio effaith aflinol dirlawn -llun-ffotograff a switsh sengl {4}llun. Mae'r ffynhonnell hon yn dangos amser cydlyniad tra hir (258±2 microseconds) a homogenedd ffotonau cadarn, gyda-perfformiad ffoton sengl yn cyrraedd y lefel optimaidd o allyriadau digymell confensiynol-seiliedig ar sengl-ffynonellau ffoton. Mae'n dal addewid fel ffynhonnell golau cwantwm safonol ar gyfer cymwysiadau rhyngrwyd cwantwm. Ar 18 Tachwedd, 2025, cyhoeddwyd canfyddiadau'r ymchwil yn Optica o dan y teitl "Trosi golau laser yn ffotonau sengl gydag amser cydlyniad ultralong."
Mae ffotonau yn gludwyr delfrydol ar gyfer trosglwyddo gwybodaeth cwantwm a cherbydau hanfodol ar gyfer prosesu gwybodaeth cwantwm. Mae ffynonellau ffoton sengl-yn ffurfio cydrannau craidd technolegau cwantwm megis cyfrifiadura cwantwm optegol, cyfrifiadura cwantwm gwasgaredig, cyfathrebu cwantwm, a mesur cywirdeb cwantwm. Ar hyn o bryd, mae paratoadau ffynhonnell ffoton sengl yn dibynnu'n bennaf ar ddau ddull technegol: mae un yn ddulliau tebygol yn seiliedig ar-drosi parametrig digymell (SPDC) neu gymysgu tonnau pedwar yn ddigymell (SFWM); a'r llall yw dulliau penderfyniaethol yn seiliedig ar allyriadau digymell o systemau cwantwm sengl, megis atomau oer, trapiau ïon, dotiau cwantwm, neu ganolfannau lliw. Yn y blynyddoedd diwethaf, mae allyriadau-math cwantwm dot sengl-ffynonellau ffoton wedi gwneud cynnydd sylweddol tuag at gyflawni ffynonellau ffoton sengl delfrydol, gan arddangos bron i 100% sengl-purdeb ffoton a hunaniaeth ffoton. Fodd bynnag, mae ffynonellau ffoton sengl sy'n seiliedig ar allyriadau yn dal i wynebu cyfyngiadau: wedi'u cyfyngu gan ddwywaith yr oes exciton, mae eu hamser cydlyniant archeb cyntaf yn fyr iawn (dim ond degau i gannoedd o picoseconds), ac mae hunaniaeth ffoton yn agored i ddiraddio oherwydd sŵn gwefr a sŵn troelli. Mae datblygiad rhyngrwyd cwantwm yn y dyfodol yn dibynnu ar gyfathrebu cwantwm cydlynol yn seiliedig ar ymyrraeth ffoton dau-ffoton neu sengl, ffynonellau ffoton sengl heriol gyda chydlyniad rhagorol a hunaniaeth ffoton gadarn. Mae ffynonellau ffoton sengl sy'n seiliedig ar allyriadau-ar hyn o bryd yn ei chael hi'n anodd bodloni'r gofynion hyn yn llawn. Er bod gan laserau gydlyniad rhagorol yn eu hanfod, ni ellir eu gwanhau'n uniongyrchol i gyflyrau ffoton sengl gan ddefnyddio elfennau optegol llinol.
Er mwyn mynd i'r afael â'r heriau hyn, bu'r tîm ymchwil yn cydweithio â Sefydliad y Lled-ddargludyddion, Academi Gwyddorau Tsieina, gan gynnig a gwireddu trydydd dull ar gyfer paratoi ffynhonnell ffoton sengl: trosi laser-ffynhonnell ffoton sengl-seiliedig (LCSPS). Yn wahanol i'r strwythurau micro-geudod optegol unochrog traddodiadol a ddefnyddir yn gyffredin mewn ffynonellau ffoton math sengl, dyluniodd y tîm ficro-geudod optegol dwyochrog cymesur [gweler Ffigur 1(a)]. Mae'r strwythur hwn i bob pwrpas yn atal gwasgariad laser o fewn y ceudod heb ddibynnu ar hidlwyr polareiddio orthogonol. Ar ôl adlewyrchiad o fewn y system gyplu micro-dot cwantwm, caiff y laser ei drawsnewid yn uniongyrchol yn un ffoton [gweler Ffigur 1(a)], gan arddangos y priodweddau rhagorol a ganlyn: amser cydlyniad hir iawn [258±2 μs, gweler Ffig. 2(b)], gallu cadarn mewn ffoton, gweld, ± 13} [disgwyliadu ±2 μs], gallu i weld yn gadarn [- Ffig. 2(c)], a sengl perffaith-purdeb ffoton [g(2)(0)=0.030±0.002, gweler Ffig. 1(e)]. Mae'r holl ddata yn cynrychioli canlyniadau mesur amrwd.
Gellir esbonio egwyddor gweithredu'r laser-ffynhonnell ffoton sengl wedi'i throsi-yn ansoddol yn seiliedig ar aflinolrwydd dirlawn ac effeithiau switsio ffoton sengl dotiau cwantwm sengl: Pan fydd un ffoton yn rhyngweithio â'r dot cwantwm ac yn cael ei adlewyrchu ganddo, mae ffotonau digwyddiad dilynol yn cael eu trosglwyddo o fewn y cyflwr exciton. Mae'r broses hon yn achosi i'r golau adlewyrchiedig arddangos ymddygiad gwrth-gydlyniad, gan ddangos nodweddion ffoton sengl, tra bod y golau a drosglwyddir yn arddangos effeithiau cydlyniant, gyda phriodweddau ffotonau lluosog. Mae'r mecanwaith ffisegol dwfn gwaelodol yn deillio o ymyrraeth cwantwm rhwng cyflyrau cydlynol (hy, laser) ac aml- daleithiau ffoton. Mae'r broses ymyrraeth hon i bob pwrpas yn atal y tebygolrwydd y bydd cydrannau aml-ffoton yn ymddangos yn y maes golau adlewyrchiedig, gan drawsnewid y maes golau laser adlewyrchiedig yn ffotonau sengl.
Wrth etifeddu -cydlyniad trefn gyntaf a hunaniaeth ffotonau cadarn o laserau, gellir cymhwyso ffynonellau ffoton sengl wedi'u trosi â laser yn eang mewn amrywiol brotocolau cyfathrebu cwantwm sy'n seiliedig ar ymyriant, radars cwantwm un{{{4}graddedig-rhaeadr ffoton-arae{6}ffoton{6}wedi'u moddio{{{}{{}), a ffynonellau wedi'u cloi{{6}sengl{6} Maent yn dal addewid fel y ffynhonnell golau cwantwm safonol ar gyfer rhyngrwyd cwantwm yn y dyfodol.
Ffigur 1
(a) Sgematig o adeiledd ac egwyddor gweithredu'r ffynhonnell ffoton sengl a droswyd gan laser; (b) Delwedd microsgop electron sganio o'r ddyfais; (c) Sbectra adlewyrchiad cydlynol ar ddwysedd gyriannau gwahanol, gan ddangos cymhareb switsio ffoton sengl 50:1; (ch) Gwerth sero g(2)(0) swyddogaeth cydberthynas ail drefn y maes golau adlewyrchiedig fel ffwythiant diwnio laser; (e) Ffwythiant cydberthynas ail-g(2)(t) y maes golau adlewyrchiedig ar ddwysedd gyriant isel.
Ffigur 2 (a) Yn gyntaf-cydlyniad y-ffynhonnell ffoton sengl a nodweddir gan Mach-Zehnder interferometreg; (b) Arddangosiad bod y laser-trosi-ffynhonnell ffoton math sengl-yn rhannu'r un amser cydlyniant â'r laser gyrru, a gyflawnir drwy interferometreg heterodyne oedi ac amser-mesuriadau cyd-ddigwyddiad a ddatryswyd; (c) Esblygiad o ddau-welededd ymyrraeth ffoton gyda gwahaniaeth amser allyriadau, sy'n profi homogenedd ffoton cadarn y ffynhonnell.
Awduron cyntaf y papur hwn yw Wang Mannan a Li Yanfeng, myfyrwyr doethuriaeth yn y Sefydliad Gwybodaeth Cwantwm, gyda'r awdur cyfatebol Hu Chengyong, ymchwilydd yn yr un sefydliad. Mae ei gyd-awduron yn cynnwys Zeng Chuanyu, myfyriwr doethuriaeth yn y Sefydliad Gwybodaeth Cwantwm; Huang Guoqi, myfyriwr doethuriaeth ym Mhrifysgol Swyddi a Thelathrebu Beijing; y peirianwyr Liu Li, Wang Wenyan, a Ji Weijie o'r Sefydliad Gwybodaeth Cwantwm; yn ogystal ag ymchwilydd ôl-ddoethurol Liu Hanqing, ymchwilwyr Ni Haiqiao a Niu Zhichuan o Sefydliad Lled-ddargludyddion, Academi Gwyddorau Tsieineaidd. Cefnogwyd y gwaith hwn gan Sefydliad Gwyddoniaeth Naturiol Beijing a Rhaglen Ymchwil a Datblygu Allweddol Genedlaethol Tsieina.
