1 月 31 日消息，來自德國斯圖加特大學與維爾茨堡大學團隊宣布，他們成功演示了一種在通信 C 波段工作的高質量單光子源，實現了按需產生單光子，并取得接近 92% 的雙光子干涉可見度。

▲  圖源：斯圖加特大學

這一結果被認為是面向可擴展光子量子計算和量子通信的重要進展。相關研究成果已于 1 月 30 日發表在《Nature Communications》上（IT之家附 DOI:10.1038/s41467-026-68336-0）。

該研究領導者、斯圖加特大學教授斯特凡妮 · 巴爾茨（Stefanie Barz）表示：“十多年來，缺乏一種高質量、可按需工作的通信 C 波段單光子源一直是量子光學實驗室面臨的主要問題，而我們的新技術現在消除了這一障礙。”

在量子技術中，光子的“不可區分性”至關重要。當多個光子在所有物理屬性上完全一致時，它們才能發生高質量的量子干涉，從而增強或抑制特定測量結果。這類效應是量子計算和量子網絡等新興技術的基礎。

論文第一作者、斯圖加特大學研究人員尼科 · 豪澤（Nico Hauser）報告稱，他們研制的光子源不僅能夠按需產生光子，而且其工作波長與現有通信基礎設施兼容，可滿足實際應用。

為了實現可擴展的光子量子技術，光子源必須與光纖通信網絡相兼容，這意味著需要在約 1550 納米的通信 C 波段工作，該波段在石英光纖中的損耗最低。此前，基于量子點的光子源在較短波長范圍（780–960 納米）已能實現接近理想的光子特性，但要將這些性能擴展到通信波段一直存在困難。

目前常用的一種替代方案是自發參量下轉換（SPDC），該方法可以產生高質量光子，但過程是隨機的，無法預測光子產生的具體時間，因而難以同步多個光子源。相比之下，確定性光子源可以在觸發時必然產生光子。雖然已有量子點器件可在通信 C 波段工作，但此前其雙光子干涉可見度最高約為 72%，明顯低于 SPDC 光子源的水平，也不足以滿足高要求的量子協議。對此，巴爾茨表示：“我們的新器件現在打破了這一瓶頸。”

研究團隊開發的新型光子源采用了嵌入在銦鋁鎵砷材料中的砷化銦量子點，并將其集成到環形布拉格光柵諧振腔中，以增強光子發射效率。研究人員系統比較了多種激發方案，發現通過晶格振動介導的激發方式，而非使用更高能量的光泵浦量子點，可以獲得最佳效果。在這種工作模式下，團隊實現了接近 92% 的原始雙光子干涉可見度，這是目前在通信 C 波段確定性單光子源中報道的最高值。

研究人員指出，這一成果使確定性量子點光子源在性能上首次接近隨機型 SPDC 光子源，同時保留了“按需產生光子”的關鍵優勢。豪澤表示：“我們同時實現了確定性單光子產生、通信 C 波段發射以及高光子不可區分性，這將使需要大量同步光子的應用成為可能，包括基于測量的量子計算以及用于遠距離通信的量子中繼器。”

該研究由斯圖加特大學與維爾茨堡大學合作完成，其中維爾茨堡團隊在斯文 · 赫夫林（Sven H?fling）教授帶領下負責量子點樣品的制備。雙方在 PhotonQ 項目框架下開展合作，目標是為新型實用光子量子處理器奠定基礎。該處理器計劃部署在斯圖加特大學，并有望利用這種“按需定制”的光子釋放光子量子計算的潛力。研究團隊還表示，這類新型光子源將成為未來構建分布式量子計算網絡的重要基礎，并將在 Quantenrepeater.Net（QR.N）項目中發揮作用。