Nýlega hefur skammtapunktaskammtatölvuhópurinn undir forystu Hu Chengyong við Beijing Quantum Information Science Academy (hér eftir nefnt „akademían“) búið til nýjan skammtaljósgjafa-laser-umbreyttum stakri-ljóseindagjafa-með því að nota á netinu{4}áhrifa- og stakri myndrofi skammtapunkta. Þessi uppspretta sýnir ofurlangan samhengistíma (258±2 míkrósekúndur) og sterka einsleitni ljóseinda, þar sem ein-afköst ljóseindanna ná ákjósanlegu stigi hefðbundinnar sjálfkrafa losunar-undirstaða stakra-ljóseindagjafa. Það lofar loforð sem staðall skammtaljósgjafi fyrir skammtafræðinetforrit. Þann 18. nóvember 2025 voru rannsóknarniðurstöðurnar birtar í Optica undir heitinu „Að breyta leysiljósi í stakar ljóseindir með ofurlangan samhengistíma“.
Ljóseindir þjóna sem tilvalin burðarefni fyrir flutning skammtaupplýsinga og mikilvæg farartæki fyrir vinnslu skammtaupplýsinga. Einstakar-ljóseindir mynda kjarnaþætti skammtatækni eins og sjónskammtatölvu, dreifða skammtatölvuna, skammtasamskipti og skammta nákvæmnismælingar. Eins og er, byggir undirbúningur einnar-ljóseindagjafa fyrst og fremst á tvær tæknilegar nálganir: önnur er líkindaaðferðir sem byggjast á sjálfsprottinni niður-niðurbreytingu (SPDC) eða sjálfsprottinni fjögurra-bylgjublöndun (SFWM); hin eru ákvörðunaraðferðir sem byggja á sjálfsprottinni losun frá einstökum-skammtakerfum, eins og köldum atómum, jónagildrum, skammtapunktum eða litamiðstöðvum. Undanfarin ár hefur losun-gerð skammtapunkta stakra-ljóseindagjafa tekið miklum framförum í átt að því að ná fram fullkomnum-einni ljóseinduppsprettum, sem sýna næstum 100% einnar-ljóseindahreinleika og ljóseind. Hins vegar eru losunar-byggðir stakar-ljóseindagjafar enn fyrir takmörkunum: takmarkaðir af tvöföldum líftíma örvunar, samhengistími fyrstu- þeirra er afar stuttur (aðeins tugir til hundruða píkósekúndna) og ljóseindaeinkenni er næmt fyrir niðurbroti frá hleðsluhávaða og snúningshávaða. Framtíðarþróun skammtanets byggir á samfelldum skammtasamskiptum sem byggjast á truflunum á tveimur-ljóseindum eða einni-ljóseindruflunum, sem krefst eins-ljóseindagjafa með frábæru samhengi og sterkri ljóseindaeinkenni. Einfaldar-ljóseindir sem byggjast á losun- eiga í erfiðleikum með að uppfylla þessar kröfur að fullu. Þrátt fyrir að leysir hafi í eðli sínu framúrskarandi samhengi er ekki hægt að deyfa þá beint í stakar-ljóseindir með því að nota línulega ljósfræðilega þætti.
Til að takast á við þessar áskoranir, tók rannsóknarteymið í samstarfi við Institute of Semiconductors, Kínverska vísindaakademíunni, og lagði til og innleiddi þriðju aðferðina til að undirbúa staka-ljóseindagjafa: leysiviðskipti-undirstaða stakrar-ljóseindagjafa (LCSPS). Ólíkt hefðbundnum einhliða -ljósmyndagerð sem almennt er notuð í -gerð einfaldra-ljóseindagjafa, hannaði teymið samhverft tvíhliða-optískt örhola [sjá mynd 1(a)]. Þessi uppbygging bælir í raun leysidreifingu í holrúminu án þess að treysta á rétthyrndar skautunarsíur. Eftir endurspeglun innan skammtapunkta-örholatengiskerfisins er leysinum beint breytt í eina ljóseind [sjá mynd 1(a)], sem sýnir eftirfarandi framúrskarandi eiginleika: ofur-langan samhengistíma [258±2 μs, sjá mynd. 2}(b)], auðskiljanleg mynd [2.4%, sjáanleg mynd [2.4%] Mynd. 2(c)], og fullkominn einfaldur-ljóseindahreinleiki [g(2)(0)=0.030±0,002, sjá mynd. 1(e)]. Öll gögn tákna óunnar mælingarniðurstöður.
Hægt er að útskýra aðgerðareglu leysis-umbreyttu stakra-ljóseindargjafans á eigindlegan hátt út frá mettaðri ólínuleika og stakri-ljóseindaskiptaáhrifum stakra skammtapunkta: Þegar ein ljóseind hefur samskipti við og endurspeglast af skammtapunktinum, eru síðari atviksljóseindir sem birtast innan skammtaskammtatímans sem senda frá sér ljóseindir. mettað ástand. Þetta ferli veldur því að endurkastað ljós sýnir andstæðing-samhengishegðun, sýnir staka-ljóseindareiginleika, á meðan sent ljós sýnir samhengisáhrif, hefur fjöl-eiginleika ljóseinda. Undirliggjandi djúpeðlisfræðilega aðferðin stafar af skammtatruflunum milli samhangandi ástands (þ.e. leysir) og fjöleindaástands. Þetta truflunarferli dregur í raun úr líkum á því að fjöl-ljóseindir komi fram í endurkasta ljóssviðinu og umbreytir endurkastuðu leysiljóssviðinu í stakar ljóseindir.
Með því að erfa fyrstu-röð samhengi og sterka ljóseindaeiginleika leysira, er hægt að beita leysi-breyttum stakri-ljóseindgjafa víða í ýmsum truflunum-bundnum skammtasamskiptareglum, eins-ljóseindafasa-fylkiskammtalæsa{6} ratsjár{6}} og ljósmynda. Þeir halda fyrirheit sem staðall skammtaljósgjafi fyrir framtíðarskammta internetið.
Mynd 1
(a) Skýringarmynd af byggingu og rekstrarreglu leysir-breytts stakrar-ljóseindgjafar; (b) Skanna rafeindasmásjá mynd af tækinu; (c) Samhangandi endurkastsróf við mismunandi drifstyrk, sem sýnir 50:1 staka-ljóseindrofahlutfall; (d) Núllgildi g(2)(0) af annarri-röð fylgnifalli endurkastaðs ljóssviðs sem fall af leysistillingu; (e) Önnur-fylgnifall g(2)(t) endurkastaðs ljóssviðs við lágan drifstyrk.
Mynd 2 (a) Fyrstu-samræmi eins-ljóseindargjafans sem einkennist af Mach-Zehnder truflunum; (b) Sýning á því að ljóseindgjafinn -breytir-gerð eins-ljóseinds deilir sama samhengistíma og akstursleysirinn, sem næst með seinkuðum heterodyne interferometry og tíma-leystum tilviljunarmælingum; (c) Þróun á sýnileika tveggja-truflana ljóseinda með tímamismun á losun, sem sannar sterka ljóseinda einsleitni upprunans.
Fyrstu höfundar þessarar greinar eru Wang Mannan og Li Yanfeng, doktorsnemar við skammtafræðistofnunina, ásamt samsvarandi höfundi Hu Chengyong, fræðimanni við sömu stofnun. Með-höfundum eru Zeng Chuanyu, doktorsnemi við Institute of Quantum Information; Huang Guoqi, doktorsnemi við póst- og fjarskiptaháskólann í Peking; verkfræðingar Liu Li, Wang Wenyan og Ji Weijie frá Institute of Quantum Information; auk nýdoktors Liu Hanqing, fræðimanna Ni Haiqiao og Niu Zhichuan frá Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences. Þessi vinna var studd af Beijing Natural Science Foundation og National Key R&D Program of China.
