【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京量子信息科學(xué)研究院(以下簡稱“量子院”)袁之良團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、中國科學(xué)院半導(dǎo)體所，成功研制出一種基于各向異性狄拉克腔的高偏振單光子源。該新型單光子源利用具有顯著品質(zhì)因子差異的正交偏振腔模，實(shí)現(xiàn)了超過99%的線性偏振度，并在低Purcell因子條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的偏振魯棒性和單光子純度。2026年2月18日，該研究成果以“各向異性狄拉克腔中偏振單光子的發(fā)射”(Polarized Single-Photon Emission from an Anisotropic Dirac Cavity)為題發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)，并入選Editors' Suggestion。
 

　　高純度、確定性的偏振單光子是量子通信、量子計(jì)算和量子計(jì)量等領(lǐng)域的核心資源。傳統(tǒng)方法通過橢圓或雙折射微腔實(shí)現(xiàn)偏振選擇性Purcell增強(qiáng)，但往往要求腔模具備高Purcell因子和顯著的模式分裂，且對(duì)量子點(diǎn)的光譜和空間位置極為敏感。該研究首次提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于各向異性狄拉克光子晶體腔的新型偏振單光子源。該腔支持兩個(gè)正交偏振的偶極模，其品質(zhì)因子相差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，顯著區(qū)別于傳統(tǒng)微腔設(shè)計(jì)。
 

　　通過將單個(gè)半導(dǎo)體量子點(diǎn)耦合至該腔的高Q模式，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了g(2)(0)低至0.028、線性偏振度高達(dá)99.1%的單光子發(fā)射。值得注意的是，即使量子點(diǎn)發(fā)射波長偏離腔共振達(dá)3nm，仍能保持約99%的偏振度，展現(xiàn)出優(yōu)異的腔點(diǎn)耦合波長容忍性。此外，該偏振單光子源還具有垂直出射的近高斯遠(yuǎn)場，模擬顯示其單光子收集效率可達(dá)92.7%。進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)表明，即使在模式簡并條件下該方案仍可實(shí)現(xiàn)高達(dá)33.5倍的Purcell因子對(duì)比度，為消除交叉偏振共振熒光中的效率瓶頸和抑制多光子事件提供了全新路徑。
 

　　該論文第一作者為量子院博士后冒芯蕊，通訊作者為量子院助理研究員吳邦、首席科學(xué)家袁之良，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院博士后王少雷，中國科學(xué)院半導(dǎo)體所博士后劉汗青。其他合作者還包括量子院工程師冀偉杰、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員李王哲、中國科學(xué)院半導(dǎo)體所研究員倪海橋和牛智川。該工作得到國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。