在现有光子量子技巧中，单光子源是量子线路的核心，但要获得稳定、纯净的单光子流一向面对两大年夜技巧瓶颈。 第一是激光散射：实验中平日用激光照射原子以激发其发射光子，但同时会引入额外的散射光子，相当于光学线路中的“杂散电流”，降低体系效力。 第二个问题则来自原子本身的偶发多光子发射事宜，当原子一次性释放出多个光子时，本来应当整洁“单列经由过程”的光子流被打乱，减弱了光量子线路的精确性和可控性。
该研究的关键发明是：当原子有时发出多光子时，这些多光子在光谱色彩分布以及波形上，与激发它们的激光本身高度类似。 恰是这种类似性，使研究人员意识到可以主动应用激光散射这一本来被视为“噪声”的成分，经由过程精细调控，让激光散射光与多光子发射在空间与相位上产生干涉，从而互相抵消不须要的多余光子。 研究团队给出的理论模型注解，在合适的前提下，这种“噪声助攻”可以明显压抑多光子成分，保存下更为纯净的单光子输出。
在光子量子计算中，信息由光子如许的量子比特来承载，比拟传统电子比特，光子在速度、传输损耗以及抗干扰方面具有优势，是以被多家始创企业视为将来量子计算与量子通信的重要技巧路线之一。 单光子源的可控性和纯度直接关系到体系的扩大才能和安然性：有序的单光子流不仅便于大年夜范围线路集成，还能降低信息在传输过程中被窃听或修改的风险。
论文通信作者、爱荷华大年夜学物理与天文学系助理传授拉维泰杰·乌普（Ravitej Uppu）指出，经由过程控制激光照射原子的入射角度、光束外形等参数，可以在理论上实现对多余光子的精确抵消，使残剩光子流“异常纯净”。 研究从理论上同时霸占了激光散射和多光子发射这两大年夜障碍，被视为加快光子量子线路、推动新一代量子计算机和安然通信收集的重要一步。 下一阶段，团队筹划在实验室中验证这一理论，为将来的光子量子器件供给可行的工程实现路径。
据介绍，该研究题为《噪声帮助的单光子源净化》，揭橥在期刊 Optica Quantum 上，并获得美国国防部研究与工程副部长办公室以及爱荷华大年夜学科研副校长办公室种子基金项目标赞助。 研究人员表示，假如实验验证顺利，这一思路有望被应用于多种光子量子平台之中，为构建高保真度的量子收集供给新的技巧对象。
编译自/ScitechDaily
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