滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）的科学家们成功地融合了两项诺贝尔奖级别的研究成果，从而在量子通信领域取得了重大进展。他们现在能够通过量子点技术高效生成几乎完美的纠缠光子对，这一突破性成果已在《通信物理学》（Communications Physics）杂志上发表。

纠缠光子，这种即便在遥远距离也能保持相互连接的神奇光粒子，其实验研究在2022年获得了诺贝尔物理学奖的认可。

滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）的研究团队，在这一领域迈出了创新性的一步。他们将纠缠光子的概念与2023年诺贝尔化学奖所认可的量子点技术相结合，目的是优化纠缠光子的创造过程。这种纠缠光子在许多领域都有广泛应用，尤其是在安全通信方面。

IQC及滑铁卢大学电气与计算机工程系的教授，Michael Reimer博士指出：“诸如量子密钥分发和量子中继器这样令人激动的应用，需要将高度的纠缠与高效率相结合。这些技术可以大幅延伸安全量子通信的范围至全球，并连接遥远的量子计算机。”

Reimer博士还强调：“以往的实验成果通常只能实现近乎完美的纠缠或者高效率中的一个。而我们团队是第一个利用量子点技术，同时实现这两个要求的。”

通过将半导体量子点巧妙嵌入纳米线中，研究人员成功开发出了一种新型光源，能够高效产生几乎完美的纠缠光子，效率比先前的方法提高了惊人的65倍。

纠缠光子源：嵌入半导体纳米线的铟基量子点（左），以及如何从纳米线中有效提取纠缠光子的可视化图

这项革命性的光源是在与位于渥太华的加拿大国家研究理事会紧密合作下诞生的。该光源可通过激光激发，并能按指令生成纠缠光子对。此外，为了进一步提高纠缠精度，研究团队采用了荷兰Single Quantum公司提供的先进单光子探测器。

IQC和滑铁卢大学电气与计算机工程系的博士生Matteo Pennacchietti解释道：“量子点系统传统上面临着一个被称为‘精细结构分裂’（fine structure splitting，FSS）的问题，它导致纠缠态随时间产生振荡。这意味着使用反应较慢的探测系统无法准确捕捉纠缠状态。”

Pennacchietti继续说：“我们通过将量子点与极其迅速且精确的检测系统结合，成功克服了这一挑战。我们几乎可以在振荡过程的每一瞬间捕捉到纠缠状态的时间戳，从而实现了完美纠缠。”

纳米线量子点的共振激发（resonant excitation）

利用超导纳米线单光子探测器（SNSPD）进行时间分辨量子态层析成像

来自纳米线量子点的近乎统一的并发性（concurrence）

时间分辨密钥率

为了展现这一技术在未来通信领域的应用前景，Reimer、Pennacchietti、Norbert Lütkenhaus博士、Thomas Jennewein博士（两位均为IQC教员及滑铁卢物理与天文学系教授）及其团队共同合作。

研究人员利用这一新型量子点纠缠源模拟了量子密钥分发，展现了量子点技术在未来安全量子通信领域的巨大潜力。

滑铁卢大学的科学家团队在融合两项诺贝尔奖级别的技术方面取得了巨大成功，他们以前所未有的效率制造出接近完美的纠缠光子对，从而为量子通信领域树立了崭新的标准。

这项技术的突破不仅解决了该领域长期面临的挑战，还为全球安全通信及远程量子计算机之间的连接打开了新的大门。

通过在量子点技术和光子纠缠方面的创新，研究团队为下一代量子通信系统的建立提供了坚实的基础，这标志着我们在实现超级安全的全球互联网方面迈出了一大步。

参考链接：

[1]https://phys.org/news/2024-03-world-closer-quantum-communication-global.html

[2]https://www.earth.com/news/secure-quantum-communication-one-step-closer-reality/

[3]https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64909.php

[4]https://uwaterloo.ca/institute-for-quantum-computing/news/world-one-step-closer-secure-quantum-communication-global