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具有抗多激发效应的记忆辅助量子密钥分发
摘要： 记忆辅助的测量设备无关量子密钥分发（MA-MDI-QKD）技术近期被提出，旨在利用现有或近乎可实现的量子技术来改善QKD系统的速率-距离性能。该技术的优势在于其所需的量子存储器条件比概率性量子中继器更宽松。然而早期研究表明，要超越传统无记忆QKD方案，MA-MDI-QKD协议中的量子存储器必须具备高带宽-存储积和短相互作用时间。在各类量子存储器中，基于系综的存储器能满足部分指标要求，但通常存在多重激发效应问题。为避免该缺陷，本文提出两种新型MA-MDI-QKD方案变体——均采用单光子源实现纠缠。第一种基于量子中继器中已知的纠缠分发技术，但即使使用理想单光子源也未能展现优势。通过溯源问题本质，我们继而设计出第二种方案：即便允许单光子源存在一定缺陷，该方案仍能超越单一无记忆系统。针对该方案，我们比较了不同类型基于系综存储器的密钥率表现，证明特定类别的原子系综可有效改善速率-距离特性。
关键词： 量子密码学、量子网络、量子密钥分发（QKD）、量子存储器、单光子源、量子通信
更新于2025-09-23 15:22:29
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先进碳化硅器件与工艺 || 用于新型量子技术器件的碳化硅
摘要： 碳化硅（SiC）近期被研究作为承载适用于光学与自旋量子比特的深部光学活性缺陷的替代材料。该材料为开发比当前更先进的量子器件与传感器提供了独特机遇。我们将总结关键研究成果，揭示缺陷在此类材料中实现光学与自旋量子测量（如单光子发射和光学自旋控制）所起的作用。碳化硅的显著优势在于其成熟完善的器件加工工艺体系，以及能以直接方式集成这些缺陷的可能性。当前学界特别关注碳化硅纳米材料与纳米光子学领域——一旦实现，将为量子纳米光子学乃至整个光子学领域引入新平台。我们将综述通过多型带隙工程与深部缺陷实现光学发射的碳化硅纳米结构。纳米结构与碳化硅内禀顺磁缺陷的结合，或将为未来单粒子/单缺陷量子器件及相关具有单分子灵敏度的生物医学传感器铺平道路。最后我们将评述与本征缺陷集成的碳化硅经典器件（光子晶体腔、微盘），并展望顺磁缺陷与碳化硅纳米结构及器件集成后可能产生的新型传感器。
关键词： 光检测磁共振、单光子源、碳化硅深能级缺陷、顺磁特性
更新于2025-09-23 15:22:29
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利用荧光成像技术对径迹膜胶体溶液中单个纳米颗粒的超滤过程进行研究
摘要： 我们采用荧光纳米显微技术直接观测了直径约10纳米的单个胶体量子点（球形核壳结构CdSeS/ZnS半导体纳米晶，表面修饰有机油酸配体）在核孔滤膜（具有约500纳米孔径的聚丙烯径迹蚀刻膜）纳米孔中的吸附过程。研究表明当胶体甲苯溶液通过膜孔时，这些纳米颗粒会完全滞留在10微米深度处。
关键词： 纳米孔、单光子源、硒化镉、薄膜、纳米显微技术、纠缠光子源、量子点、胶体溶液、显微镜技术、纳米颗粒、超滤、油酸、核滤膜、发光、聚合物
更新于2025-09-23 15:21:21
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基于硅上氮化镓量子点实现300K下明亮纯净的单光子发射器
摘要： 基于III族氮化物半导体的量子点因其较大的激子结合能，在非低温条件下实现单光子发射具有广阔前景。本研究展示了在300K温度下工作的GaN量子点单光子发射器，其g(2)(0)值为0.17±0.08。该温度下单光子发射率可达10^6 s?1，同时保持g(2)(0)≤0.5。我们的成果是通过硅衬底上平面AlN层中生长的GaN量子点实现的，这为未来与光学波导和腔体的集成提供了可行路径。这些样品可用于探究单光子源关键性能指标（如亮度和单光子纯度）的限制因素。虽然大激子结合能确保了高亮度，但单光子纯度主要受双激子发射光谱重叠的影响。因此，GaN量子点作为单光子发射器的性能取决于发射线宽与双激子结合能的平衡。发射能量超过4.2eV的小尺寸GaN量子点是未来室温应用的潜力候选者，因为此时双激子结合能与约55meV的平均发射线宽相当。
关键词： 单光子源，氮化镓，室温，宽禁带，量子点
更新于2025-09-23 15:21:01
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用于高效量子点单光子源的混合环形布拉格光栅设计
摘要： 我们提出了一种混合圆形布拉格光栅（hCBG）的设计方案，用于高效提取嵌入GaAs中的InAs量子点（QDs）所发射的单光子。时域有限差分模拟表明，在50纳米带宽范围内可获得高达96%的极高单光子收集效率（PCE），并在腔共振处实现显著的19倍珀塞尔因子。我们还系统研究了包括SiO2厚度、光栅周期、间隙宽度和中心圆盘半径在内的几何参数以提升器件性能。最后，我们研究了位于hCBG不同位置的量子点的PCE和珀塞尔因子，结果表明该设计对量子点位置偏差具有极强的鲁棒性。
关键词： 半导体量子点，圆布拉格光栅，单光子源
更新于2025-09-23 15:21:01
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作为通信信道的亚太赫兹频段单模波导分析
摘要： 我们通过实验研究了160至300 GHz频段内电磁波导的传输特性。采用光混频技术激发并检测矩形波导中的基模TE10模式，该波导具有两个数量级更低的阻抗。巨大的阻抗失配导致传输特性呈现强频率依赖性，我们以高达80 dB的动态范围和高频率分辨率进行了测量。修正后的传输函数与波导的信息速率直接相关，我们估算其约为每个光子1比特。我们认为该结果可应用于作为单光子源的约瑟夫森结与超导波导耦合系统，从而实现简单的按需窄带自由空间数态量子信道。
关键词： 通信信道、TE10模式、太赫兹以下频率、约瑟夫森结、阻抗失配、超导波导、单光子源、波导
更新于2025-09-23 15:19:57
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多功能磁光结构中单光子源的可控运动
摘要： 量子点（QD）耦合在纳米光子学中的各种潜在量子技术应用已得到广泛研究。由于微加工技术能够利用微型机器人工具实现精确可控的运动，也引起了大量研究关注。本工作将荧光量子点与磁性纳米颗粒（NPs）结合，构建多功能微型机器人结构，并通过外磁场演示三维空间中对耦合单光子源（SPS）的操控。采用低一光子吸收（LOPA）直接激光写入（DLW）技术，在由胶体CdSe/CdS量子点、四氧化三铁Fe3O4纳米颗粒和SU-8光刻胶组成的混合材料上，制备了包含单个量子点的二维和三维磁光器件。研究了两类无接触与接触式结构，以展示其磁响应与光辐射特性。器件中的耦合单光子源在外磁场驱动下，可在三维流体环境中执行不同运动。同时表征了器件中单量子点的光学特性。
关键词： 量子点、直接激光写入、单光子源、磁性纳米颗粒、磁光结构
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于单个纳米线内嵌多个量子点的复用单光子源
摘要： 基于光子学的量子信息技术需要高效、高发射率的单光子源。嵌入宽带纳米线波导中的位置可控量子点为制备高效单光子源提供了完全可扩展的途径。然而，单光子器件的发射率受限于辐射复合寿命。本文展示了一种基于多量子点纳米线的复用单光子源。通过外延生长的纳米线，我们集成了多个能量调谐的量子点，每个量子点都优化定位在纳米线波导内，能高效产生单光子。采用五量子点纳米线实验证明了单光子发射率随发射体数量线性增长——在饱和激发下其平均多光子发射概率<4%。这是首次在单一光子器件中确定性集成多个单光子发射体的成果，是实现可扩展多量子点系统GHz级单光子发射率的重要突破。
关键词： 纳米线、单光子源、复用技术、量子点
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于光学纳米光纤上胶体单量子点的高效光纤内嵌单光子源
摘要： 我们展示了一种基于胶体单量子点与光学纳米光纤混合系统的光纤嵌入式单光子源，该系统冷却至低温（3.7 K）。研究表明，单量子点的带电态（三线态）具有高量子效率的光稳态单光子发射特性，其线宽窄（3 meV半高全宽）且衰减时间快（10.0±0.5 ns）。单光子可高效耦合至纳米光纤的导模并最终进入单模光纤。该单光子源的亮度（效率）估计为16±2%，最大光子计数率达1.6±0.2 MHz，并具有高单光子纯度（g2(0)=0.11±0.02）。该器件可轻松集成至光纤网络，为量子网络的潜在应用铺平道路。
关键词： 量子点、单光子源、量子网络、光学纳米光纤、低温环境
更新于2025-09-19 17:13:59
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利用回音壁模式微谐振器中两个偶极耦合原子改善光子反聚束效应
摘要： 在双原子或多原子系统中，原子可通过交换虚光子实现相互作用。这种能量交换通常被称为偶极-偶极相互作用（DDI）。本文研究由一对两能级原子与双?；匾舯谀Ｊ剑╓GM）微腔强耦合构成的DDI系统，该微腔受外激光场驱动。我们旨在利用实际实验参数值探究该结构的单光子关联特性，详细比较腔量子电动力学（QED）中三种构型的光子反聚束质量（即二阶关联函数的小值程度）：(i) 单个两能级原子；(ii) 无DDI的两个远距离两能级原子；(iii) 两个通过倏逝场分别与驱动WGM微腔耦合的DDI（偶极耦合）两能级原子。研究明确显示，在构型(iii)中即使弱耦合条件下，原子间DDI仍能显著增强具有丰富线型的光子反聚束效应。同时发现通过调节原子-腔耦合强度可调控光子反聚束。此外，该强光子反聚束特性对协同原子衰减具有鲁棒性。本基于DDI的腔QED方案为构建集成化片上单光子源提供了新途径。
关键词： 光子反聚束、回音壁模式微腔、单光子源、偶极-偶极相互作用、腔量子电动力学
更新于2025-09-19 17:13:59