滑鐵盧大學量子計算研究所（IQC）的研究人員將兩個諾貝爾獎獲獎研究概念結合在一起，推動了量子通訊領域的發展。科學家現在可以利用量子點源高效地產生近乎完美的糾纏光子對。

糾纏光子是一種即使相隔很遠也能保持連接的光粒子，2022 年諾貝爾物理學獎對這方面的實驗給予了肯定。IQC研究團隊將糾纏與量子點（一種獲得2023年諾貝爾化學獎的技術）結合，旨在優化創建糾纏光子的過程，糾纏光子具有廣泛的應用，包括安全通訊。

提高量子效率和糾纏度

IQC和滑鐵盧電氣與電腦工程系教授Michael Reimer博士說：”量子金鑰分發或量子中繼器等令人興奮的應用需要高度糾纏和高效率的結合，這些應用被設想用於將安全量子通訊的距離擴展到全球範圍或連接遠程量子計算機。以前的實驗只能測量到近乎完美的糾纏或高效率，但我們是第一個用量子點同時達到這兩個要求的人。”

糾纏光子源–嵌入半導體奈米線的銦基量子點（左），以及如何從奈米線中有效提取糾纏光子的可視化圖。資料來源：滑鐵盧大學

透過將半導體量子點嵌入奈米線，研究人員創造了一種能產生近乎完美的糾纏光子的光源，其效率是先前工作的65倍。這種新光源是與位於渥太華的加拿大國家研究理事會合作開發的，可以用雷射激發，根據指令產生糾纏對。研究人員隨後使用荷蘭Single Quantum 公司提供的高解析度單光子偵測器來提高糾纏程度。

歷史上，量子點系統一直存在著一個名為”精細結構分裂”的問題，它會導致糾纏態隨時間振盪。這意味著使用慢速檢測系統進行測量將無法測量糾纏狀態，IQC 和滑鐵盧電氣與電腦工程系博士生Matteo Pennacchietti 說。”我們將量子點與非常快速和精確的檢測系統相結合，克服了這一難題。我們基本上可以在振盪過程中的每一點上獲取糾纏態的時間戳，這就是我們擁有完美糾纏的地方。 “

為了展示未來的溝通應用，Reimer 和Pennacchietti 與Norbert Lütkenhaus 博士和Thomas Jennewein 博士（兩人均為IQC 教師和滑鐵盧物理與天文學系教授）及其團隊合作。利用新的量子點糾纏源，研究人員模擬了一種稱為量子金鑰分發的安全通訊方法，證明量子點源在未來的安全量子通訊中大有可為。

編譯自: ScitechDaily