单光子源是光学量子信息技术的核心资源。中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、霍永恒等和中山大学余思远小组、国家纳米科学中心戴庆小组及德国、丹麦学者合作，在国际上首次提出椭圆微腔耦合实现确定性偏振单光子的理论方案，并在窄带和宽带两种微腔上成功实验实现了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源，为光学量子计算特别是超越经典计算能力的“量子霸权”的实现奠定了坚实的科学基础。论文近日在国际权威学术期刊《自然·光子学》上在线发表。审稿人评价该工作“解决了一个长期存在的挑战”。
一个完美的单光子源需要同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率等严苛条件。中国科大研究组从2013年起一直引领高性能单光子源的发展。然而，要实现完美的单光子源，还存在着两个悬而未决的难题：一是量子点会随机发射两种偏振的光子，二是共振激发需要消除背景激光。
解决上述两个关键问题需要理论和实验的同步创新。在理论上，中国科大研究组提出采用椭圆微腔打破对称性的方案，使腔模劈裂成两个非简并的垂直偏振的模式，从而选择性地增强单一偏振的单光子。在实验上，研究组发展了垂直偏振无损消光技术，从而同时解决了上述的两个难题。在此基础上，研究组分别在窄带微柱和宽带靶眼微腔中，实验制备同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源，再次刷新了单光子源综合性能的国际纪录，为“量子霸权”目标的实现迈进了重要一步。这项成果标志着我国在可扩展光学量子信息技术方面在国际上进一步扩大领跑的优势。
