中国科大郭光灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室设计了一种新型的量子中继方案。该实验室何力新研究组基于量子点双激发的级联过程，提出实现可扩展的量子点纠缠光源方案，可构建新型的量子中继器。该工作8月5日发表于《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 115, 067401(2015)]。
量子纠缠光源在量子通讯、量子计算中有非常重要的应用，是量子信息处理中的重要资源。传统的纠缠光源主要由参量下转换过程实现。但这种纠缠光源是概率性的，有可能产生高阶冗余的光子对，从而导致量子通讯和量子计算出现错误。利用半导体量子点的双激子自发辐射过程可以实现可控的、确定性的纠缠光源，比目前使用的参量光下转换方法更为优越。但是实现量子点纠缠光源有个根本性的困难，即在量子点中，偏振方向垂直的两个光子在能量上存在微小的差别（即激子的精细结构），会破坏光子对的纠缠特性。
何力新研究组深入研究了精细结构的产生机制，推导出了量子点中激子精细结构和偏振角在单轴应力下的唯象理论，并且给出了在外压下具有最小精细结构的量子点的简单判据 [Phys. Rev. Lett. 106, 227401 (2011)]。受到这个工作的启发，德国的Trotta小组实现了可控的量子点纠缠光源。但是由于每个量子点的发光能量都不一样，无法将不同量子点的纠缠光子对用于实现量子中继。最近通过对应力调节量子点微观机制的理解，何力新研究组在理论上证明了利用一组特殊的组合应力可以在大范围调节量子点发光能量的同时，将任意量子点的精细结构调节到接近于零，这样就解决了实现可扩展量子点纠缠光源的关键困难。他们同时提出了一个在目前技术能力下完全可以实现的可扩展纠缠光源的装置，利用该装置可以将不同量子点产生的纠缠光子级联起来，从而可实现量子中继、远距离的纠缠分发、高效率的多光子纠缠生成等，为量子点确定性纠缠光源的实用化铺平了道路。
中科院量子信息重点实验室博士生王建平为文章的第一作者。这项工作得到国家基金委、中科院、科技部和教育部的资助。
(a)量子点双激发级联过程 (b) 量子中继器
图：(a)量子点纠缠光源原理图；(b)利用偏振分光镜将不同量子点发出的纠缠光子对级联，从而实现量子中继。
（量子信息与量子科技前沿创新中心）
附论文链接： http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.067401