开发能够按需发射一个光子的非经典光源是量子技术的主要要求之一。但是，尽管这种“单光子发射器”(SPE)的首次演示可以追溯到20世纪70年代，但它们的低可靠性和效率一直阻碍着有意义的实际应用。

传统光源，如白炽灯或led，每次都会发射出大量光子。换句话说，它们一次发射一个光子的概率非常低。激光源可以发射单光子流，但不是按需发射的，这意味着，有时，我们想要发射的光子是不会被发射的。

因此，spe的主要优势在于，它们可以同时发射一个光子和按需发射——或者，用更专业的术语来说，它们可以在超快的时间内保持单光子的纯度。因此，作为SPE的光源，其单光子纯度必须高于50%;当然，越接近100%，我们就越接近理想的SPE。

由 Nicolas Grandjean 教授领导的 EPFL 研究人员现已开发出基于在具有成本效益的硅衬底上生长的宽带隙半导体量子点的“明亮而纯净”的 SPE。

量子点由氮化镓和氮化铝 (GaN/AlN) 制成，在低温下具有 95% 的单光子纯度，同时在较高温度下也保持良好的弹性，在室温下纯度为 83%。

SPE还显示光子发射率高达1 MHz，同时保持单光子纯度超过50%。研究这些量子系统的博士生Stachurski说:“由于GaN/AlN量子点独特的电子特性，这种亮度达到室温是可能的，由于与竞争的邻近电子激发有限的光谱重叠，它保持了单光子的纯度。”

“GaN/AlN 量子点的一个非常吸引人的特点是它们属于 III 氮化物半导体家族，即在固态照明革命（蓝色和白色 LED）背后，其重要性被 2014 年诺贝尔物理学奖认可，”研究人员说。“如今，就消费市场而言，它是继硅之后主导微电子行业的第二个半导体系列。因此，III 氮化物受益于坚实而成熟的技术平台，这使得它们对开发量子应用具有很大的潜力。”

未来重要的一步将是观察这个平台是否能发射一个光子，而且每个激光脉冲只能发射一个光子，这是确定其效率的必要前提。

“由于我们的电子激发在室温下的寿命只有十亿分之一秒的 2 到 3 亿分之一秒，因此几十兆赫兹的单光子速率是可以达到的，”作者说。“与共振激光激发相结合(众所周知，共振激光激发可以显著提高单光子纯度)，我们的量子点平台可以用于基于真正的SPE实现室温量子密钥分发，而不是目前使用衰减激光源的商业系统。”

原文链接：https://thequantuminsider.com/2022/05/09/single-photon-emitter-takes-a-step-closer-to-quantum-tech/

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