本报讯　近日，中科院半导体研究所超晶格国家重点实验室相关研究人员成功实现了量子点的单光子发射：8K温度下脉冲激光激发InAs单量子点，采用HBT (Hanbury Brown-Twiss) 延时复合计数光谱测试系统观察到波长932纳米的单光子发射，发射速率大于10KHz。这是国内半导体量子点单光子发射器件研究的重要进展。

 

据了解，单光子源发射器件是实现量子密码通信的核心器件之一。由于目前缺乏理想的单光子发射器件，量子密钥通信的实验演示都采用激光衰减光源模拟单光子发射，衰减激光在实验上的困难不仅在于要搭建复杂光路系统，而且单光子产生效率很低，不能消除多光子的存在，无法避免受到多光子攻击的可能性。由于存在光子数分离攻击，最大安全通信距离都受到极大限制。因而，远距离量子密钥分发的实验结果原则上都有安全漏洞。如何得到一种稳定、高效、可靠的单光子源,已经成为量子通信和量子密码实用化的一个瓶颈。要解决上述的问题，迫切需要研制出高性能的单光子发射器件。

 

半导体量子点结构是一种典型的三维受限结构，体现类“原子”二能级体系特征，是制备单光子发射器件的理想选择之一。近年来，欧、美、日等多个研究组相继开展了自组织InAs量子点单光子发射器件的研究工作，并取得了一定进展。但量子点单光子发射器件研究是极富挑战性的工作，主要难点在于：高质量单量子点生长，微腔量子点耦合结构制备，单光子HBT光谱检测技术等方面。

 

中科院半导体研究所超晶格实验室充分意识到这一研究方向的重要科学价值，从理论和实验上全方位开展了深入系统的研究工作，自2002年起，开始材料生长和光谱实验研究。中科院半导体研究所研究员牛智川率领课题组开展了自组织量子点材料和器件的分子束外延生长研究，在2004年成功实现室温连续激射长波长量子点激光器的基础上，于2006年突破低密度长波长InAs量子点的生长难题，将量子点密度可以控制在106/cm2～108/cm2。并在GaAs基量子阱垂直腔面发射激光器的研究基础上，设计生长出AlGaAs/GaAs分布布拉格反馈结构微腔与InAs量子点的耦合结构。中科院半导体研究所研究员孙宝权率领光谱测试组开展了激光非线性晶体参数下转换产生的双光子纠缠态的关联性特性、纠缠光子杨氏干涉等的HBT测试实验研究，并建立了低温微区和时间分辨光谱测试系统；在突破了量子点波长退火调整技术、金属掩膜开孔制备技术、微区光谱测试技术以及HBT单光子识别测试技术基础上，成功实现了液氦温度下脉冲激光泵浦单量子点的单光子发射。

 

有关专家指出，这一突破性进展是制备高性能微腔量子点耦合结构单光子发射器件迈出的关键一步。据了解，中科院半导体研究所课题组已经获得了国家自然科学面上、重点项目，科技部“973”计划子课题、中科院方向性项目的资助，并制定了与中国科技大学量子信息实验室的合作计划，将进一步开展提高单光子发射速率，提高工作温度，拓展发射波长，开展电泵浦单光子发射等研究工作，力争实现量子点单光子发射器件在量子密码信息传输中的应用。