单光子源及在量子信息领域的应用

光量子比特是量子计算和量子通信的理想候选体系之一。高效率、高品质、确定性的单光子源是实现光学量子计算和绝对安全量子通信的重要前提条件。自组装半导体量子点，又称“人造原子”，具有优良的单光子性和光子全同性，是理想的单光子源。此外，量子点可以通过外加电场，囚禁单个原子或空穴，作为光子-自旋比特的界面，构建可扩展光量子网络。微柱腔耦合的量子点，拥有很强的Purcell效应，在保持单光子性和光子全同性的同时，大大地提高了提取效率，且具有很好的相干性，可用于大规模量子计算。近年来，人们在二维单原子层材料中发现了非经典的单光子发射，使二维材料和量子光学领域得到了结合，开辟了新的研究路线：探索单原子层材料在量子技术的潜在应用。和传统固态单光子源系统相比，二维材料更易于与其他光电平台结合，可人为控制缺陷位置，有利于推动高品质、低成本单光子源的发展，得到了科学家的广泛关注。本报告首先从量子计算和量子通信两方面提出发展单光子源的意义，接着介绍单光子源的性质和产生原理，然后介绍单光子源在自组装半导体量子点和二维单原子层材料中的实现和发展，最后从光子-自旋量子隐形传态和玻色采样实验中讨论单光子源在量子计算和量子网络方面的应用前景。

Single-Photon Source and its Application on Quantum Information