高品质的单光子源是实现光量子信息技术的基础。浙江大学光电学院方伟与化学系金一政、彭笑刚合作，首次实现了室温下基于胶体量子点的电驱动高纯度单光子源，为研发实用化、集成化的单光子源开辟出一条新路。该成果研究论文“Electrically-driven single-photon sources based on colloidal quantumdots with near-optimal antibunching at room temperature”于10月26日发表于《自然·通讯》杂志上（DOI: 10.1038/s41467-017-01379-6）。

太阳光、电灯等发出的都是“抱团”的光子，而单光子源在确定的时间内最多发射一个光子。方伟介绍，光子“单行”，才能实现量子通信、光量子计算机等新一代技术实现所必须依赖的量子效应。设计制造出可集成化、使用方便的理想的单光子源一直是科学家们追求的目标。2014年起，方伟等学者就尝试用胶体量子点来制造新型的单光子源。

单光子源结构示意图，图来源：浙江大学

胶体量子点是一种已知的发光性能极好的纳米晶体材料。科学家要实现的目标是：如何让单个量子点在室温下通过电激发，高效地发出一个光子。在量子点中，如果电子与空穴复合，就会发出光子。由于通常状态下，半导体材料中的电子比空穴“跑”得快得多，想要在单个量子点中制造和谐的“复合”，必须想办法平衡两者速率。

在浙江大学现代光学仪器国家重点实验室里，记者看到了一片片指甲盖大小的透明器件，厚度不到一毫米的结构中，包含了巧妙的设计：他们将单个的胶体量子点用绝缘层包裹起来。这个绝缘层放慢了电子的“步伐”，同时也阻止了电子与空穴的直接复合而产生“杂光”。在2.6 V电压的驱动下，单个的胶体量子点成功被激发，屏幕上看到的针尖大小的亮点，正是胶体量子点发出的一个个“单行”的光子。

左图：在显微镜下观察到的电驱动量子点荧光，每个亮点代表单个量子点；右图：二阶关联函数测量值表明单光子的纯度非常高。图来源：浙江大学

来源：科技日报