单光子源 单光子发射源 单光子光源 单光子量子光源 单光子发射器 量子通信光源

单光子源（Single Photon Source, SPS）是指在外界激发（如激光或电致激发）下，每次只能发射一个光子的量子系统。其核心原理基于二能级系统的自发辐射特性：

?二能级系统?：如量子点（quantum dots）等，电子受激跃迁至激发态后，由于泡利不相容原理，无法同时激发另一个电子到同一态，因此每次只能释放一个光子。
?反聚束效应（antibunching）?：通过Hanbury Brown-Twiss实验（HBT装置）测量二阶相关函数
 (0)<0.5，验证光子发射的“一个接一个”特性单光子源是量子信息技术的关键元器件。近年来，量子光网络成功演示玻色采样量子计算，波导光量子芯片如CNOT门、波导或微环腔参量下转换光子对源、Mach-Zehnder干涉型路径纠缠器和波分复用器、片上Hong-Ou-Mandel干涉仪、铌酸锂波导分路器和光开关、随机行走器、集成单光子探测器、芯片化量子密钥分发(quantum key distribution, QKD)等大量涌现， 大大推动了单光子应用。

制备可与之衔接的单光子源组件尤为重要。理想的单光子源应该严格满足每个脉冲中仅含有一个光子。然而，现阶段大多数实验所用的光源都是经过强烈弱光脉冲衰减得到，其光子数服从泊松分布。这种光源严格意义上讲是无法实现单光子脉冲的，实际做法是尽量降低每个脉冲里含有两个以上光子的几率，降低到不会对安全性产生影响。在实际应用中通常把含有两个以上光子的脉冲控制在5%以下，因此就必须把激光衰减到平均光子数为0.1，也就是说每个脉冲中平均含有0.1个光子。考虑理想的二能级系统（例如quantum dots量子点等），如图一，电子是费米子，根据泡利不相容原理，电子占据激发态而尚未产生自发辐射时，无法激发下一个电子到同一激发态[1][2]。

也就是说无论外界怎么激发（连续激光或脉冲激光或是电致激发），该系统只能在自发辐射寿命期间（约ps到ns时间尺度）发射出一个光子，即不可能在某一时刻同时发射两个及以上数量的光子[3]，即单光子源（术语：antibunching，反聚束），通俗的讲就是光子是一个接着一个发射，它们每次发射时间间隔和自发辐射寿命有关。

此外，”时刻“这个概念在实际操作过程中很值得玩味，毕竟人造的测试系统时间都是离散的，自然界时间是连续的，测试相当于一个采样过程。单光子源(Single photon source ，SPS)，即一次给定时间内辐射一个、且仅辐射一个光子的光源。

单光子是开发量子计算机和量子通信技术设备的关键一步;片上单光子源是集成光量子技术的关键组件。使用半导体微纳加工工艺可实现各种光量子器件在片上的集成，从而可对量子信息的载体即单光子进行处理、计算、传输和存储。集成光学量子芯片技术具有性能好、稳定性高、体积小、制造成本低等优点，是一种实现量子通信、量子计算和量子模拟等量子信息应用的重要技术手段，尤其对量子信息的安全传输具有重要作用。

近年来，集成量子光子学研究取得了巨大的进步，量子功能在玻色采样和干涉仪灵敏度的应用中不断地得到了证明。尽管光量子领域具有着广阔的发展前景，但片上单光子源存在的一些问题始终是量子技术应用的一大瓶颈。例如，尽管有研究者利用四波混频在片上实现了单光子源，但它的效率非常低；半导体量子点能够表现出近乎理想的单光子发射，但受附近蚀刻表面的影响，其发射效果往往无法达到理论要求。光源的集成也是一个主要的技术挑战，一直以来，人们往往利用Purcell效应来降低辐射寿命，尽管这种思路很好，但到目前为止，研究人员仅仅只能观察到一般程度的Purcell效应。

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