光子是量子信息傳(chuan) 輸的理想載體(ti) 以及量子信息處理的重要載體(ti) ，單光子源是光量子計算、分布式量子計算、量子通信、量子精密測量等量子技術的核心組成部分。目前，單光子源的製備主要依賴兩(liang) 種技術路徑：一種是基於(yu) 自發參量下轉換（SPDC）或自發四波混頻（SFWM）的概率性方法；另一種則是基於(yu) 單量子體(ti) 係自發輻射的確定性方法，如冷原子、離子阱、量子點或色心等係統。近年來，發射型量子點單光子源在實現理想單光子源方麵取得了顯著進展，表現出接近100%的單光子純度與(yu) 光子全同性。然而，發射型單光子源仍存在一定局限性：受限於(yu) 激子壽命的兩(liang) 倍，其一階相幹時間極短（僅(jin) 為(wei) 幾十至數百皮秒），且光子全同性易受電荷噪聲和自旋噪聲的影響而退化。未來，量子互聯網的發展將依賴於(yu) 基於(yu) 雙光子幹涉或單光子幹涉的相幹量子通信，要求單光子源具備良好的相幹性與(yu) 魯棒的光子全同性。發射型單光子源在當前階段尚難以完全滿足這一需求。盡管激光本身具有優(you) 異的相幹性，卻無法通過線性光學元件直接衰減為(wei) 單光子態。

針對以上問題，研究團隊與(yu) 中國科學院半導體(ti) 所合作，提出並實現第三種單光子源的製備方法——激光轉換型單光子源（LCSPS）。區別於(yu) 常用於(yu) 發射型單光子源的傳(chuan) 統單邊光學微腔結構，研究團隊設計了一種對稱的雙邊光學微腔[見圖1(a)]，該結構無需依賴正交偏振濾波即可有效抑製激光受腔的散射。激光在經過量子點微腔耦合係統反射後，被直接轉換為(wei) 單光子[見圖1(a)]，並展現出以下優(you) 異性能：超長相幹時間 [258±2微秒, 見圖2(b)] 、魯棒的光子全同性[94.3±0.2%，見圖2(c)], 以及完美的單光子純度[g⁽²⁾(0)=0.030±0.002，見圖1(e)]。以上數據均為(wei) 原始測量結果。

激光轉換型單光子源的工作原理可基於(yu) 單量子點的飽和非線性效應與(yu) 單光子開關(guan) 效應進行定性解釋：當單個(ge) 光子與(yu) 量子點相互作用而被反射後，在激子壽命的時間尺度內(nei) ，後續入射光子會(hui) 因量子點進入飽和狀態而發生透射。這一過程使得反射光表現出反群聚行為(wei) ，呈現單光子特性；而透射光則呈現群聚效應，具備多光子特性。其背後的深層物理機製源於(yu) 相幹態（即激光）與(yu) 多光子態之間的量子幹涉。該幹涉過程有效抑製了反射光場中多光子成分的出現概率，將反射的激光光場變成單光子。

由於(yu) 繼承了激光的一級相幹性與(yu) 魯棒的光子全同性，激光轉換型單光子源可廣泛應用於(yu) 基於(yu) 幹涉的多種量子通信協議、單光子相控陣量子雷達及鎖模單光子源等新型量子技術，有望成為(wei) 未來量子互聯網的標準量子光源。