單光子的可控產(chan) 生是量子網絡、量子計算等量子技術的重要基礎。包括德國柏林洪堡大學在內(nei) 的研究團隊，采用飛秒級（1飛秒=千萬(wan) 億(yi) 分之一秒）超快激光脈衝(chong) ，實現了目前金剛石量子係統中速度最快的光學控製操作，為(wei) 單光子的高效可控生成提供了新的技術路徑。這項研究使基於(yu) 金剛石的量子通信和分布式量子計算技術向實際應用邁出重要一步。相關(guan) 成果發表於(yu) 最新一期《自然·通訊》雜誌。

長期以來，量子技術麵臨(lin) 的一大挑戰是如何利用激光控製量子比特，同時又能清晰地探測量子比特發射的光子，並作為(wei) 信息載體(ti) 加以利用。傳(chuan) 統方法往往依賴於(yu) 複雜的光學濾波技術，不僅(jin) 降低係統效率，也限製了未來規模化應用。

柏林洪堡大學阿德勒斯霍夫校區物理係實驗室中量子物理實驗的部分實驗裝置。

此次，研究團隊開發的新方法解決(jue) 了上述難題。他們(men) 聚焦於(yu) 一種特殊的金剛石晶體(ti) ，其晶體(ti) 原子結構中存在一種特定缺陷，即“錫空位中心”，也被稱為(wei) “色心”。這些原子結構可作為(wei) 穩定的量子比特，能夠存儲(chu) 和處理量子信息，並與(yu) 光子實現耦合。

利用新方法，團隊通過兩(liang) 束精確調控的激光脈衝(chong) 激發量子係統，使控製激光與(yu) 攜帶量子信息的單光子更容易區分，從(cong) 而顯著提高光子利用效率。

超快激光脈衝(chong) 使量子態操控進入全新的時間尺度，為(wei) 實現更快速、更複雜的量子操作提供了可能，同時也為(wei) 構建實用化量子通信網絡奠定基礎。此外，研究還發現，新方法能保持係統內(nei) 部的量子自旋態。這一成果也使金剛石量子中繼器和分布式量子計算機距離實際應用更進一步。