一种在 GHz 时钟速率下产生不可区分光子的光纤尾纤量子点器件

基于半导体量子点（QD）的固态量子光源正越来越多地应用于光子量子信息领域。特别是在走出屏蔽实验室环境迈向真实世界场景时，将纳米光子器件高效、鲁棒地耦合到单模光纤具有显著优势，可实现“即插即用”操作。本工作展示了一种光纤尾纤腔增强的飞行量子比特源，能在超过 $1\,$GHz 的时钟速率下发射单个不可区分光子。这是通过采用一种全确定性技术实现的，该技术为基于混合圆布拉格光栅（hCBG）微腔的优化 QD 器件加装光纤尾纤。所制备的光纤尾纤 hCBG 具有 $<80\,$ps 的辐射发射寿命，对应于约 9 的 Purcell 因子，多光子发射事件抑制达到 $g^{(2)}(0)<1\%$，光子不可区分性 $>80\%$，并在高数值孔径单模光纤中测得 53$\%$ 的单光子耦合效率，对应于在 $80\,$MHz 激发时钟速率下，单光子探测器上每秒 1.2 兆次计数。此外，我们证明在超过 $1\,$GHz 的激发时钟速率下，仍能保持高的多光子抑制和不可区分性。我们的结果表明，基于 hCBG 腔的 Purcell 增强型光纤尾纤量子光源是量子信息科学应用的主要候选方案。