接近终极极限光谱亮度的室温双光子源

由热原子蒸气通过自发四波混频（SFWM）过程产生的双光子，具有频率稳定可调及线宽可控的优点。这些优点在远距离量子通信应用中非常有用。然而，以往热原子 SFWM 双光子源的单位线宽产生率（即光谱亮度）远低于由自发参量下转换（SPDC）过程产生的双光子源。在此，我们报道一种热原子 SFWM 双光子源，其线宽为 960 kHz，产生率为 3.7$\times$ $10^5$ 对/s。高产生率配合窄线宽，获得了 3.8$\times$ $10^5$ 对/s/MHz 的光谱亮度，这是此前原子蒸气最佳结果的 17 倍，也优于所有已知各类介质的结果。全同向传播方案结合原子蒸气的大光学厚度（OD）是关键改进，使实现的光谱亮度达到终极极限的约四分之一。此外，该双光子源的信背比（SBR）为 2.7，约违背经典光的柯西-施瓦茨不等式 3.6 倍。尽管光谱亮度增加通常导致 SBR 下降，我们的系统研究表明，通过进一步增大 OD 可同时提升当前的光谱亮度和 SBR。本工作展示了显著进展，并为光子量子技术提供了有益认识。