腔中半导体量子点的单光子非线性

腔中的单个原子是腔量子电动力学（CQED）的模型系统。原子与腔限制光子之间的强耦合机制对应于两种模式之间能量的可逆交换，并支撑了广泛的 CQED 现象，这些现象在量子信息科学中有应用，例如作为量子逻辑门和纠缠态源。最近取得了一项重要进展，即首次报道了在微米尺寸固态腔中的局域量子点（QD）中激子与腔光子之间的强耦合。这在可扩展性和与其他光学器件的集成方面具有重要意义，并可能导致“芯片上量子光学”技术的出现。然而，迄今为止展示的量子点结果处于线性区域，对应于与真空场的耦合（真空 Rabi 分裂）；它们不是真正的 QED 效应，同样可以用经典物理学描述为两个振荡器之间的耦合。在本文中，我们为 QD/腔光子系统展示了一个纯粹量子现象的证据，即当腔中平均光子数增加时，能级分裂增加。这对应于单光子尺度的非线性：腔中单个激发的存在改变了能级结构，影响了第二个光子的发射能量。这些结果是展示量子点在 CQED 应用中前景的第一步。