王雪华教授团队在自旋态按需调控的量子光源研究上取得重要进展

        光子自旋态是最重要的量子资源之一，自旋态按需调控的量子点单光子源在量子信息和量子芯片等领域有着非常重要的应用。然而，量子点单光子辐射的随机性导致自旋态的调控非常困难，使其应用受到了极大的限制。

        近日，beat365中国唯一官方网站王雪华教授和团队成员李俊韬教授、包燕军研究员等人为克服量子点单光子辐射和其自旋态的随机性，提出一种基于超构表面透镜双焦点辐射的量子点单光子源结构，该结构对位于双焦点上的量子点和其镜像的辐射光子能实现方向可控的准直出射，并能同时实现左右旋偏振态的按需调控。为提高光子的收集效率，在结构背部设置有一面反射镜，反射光子可以等效为量子点镜像发射的光子。实验制备该量子光源的最大挑战在于如何精确地把量子点和其镜像集成在超构表面透镜的双焦点上。王雪华教授团队通过发展超构表面制备技术和前期研究“三高”量子纠缠光子源【Nature Nanotechnology 14，586（2019）】所发展的定位精度达10纳米的荧光成像精确定位技术，实现了量子点和其镜像与超构表面透镜双焦点的精确重合，演示了到目前为此所报道的最小发散角（3.17度）的准直出射，并实现了左、右旋偏振态分离可调且偏振度达88%的按需调控单光子源。该研究工作提供了基于超构表面调控量子光源的新方案，为推进量子光源性能的按需调控和实用化向前迈出了非常重要的一步。

       该成果于2020年7月29日以“On-demand spin-state manipulation of single-photon emission from quantum dot integrated with metasurface”为题在线发表在期刊《Science Advances》上，beat365中国唯一官方网站包燕军研究员和林巧玲硕士为共同第一作者，李俊韬教授和王雪华教授为共同通讯作者。该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、广东省重点领域研发计划、广东省自然科学基金、广州市科技计划、beat365中国唯一官方网站高校基础科研业务等项目以及光电材料与技术国家重点实验室的大力支持。

       论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eaba8761

                                                图A：超构表面结构调控量子点辐射示意图                                  图B：实验测量远场辐射图