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1、单光子源技术推动量子通信发展量子通信中有三项核心技术，分别是单光子源技术、量子编 码和传输技术、单光子检测技术。大量硏究已经证明，使用单光 子源的量子通信是绝对安全的,并且具有很高的效率。由此可见， 理想的单光子源是量子通信的基础，其特性的硏究具有很高的价 值。基于安全性方面考虑，为了保证在通信过程中不会被光子数 分束攻击，理想的单光子源应该严格满足每个脉冲中仅含有一个 光子。然而，现阶段大多数实验所用的光源都是经过强烈弱光脉 冲衰减得到，其光子数服从泊松分布。这种光源严格意义上讲是 无法实现单光子脉冲的，实际做法是尽量降低每个脉冲里含有两 个以上光子的几率，降低到不会对安全性产生影响。通信系
2、统中 是存在损耗的，即使脉冲中含有两个以上的光子也很少带来安全 隐患匕外由于脉冲大多是不含光子的空脉冲，因此严重降低了 密钥分配系统的传输效率，同时也增加了系统的误码率。所以高 性能单光子源的硏究已经成为影响量子通信发展的重要课题之。量子点单光子源：使用量子点可以稳定地发出单个光子流， 每个光子可由光谱过滤器分离出来。与其他单光子源相比，量子 点单光子源具有较高的振子强度，较窄的谱线宽度，且不会发生 光退色。目前的半导体基本上可以覆盖从可见光到红外波段。量子点单光子源的硏究一直很活跃。2001年斯坦福大学的科 硏人员在GaAs衬底上制造出一层发光波长为877nm的In GaAs量子点通过激光器
3、发射把激光发射到量子点的台面上。 结果表明，在激光脉冲的作用下产生的激子进入一个量子点后， 量子点吸收一个光子后再吸收第二个光子的可能性大大降低，这 使产生反聚束光子流成为可能。Toshiba-Cambridge大学的欧 洲联合硏究小组在2002年采用量子点结构的LED实现了电注入 单光子发射。2005年他们成功利用量子点制造出波长在1.3 um 通信波段的单光子光源。2007年，我国中科院半导体硏究所超 晶格国家重点实验室相关硏究人员成功实现了量子点的单光子 发射：8K温度下脉冲激光激发InAs单量子点，可以观测到 932nm的单光子发射，发射速率大于10kHz。但是，这一领域 仍然有很多难
4、题需要解决，比如尺寸、形状的均一性控制，光谱 的单色控制，以及对低温的要求等。纳米天线单光子源：基于SPP共振效应的纳米天线结构可以 有效收集光能量，并将其限制在亚波长尺度，其巨大的局域场增 强效应为纳米光子学提供了广阔的应用前景。目前，每个脉冲产生一个光子的器件已经硏制成功，问题是 怎样将产生的光子沿某一特定的方向高效率地发射出去。光子晶 体、介质球、光学微腔结构、金属表面等都可以改变光场方向， 而共振光学天线对光场的改变更为局限化。它可以将入射光场有 效限制在亚波长区域，也可使纳米尺度的小颗粒辐射强度显著增 强，同时改变辐射方向。实验证明，天线的等离子模式调到附近 分子电子跃迁的频率附近时会产生共振，发光分子与天线产生足 够强的耦合，这样就可以控制发光方向。Van Hulst小组将长为 80nm的铝制单耦天线接近一个荧光分子，通过改变天线与光的 耦合方式，分子发出的光可以被调整90。R.Esteban小组于 2009年介绍了一种金属等离子电线产生单光子激发的方案，该 方案是在等离子腔中利用金属光学共振原理和避雷针尖端放电 理论提出的，并且给出了数值模拟结果。随着表面等离子体的发 展，纳米天线单光子源一定会从理论走向应用。
