北京量子信息科学研究院袁之良团队联合中国科学院半导体所牛智川课题组，在固态量子光源研究方面取得重要进展，制备出一种基于量子点-微柱腔耦合体系的高效率、高纯度双光子发射器。该器件利用创新的暗态双激子激发路径，并结合腔增强的简并双激子-激子级联辐射，大幅提升了双光子发射的效率与纯度。相关成果已于 3 月 2 日发表于《自然 · 材料》。

确定性双光子态是量子计量、量子成像和量子生物医学应用中的关键资源。然而，传统基于非线性参量过程的双光子源本质上服从泊松统计，存在多光子事件概率不可忽略的问题。尽管单量子点可通过双激子级联辐射产生光子对，但如何高效填充双激子态并同时实现高亮度、高纯度的双光子发射，一直是该领域的核心挑战。

基于此，研究团队提出并实现了一种全新的解决方案。团队将单个 In (Ga)As 量子点嵌入微柱光学腔中，利用 p 壳层共振激发技术，选择性地将载流子填充至长寿命的暗激子态，从而绕过亮激子的快速辐射复合通道，实现了对双激子态的高效、确定性加载。与此同时，该体系中的双激子与激子能级近乎简并，使得单一腔模可同时增强级联辐射中的两个光学跃迁，从而在保持高纯度的同时显著提升双光子发射效率。

实验结果显示：在弱连续光激发下，该光源的零延迟二阶关联函数 g(2)(0) 高达 3966，表现出极强的双光子聚束效应；在脉冲激发模式下，基于二阶和三阶关联测量的光子数分布重建表明，98.3% 的发射光子以光子对形式出现，双光子发射效率在第一个物镜处达到 29.9%。这是目前固态量子光源中双光子纯度与效率兼具的领先结果。

进一步的时间分辨关联测量揭示了该体系中的受激辐射机制：由于双激子与激子能级简并，第一个双激子光子的发射会加速后续激子光子的辐射，从而增强双光子的时间关联性。研究团队还建立了速率方程模型，成功复现了实验中观测到的功率依赖性和聚束行为，为理解双光子发射动力学提供了理论框架。