量子信息与量子精密测量等前沿领域，如何稳定获得“成对出现、杂质少、亮度高”的光子对，一直是决定系统性能上限的基础问题；确定性双光子态被视为量子计量、量子成像以及生物医学成像等场景中的核心资源：一上，它可提升测量灵敏度与成像对比度；另一方面，有助于降低系统对复杂后处理和概率筛选的依赖，从而推动装置向小型化、工程化演进。 问题在于，传统双光子源多依赖非线性参量过程产生光子对，其统计特性天然伴随不可忽视的多光子事件概率。对需要严格控制光子数的应用来说，多光子“夹带”会引入背景噪声和误差，制约测量精度与系统可扩展性。固态量子点体系因具备片上集成潜力，被认为是重要方向：单个量子点可通过双激子—激子级联辐射产生光子对，但长期以来要同时做到“高效填充双激子态”和“高亮度、高纯度输出”，仍面临瓶颈——激发路径受限、辐射复合通道竞争以及腔增强条件难以兼顾，导致效率与纯度往往难以同步提升。 针对上述难点，研究团队提出并验证了一条新思路：在微纳光腔结构中同时重构激发与辐射两端的关键过程。具体而言，团队将单个In(Ga)As量子点嵌入微柱光学腔，利用p壳层共振激发手段，选择性把载流子优先填充到寿命更长的暗激子态，从而避开亮激子快速辐射复合造成的“提前泄放”，实现对双激子态更高效、更确定的加载。同时，该体系中双激子与激子能级近乎简并，使得一个腔模即可同时增强级联辐射中的两次光学跃迁。在这个机制下，器件在提升输出亮度的同时，仍能保持较高的双光子纯度，实现了以往难以兼得的性能组合。 从实验结果看，该光源在弱连续光激发条件下表现出显著双光子聚束特性，零延迟二阶关联函数g(2)(0)达到3966；在脉冲激发模式下，通过二阶、三阶关联测量对光子数分布进行重建显示，98.3%的发射以光子对形式出现，且双光子发射效率在第一个物镜处达到29.9%。这些指标表明，该器件在固态量子光源中实现了双光子纯度与效率的同步提升，具备向更高性能迭代的实验基础。 值得关注的是，研究团队更通过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过程，进而强化双光子在时间上的关联性。这一发现不仅解释了观测到的聚束行为，也为后续通过腔量子电动力学手段调控发射动力学提供了可操作方向。为增强结果的可解释性与可预测性，团队还建立速率方程模型，复现实验中随激发功率变化的规律，为理解双光子发射过程的动力学机理提供了理论框架。 从影响层面看，高性能双光子源是量子技术链条中的“底座”之一。面向量子计量与量子成像，纯净且高产出的光子对有望降低噪声、提升信噪比，并在低照度成像、生物样品敏感探测等领域释放潜在价值；面向量子信息处理与量子网络，固态平台的可集成性有利于与片上波导、滤波与探测组件协同，推动构建更紧凑的光量子器件模块。更重要的是，本工作展示的“暗态加载+腔模协同增强”策略，为其他材料体系与器件结构提供了可迁移的设计范式。 下一步的关键对策和攻关方向，业内普遍关注三点：其一，提升外部可用的耦合效率与器件一致性，促进批量化可制造；其二，围绕稳定性与环境鲁棒性开展系统工程优化，包括温漂、噪声与器件寿命等指标；其三，将双光子源与片上光路、调控单元和探测端深度集成，形成可复用的标准化组件，服务更多真实应用场景验证。 前景上看，随着我国在量子材料生长、微纳加工、精密光学与低温测量等环节的协同能力持续提升，固态量子光源有望从实验室“可演示”迈向工程“可部署”。此次成果为解决“双光子源效率与纯度难以兼顾”的长期难题提供了新路径，也为我国在有关关键器件领域的持续突破奠定了更扎实的技术基础。
量子科技是全球科技竞争的战略高地，高效、纯净的双光子源是其中的关键环节。此次突破不仅展现了我国在基础研究领域的创新能力，也为量子技术的实际应用开辟了新路径。随着技术的成熟，此成果或将成为推动我国量子信息产业发展的重要里程碑。