在国家自然科学基金项目（批准号：12494600, 12494602, 62035017, 12304409）等资助下，中山大学、粤港澳大湾区量子科学中心的王雪华教授和刘进教授领导的联合研究团队，基于微腔诱导的自发双光子辐射方案，率先实现与单光子辐射强度相当的自发双光子辐射，首次在实验上揭示了其量子关联特性，研制出保真度创记录（99.4%）的触发式新型微纳量子纠缠光源。该成果于2025年7月9日以“单量子点自发双光子辐射的量子关联（Quantum correlations of spontaneous two-photon emission from a quantum dot）”为题发表在《自然》（Nature）期刊。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09267-6。
自发双光子辐射指的是电子从原子的激发态弛豫到基态时，原子同时释放频率简并、彼此关联的一对光子的量子效应。该效应在20世纪60年代被首次提出以解释原子物理学中的亚稳态衰变现象，并被认为是可用于制备触发式高保真度纠缠量子光源的潜在方案。然而，作为一种二阶量子涨落效应，自发双光子辐射的效率通常比单光子辐射过程低数个量级，实验实现面临巨大挑战。近50年来，尽管国际上众多研究团队进行了多种尝试，但均未取得实质性突破。其量子关联特性尚未得到实验验证，基于此效应能否制备高品质纠缠光源一直悬而未决。
针对这一国际前沿挑战，联合研究团队提出了一种基于半导体量子点结构的腔诱导自发双光子辐射方案。通过设计并制备含有量子点的超高品质的光学微腔体系，通过光学微腔对量子点中的光子产生过程进行精细调控，产生腔增强的量子点自发双光子辐射，率先实现了与单光子辐射强度相当的自发双光子辐射。通过对自发双光子辐射进行量子统计测量，研究团队在实验上观测到了自发双光子辐射大于20000的超高归一化双光子符合强度信号，揭示了其量子关联特性。更进一步，研究团队首创量子点的级联共振泵浦方案，研制出超高纠缠保真度的按需触发式新型纠缠光子对源。
该研究突破了“光子辐射的二阶量子过程必然远弱于一阶过程”的传统认知，为高保真度纠缠光源和高纯度双光子态的制备开辟了新的道路，为理解单光子水平的光与物质非线性相互作用提供了新的思路，可望用于发展新一代量子精密测量技术、构建功能化的光量子信息处理芯片。
图 （a）用于产生触发式纠缠光子对的量子点微柱腔确定性耦合器件电子显微镜图；（b）自发双光子辐射光谱；（c）自发双光子辐射量子关联测量