中国潘建伟科学家团队打开类石墨烯材料通往光量子器件新路

刚接受李克强总理考察的中科院捷报频传，化学所刚宣布人工模拟光合作用水裂解催化中心研究获重要进展，中科院所属的中国科学技术大学潘建伟团队，又发现了基于单原子层的新型单光子源，将目前大红大热的类石墨烯材料带到了光量子器件的新天地。

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与华盛顿大学许晓栋、香港大学姚望合作，在国际上首次在类石墨烯单原子层半导体材料中发现非经典单光子发射，连接了量子光学和二维材料这两个重要领域，打开了一条通往新型光量子器件的道路。该工作于5月5日在线发表在《自然·纳米技术》上。同期的“新闻视角”栏目撰文评论该工作“开辟了一个新的研究领域”。

中国科大等发现基于单原子层的新型单光子源

自2004年有科学家成功制备石墨烯（即单原子层碳）以来，该材料的物理内涵和优异性质引发外界对基础和应用研究的热潮。今年中国研制的全球首款量产石墨烯手机，不仅画面高清，电池寿命也更长；而军事强国近年来也纷纷用石墨烯代替凯夫拉、芳纶等材质，着手打造新型铠甲防护装具；中国科学家则在石墨烯电子皮肤研究上取得了进展。不久前，中国科学家突破石墨烯工业化生产难题，制备单层石墨烯仅需一小时。但因石墨烯的电子结构中不具备能隙，限制了其在光电器件方面的应用。

不过，新型的有直接带隙的类石墨烯材料“单原子层过渡金属硫化物”（如MoS2, WSe2等）以其独特的光电性质受到关注。只是此前国际上所有关于单原子层二维材料的研究集中于经典光学领域，尚未在实验上观察到光子反聚束等量子光学现象。

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与华盛顿大学许晓栋、香港大学姚望合作研究发现，二硒化钨(WSe2)二维单原子层中的原子缺陷能够束缚激子，成为非经典的单光子发射器，“和其他的单光子系统相比，这种基于单原子层的单光子器件不仅利于光子的读取和控制，还可方便地制备和实现与其他的光电器件平台结合”。

最年轻的院士、27岁时科研成果就入选“年度全球十大科技进展”、31岁毅然回国组建自己的实验室、帮助中国在量子通信的前沿科技领域处于世界领先……近年来，在合肥工作的潘建伟是中国最耀眼的科技明星之一，也被认为是距离诺贝尔最近的中国人之一。

陆朝阳，英国剑桥大学博士，中国科学技术大学教授。在国际上首次实现六光子纠缠、八光子纠缠和十比特超纠缠，三次刷新了多光子纠缠和光学量子计算领域的两项世界记录，两次入选了两院院士评选的年度中国科技十大进展新闻。

这项研究意味着可以实现高效光量子信息处理线路。理论还表明，科学家通过控制电场，可实现对单电子自旋—谷耦合自由度的量子调控，“未来将应用于可容错量子计算的研究”。

事实上，具有潜在前景的基于单原子层的量子调控领域已成为国际竞争焦点。潘建伟团队的研究成果5日在线发表于《自然·纳米技术》，法国强磁场国家实验室等三个欧美独立研究团队也有类似研究成果，但晚于中国团队投稿。

值得一提的是，潘建伟团队在可扩展光量子信息处理技术的系统研究上已取得一批成果，包括在国际上首次实现单原子层半导体量子器件、实现量子人工智能算法实验等，在光量子信息领域保持着国际领先地位。