光子量子计算是未来解决特定复杂问题的重要技术，因其在实现量子计算优势方面的潜力成为了研究热点，然而，其可扩展性受到光子损耗的严重限制。光子损耗主要来源于单光子源与探测器的低效率以及光子在光路中的传输损耗，这对实现容错量子计算构成了重大挑战。理论上，若单光子源与探测器的总效率超过2/3的阈值，量子纠错技术便能有效弥补光子损耗，实现大规模光子量子计算。然而，目前所有按需且高相干性的单光子源仍未突破该阈值。

有鉴于此，中国科学技术大学潘建伟院士团队以及陆朝阳、霍永恒等人携手在Nature Photonics期刊上发表了题为“High-efficiency single-photon source above the loss-tolerant threshold for efficient linear optical quantum computing”的最新论文。研究人员利用高量子效率单量子点，结合可调开放式微腔，并通过精确设计激光脉冲形状，实现了高性能单光子源。

该方案显著提升了光子源的整体效率，并保持低的多光子误差(g(2)(0) = 0.0205(6))和高的光子相干性(0.9856(13))。实验结果表明，该单光子源的系统效率达到0.712(18)，首次突破了可扩展光子量子计算的损耗容忍阈值。此外，该光子源还实现了1.89(14) dB的强度压缩，并可产生连续40光子事件，计数率达1.67 mHz，为实现容错光子量子计算奠定了重要基础。

1. 实验首次实现了高性能单光子源，其系统效率达到 0.712(18)，首次突破了可扩展光子量子计算所需的光子损耗容忍阈值。

2. 实验通过使用精细设计的激光脉冲激发单个量子点，并将其与可调谐的开放式微腔耦合，成功获得了低多光子误差 g(2)(0)=0.0205(6)和高光子不可区分性 0.9856(13)，为量子计算提供了高质量的光源。

3. 通过优化单量子点-微腔的耦合，实验实现了高效的光子发射，并通过开放微腔的设计，最大化了量子点与微腔之间的耦合效率。

4. 实验进一步展示了 1.89(14) dB 的强度压缩和连续 40 个光子事件的实现，证明了该光源在量子计算中的潜力和应用价值。

图1:完全可调谐开腔装置中的量子点设计。

图2:形状优化脉冲激发时，高效单光子源。

图3:单光子源的系统效率特性。

图4:脉冲共振荧光单光子的表征。

本文通过对量子点与开放微腔的精确耦合，实验实现了高效且低误差的单光子源，打破了光子损耗容忍阈值，为量子计算的实际应用奠定了基础。这一突破证明了量子点作为单光子发射源的巨大潜力，尤其在提高光子不可区分性和降低多光子误差方面取得了显著进展。其次，实验展示的系统效率和稳定性，不仅能够支持现有的量子计算应用，还为未来的光子量子门和量子通信等技术的实现提供了可行的路径。最为关键的是，该研究表明，通过进一步优化微腔设计和提高耦合效率，量子点–开放微腔系统可以扩展到强耦合区域，推动更高效的量子信息处理技术的发展。因此，本研究为量子技术的发展带来了新的思路和方法，也为实现大规模、可靠的光子量子计算和量子通信提供了现实可行的技术支撑。

Ding, X., Guo, YP., Xu, MC. et al. High-efficiency single-photon source above the loss-tolerant threshold for efficient linear optical quantum computing. Nat. Photon. (2025). https://doi.org/10.1038/s41566-025-01639-8