单光子的可控产生是量子网络、量子计算等量子技术的重要基础。包括德国柏林洪堡大学在内的研究团队，采用飞秒级（1飞秒=千万亿分之一秒）超快激光脉冲，实现了目前金刚石量子系统中速度最快的光学控制操作，为单光子的高效可控生成提供了新的技术路径。这项研究使基于金刚石的量子通信和分布式量子计算技术向实际应用迈出重要一步。相关成果发表于最新一期《自然·通讯》杂志。

长期以来，量子技术面临的一大挑战是如何利用激光控制量子比特，同时又能清晰地探测量子比特发射的光子，并作为信息载体加以利用。传统方法往往依赖于复杂的光学滤波技术，不仅降低系统效率，也限制了未来规模化应用。

柏林洪堡大学阿德勒斯霍夫校区物理系实验室中量子物理实验的部分实验装置。

此次，研究团队开发的新方法解决了上述难题。他们聚焦于一种特殊的金刚石晶体，其晶体原子结构中存在一种特定缺陷，即“锡空位中心”，也被称为“色心”。这些原子结构可作为稳定的量子比特，能够存储和处理量子信息，并与光子实现耦合。

利用新方法，团队通过两束精确调控的激光脉冲激发量子系统，使控制激光与携带量子信息的单光子更容易区分，从而显著提高光子利用效率。

超快激光脉冲使量子态操控进入全新的时间尺度，为实现更快速、更复杂的量子操作提供了可能，同时也为构建实用化量子通信网络奠定基础。此外，研究还发现，新方法能保持系统内部的量子自旋态。这一成果也使金刚石量子中继器和分布式量子计算机距离实际应用更进一步。