问题——量子信息走向网络化应用，首先要解决“可控地产生并读出单光子”的工程瓶颈；单光子是量子通信和量子网络的核心载体，也是分布式量子计算中远程纠缠建立的重要媒介。长期以来，如何用激光快速、精准操控量子比特的同时，又能清晰分离并高效率收集量子比特发射的光子，一直制约对应的系统的效率提升和规模化集成。 原因——传统方案之所以难以兼顾“快控制”和“易探测”，在于控制激光与发射光子在光谱、时间等维度容易相互干扰。为压低背景噪声、区分信号光子，实验常需引入复杂滤波与光路设计，但这往往带来额外损耗和系统复杂度：滤波会吞噬有效光子、降低整体计数率；光路越复杂，对稳定性的要求越高，越不利于未来从实验室平台走向可部署设备。另外，量子态操控速度受限也会限制可实现的量子操作数量与复杂度，并使系统更容易受到环境退相干影响。 影响——此次研究团队将突破口放在金刚石晶体中的“色心”体系，选择了具有应用前景的“锡空位中心”作为量子比特载体。色心因其在固态材料中具备相对稳定的量子态、可与光子耦合等特点，被视为实现固态量子节点的重要方向。研究团队提出并验证了一种基于两束精确调控激光脉冲的激发方案，引入飞秒级超快脉冲，将对量子态的光学操控推进到更短时间尺度。在该方案下，控制光与携带量子信息的单光子更易在实验上区分，从而在不依赖或少依赖复杂滤波的情况下，提高单光子提取和利用效率。研究还显示，该方法能够保持系统内部的量子自旋态，这对后续实现更稳定的量子存储与远程纠缠分发至关重要。 对策——从技术路线看，该成果提出的关键思路是通过时间尺度与激发机制的优化来“换取”信号分离度与系统效率：一上，超快脉冲使操控极短时间内完成，降低背景干扰的窗口；另一上，双脉冲精准激发有助于在产生量子信号的同时抑制不必要的光学串扰。对量子器件工程化来说，这意味着未来可以在更简化的光学架构下获得更高的有效光子输出，并为与光纤网络、光子芯片等平台的对接提供更现实的系统设计空间。业内普遍认为，降低系统复杂度、提升光子利用率，是量子网络从“可演示”走向“可部署”的必要条件之一。 前景——随着量子通信向更长距离、更高可靠性演进，量子中继器被认为是构建大尺度量子网络的关键组成部分。色心作为量子节点，若能实现更快操控、更高亮度与更好可读出性，将有望提升远程纠缠建立速率，降低网络级应用对重复实验次数和稳定性资源的消耗。此次飞秒级操控与更清晰的信号区分，为金刚石量子中继器、分布式量子计算机等方向提供了新的实验依据。下一步研究预计将集中在更提升光子收集效率、优化器件与纳米光学结构耦合、增强多节点间的互联能力，并检验该方案在更复杂操作序列和真实通信链路条件下的鲁棒性。相关成果发表于《自然·通讯》。
量子技术的竞争，既是前沿物理的突破，也是面向工程可用性的改进。此次利用飞秒超快激光提升金刚石量子比特操控速度，并以更简洁高效的方式提升单光子可用性，表明了从“可实现”向“可扩展、可部署”的重要转向。随着关键器件效率、稳定性与集成化水平不断提升，量子通信与分布式量子计算从示范走向应用的路径将更清晰，但同样需要在标准化、系统验证与产业协同上持续发力，才能真正把实验室的“快”转化为现实网络的“强”。