2026年11月6日，国际应用物理团队在arXiv与《应用物理快报》发表实验突破：科研团队在题为《氮化硼纳米管室温量子发射》的论文中证实，科研人员首次在具有一维空心原子级管状结构的氮化硼纳米管（BNNTs）中，成功观测并操控了在常温常压环境下稳定存在的单个自旋色心缺陷，实现了高保真度、窄线宽的室温单光子量子发射；这一重大物理发现彻底打破了传统固态量子单光子源必须在接近绝对零度的超低温深冷恒温器中方能工作的严苛物理限制，为研制无需深冷的片上量子密钥分发与光量子芯片开辟了崭新路径。
氮化硼纳米管室温单光子量子发射实验核心指标
- 量子发射载体材料与微观几何结构：氮化硼纳米管（BNNTs，一维空心管状）
- 量子态维持的工作温度与冷却要求：室温常压环境（彻底摆脱昂贵深冷液氦）
- 发射光谱覆盖波段与波长调谐性：跨越可见光全谱段、多能级稳定窄线宽
- 核心工业应用转化与技术赋能群：室温量子密钥分发（QKD）与片上光子芯片
为什么实现无深冷制冷的室温单光子源一直是量子物理学的圣杯？
单光子源是构建量子保密通信与光量子计算的核心基础。
传统金刚石色心或半导体量子点通常需在接近绝对零度的深冷环境中维持相干性。一旦温度上升至常温，周围晶格环境剧烈的原子热振动（声子散射）便会瞬间破坏电子能级跃迁的稳定性，导致发射出来的光子发生极其严重的相移脱相，量子信号彻底沦为杂乱无章的经典热噪声。这种对超低温深冷系统的刚性依赖，使得现有的量子密码设备往往重达数百公斤且维护成本高昂，根本无法集成安装在便携式无人机、移动卫星终端或是日常商业通信基站之中。寻找室温下发出纯净单光子且性质稳定的一维材料，是物理学家的长久梦想。
一维空心氮化硼纳米管如何抵御剧烈热噪声产生稳定单光子？
在最新发表的物理学论文中，科研团队详细揭示了氮化硼纳米管所蕴含的独特量子限制效应。
氮化硼纳米管由单层六方氮化硼（h-BN）卷曲而成，具备高达6电子伏特的超宽禁带宽度，其原子骨架具有极强的碳化硅级别机械强度与高温抗氧化能力。物理学家通过精确的聚焦离子束纳米刻蚀与微量同位素掺杂工艺，在纳米管曲面晶格中精准构造出了高纯度的孤立点缺陷。由于纳米管具有极高的高径比与一维空间几何限制，缺陷周围局域化的电子自旋态与一维声子晶格振动模式发生了极其强烈的解耦。光学测试表明，该发射源发出的光子二阶自相关函数g(2)(0)实测值远低于0.1的理论判定红线，确证了其无可挑剔的单光子纯度与超高发光偏振度。
从芯片级室温量子通信到活体细胞量子传感的技术革命浪潮
氮化硼纳米管室温量子发射特性的确立，正在全球光子学与量子产业界掀起一场颠覆性的应用技术风暴。
麻省理工学院与欧洲量子技术旗舰计划的资深物理学家评价指出，该突破标志着固态量子器件正式告别了依赖液氦深冷的「巨石器时代」。由于氮化硼纳米管直径仅数纳米且具备天然生物相容性与化学惰性，科学家甚至能够将其制备成微型光学探针直接注入活体神经元或活细胞线粒体中，利用室温单光子在纳米尺度上高精度实时测绘细胞内部的微弱电磁场涨落与温度异常，为癌症靶向诊疗与脑机接口提供前所未有的微观量子雷达。而在防务与金融通信领域，能够集成在硅基光子芯片上的室温单光子光源，将使得跨大西洋量子卫星星地保密链路与城域量子密钥分发（QKD）设备的体积缩小上千倍，加速人类全面步入由室温量子互联构筑的全新技术纪元。
