2026年11月6日，國際應用物理團隊在arXiv與《應用物理快報》發表實驗突破：科研團隊在題爲《氮化硼納米管室溫量子發射》的論文中證實，科研人員首次在具有一維空心原子級管狀結構的氮化硼納米管（BNNTs）中，成功觀測並操控了在常溫常壓環境下穩定存在的單個自旋色心缺陷，實現了高保真度、窄線寬的室溫單光子量子發射；這一重大物理發現徹底打破了傳統固態量子單光子源必須在接近絕對零度的超低溫深冷恆溫器中方能工作的嚴苛物理限制，爲研製無需深冷的片上量子密鑰分發與光量子芯片開闢了嶄新路徑。
氮化硼納米管室溫單光子量子發射實驗核心指標
- 量子發射載體材料與微觀幾何結構：氮化硼納米管（BNNTs，一維空心管狀）
- 量子態維持的工作溫度與冷卻要求：室溫常壓環境（徹底擺脫昂貴深冷液氦）
- 發射光譜覆蓋波段與波長調諧性：跨越可見光全譜段、多能級穩定窄線寬
- 核心工業應用轉化與技術賦能羣：室溫量子密鑰分發（QKD）與片上光子芯片
爲什麼實現無深冷製冷的室溫單光子源一直是量子物理學的聖盃？
單光子源是構建量子保密通信與光量子計算的核心基礎。
傳統金剛石色心或半導體量子點通常需在接近絕對零度的深冷環境中維持相干性。一旦溫度上升至常溫，周圍晶格環境劇烈的原子熱振動（聲子散射）便會瞬間破壞電子能級躍遷的穩定性，導致發射出來的光子發生極其嚴重的相移脫相，量子信號徹底淪爲雜亂無章的經典熱噪聲。這種對超低溫深冷系統的剛性依賴，使得現有的量子密碼設備往往重達數百公斤且維護成本高昂，根本無法集成安裝在便攜式無人機、移動衛星終端或是日常商業通信基站之中。尋找室溫下發出純淨單光子且性質穩定的一維材料，是物理學家的長久夢想。
一維空心氮化硼納米管如何抵禦劇烈熱噪聲產生穩定單光子？
在最新發表的物理學論文中，科研團隊詳細揭示了氮化硼納米管所蘊含的獨特量子限制效應。
氮化硼納米管由單層六方氮化硼（h-BN）捲曲而成，具備高達6電子伏特的超寬禁帶寬度，其原子骨架具有極強的碳化硅級別機械強度與高溫抗氧化能力。物理學家通過精確的聚焦離子束納米刻蝕與微量同位素摻雜工藝，在納米管曲面晶格中精準構造出了高純度的孤立點缺陷。由於納米管具有極高的高徑比與一維空間幾何限制，缺陷周圍局域化的電子自旋態與一維聲子晶格振動模式發生了極其強烈的解耦。光學測試表明，該發射源發出的光子二階自相關函數g(2)(0)實測值遠低於0.1的理論判定紅線，確證了其無可挑剔的單光子純度與超高發光偏振度。
從芯片級室溫量子通信到活體細胞量子傳感的技術革命浪潮
氮化硼納米管室溫量子發射特性的確立，正在全球光子學與量子產業界掀起一場顛覆性的應用技術風暴。
麻省理工學院與歐洲量子技術旗艦計劃的資深物理學家評價指出，該突破標誌着固態量子器件正式告別了依賴液氦深冷的「巨石器時代」。由於氮化硼納米管直徑僅數納米且具備天然生物相容性與化學惰性，科學家甚至能夠將其製備成微型光學探針直接注入活體神經元或活細胞線粒體中，利用室溫單光子在納米尺度上高精度實時測繪細胞內部的微弱電磁場漲落與溫度異常，爲癌症靶向診療與腦機接口提供前所未有的微觀量子雷達。而在防務與金融通信領域，能夠集成在硅基光子芯片上的室溫單光子光源，將使得跨大西洋量子衛星星地保密鏈路與城域量子密鑰分發（QKD）設備的體積縮小上千倍，加速人類全面步入由室溫量子互聯構築的全新技術紀元。
