中国科技大学郭光灿院士团队教授与新加坡国立大学邱教授、郭博士合作，利用新型二维材料NbOCl2的非线性过程，首次实现了厚度低至46 nm的超薄量子光源。这是国际上报道的最薄的非线性量子光源。近日，该研究成果发表在《自然》杂志上。
小型化和集成化是解决空间光量子系统稳定性差、不可扩展等问题的理想方案，也是光量子计算和量子通信走向大规模实用化的必由之路。作为量子光学系统不可或缺的一部分，量子光源的小型化一直是人们研究的重点。早期，任希锋与南京大学等合作办学。将超结构表面引入量子信息领域，集成超结构透镜阵列和非线性光学晶体，实现100路参量下转换，制备超高维量子纠缠态和多光子源。
二维材料中的晶体结构是稳定的，但是原子之间的相互作用力要弱得多。基于这一特性，单层2D材料可以在保持原子尺度厚度的同时保持物理性质的稳定，这使得2D材料可以稳定、灵活地与各种微纳米尺度的光学器件直接耦合，因此被广泛应用于集成光子芯片的各种重要部件中。普通2D材料二阶非线性系数大，但单层厚度太薄(lt；1)，这导致整体上产生的非线性信号的低强度。如果增加材料的层数，由于多层叠加造成的空间对称性，二阶非线性过程会减弱甚至消失。
在这项研究中，合作者采用了一种新型的NbOCl2材料，它不仅具有普通单层二维材料所特有的高二阶非线性系数，更重要的是它的层间电子耦合弱，空间结构不对称。这一特性使得其二阶非线性信号强度随着二维材料层数的增加而增强，可超过单层二维材料的WS2倍频强度两个数量级以上。
合作者进一步测试了多层NbOCl2 2D材料的自发参量下转换过程，还测量了参量光信号强度与2D材料厚度之间的关系。实验结果与理论预期相符。
研究人员认为，该研究不仅为光量子信息研究提供了集成量子光源，也为二维材料的非线性研究开辟了新的方向。
