量子光源是量子通信和光量子计算的基础模块。光子的单光子性保证了通信的无条件安全, 光子的高不可分辨性保证了计算方案的复杂度。在各类固态材料候选体系中, 基于半导体量子点体系的单光子源和纠缠光子源保持着量子光源品质的最高纪录, 展现了巨大的潜力。分子束外延是目前最适合制备固态半导体量子点的生长方法, 超高真空、超纯材料、原位监测和生长过程中参数的高度可控等特点使其优势明显。为了实现同时具备高效率、高单光子纯度、高不可分辨性和高纠缠保真度的量子光源, 量子点的材料生长、外部调控、钝化技术和测量技术等都需要系统优化提升。本文将综述基于分子束外延生长实现固态量子点体系量子光源的基础材料与器件的研究进展, 讨论两种常见量子点的制备原理以及外延生长中各类参数对量子点品质的影响, 包括背景真空、源料纯度、衬底温度、生长速率和束流比等。本文随后简介了外部调控、表面钝化、测量技术等手段优化量子光源器件性能的技术细节和实验进展, 最后对量子光源在基础科学研究和量子网络构建中取得的进展进行总结, 并对其实际应用与发展前景进行展望。

由于独特的光学和电学特性，量子点在光电器件、生物医学、非线性光学等领域有着重要的应用，尤其是Ⅳ-Ⅵ族半导体量子点，其荧光发射波段可以覆盖整个近红外光通信波段，引起了人们的广泛关注和研究。为了提升量子点的化学稳定性、热稳定性和机械稳定性，科学家提出将量子点掺入玻璃基质中，从而得到块体和固态发光材料。本文阐述了PbSe和PbS量子点掺杂玻璃和光纤的研究进展和应用，总结了研究中存在的问题，并展望了未来的研究方向。

基于当前的实验条件, 在半导体量子点中考虑声子辅助跃迁效应去构建环形四能级半导体量子点电磁感应透明介质模型。利用多重尺度法解析地研究了其中的时间光孤子的动力学行为。结果发现, 可以通过调整声子辅助跃迁强度来控制时间光孤子的幅度、宽度和群速度等动力学性质。时间光孤子的群速度远小于光速, 且随着声子辅助跃迁强度的增加, 孤子的群速度不断减小, 以至于可能缓变接近于零从而出现停滞现象。光停滞有利于将光存储于量子器件内, 这为半导体量子器件实现光存储提供一定的参考价值。

构建一个由一束弱线性偏振探测光场在与其平行的磁场作用下形成的两正交偏振分量，联合两束强耦合控制光场与半导体单量子点相互作用所形成的四能级半导体量子点电磁感应透明介质模型，利用多重尺度法，解析地研究了该半导体量子点电磁感应透明介质中的两耦合时间矢量光孤子的稳定性及其碰撞特性。结果发现，该体系中两耦合时间矢量光孤子的碰撞特性与其初始相位差有关；当两孤子分量为同相或反相时，孤子间会呈现出近弹性碰撞且无能量转移；而当孤子分量间初始相位差为π 2 时，两孤子则会在融合之后再彼此分离且出现能量转移。

理论上分析了半导体量子点中浸润层跃迁(包括泄漏和俘获两个过程)对Rabi振荡退相干的影响, 含浸润层跃迁的粒子数运动方程可以很好地拟合实验结果。同时还对比分析了纯失相(pure dephasing)对Rabi振荡退相干的影响。分析表明, 可以用简单的纯失相强度相关衰减因子来等效地分析复杂的多能级跃迁体系的退相干特性。

采用密度矩阵的方法进行数值模拟计算紧束缚态的半导体单量子点的增益与吸收行为。其动力学数值结果显示，在某些不同时刻的增益谷和吸收峰的左右分布保持不变对称性，且有上下镜像反转的现象发生；在在长时间演化中发现该量子点系统的增益与吸收发生激烈的振荡而呈现出了量子光学中典型的崩塌与复苏的有趣物理现象。