中国科学院在光量子芯片领域取得突破性进展
时间：2025-02-25 23:20
小编：小世评选
近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所宣布，针对集成光量子芯片技术的研究取得了显著进展。这一研究团队以其独特的“搭积木”式混合集成策略，在微型化光量子设备上开辟了新的方向，标志着中国在光量子技术领域的进一步突破。
新型混合微环谐振腔的构建
研究人员通过将III-V族半导体量子点光源与兼容CMOS工艺的碳化硅（4H-SiC）光子芯片进行异质集成，成功构建出了一种新型的混合微环谐振腔。这一微环谐振腔的创新结构不仅实现了片上局域能量的动态调谐，还提升了光子发射的效率，展现了光量子芯片在大规模集成方面的潜力。这项研究成果于2月14日发表在国际科学期刊《光：科学与应用》上，标志着该领域的最新成果得到了全球学术界的认可。
创新性的“搭积木”集成方案
为了解决量子点光源与微腔片上集成过程中的技术瓶颈，研究团队提出了创新性的“搭积木”式混合集成方案。他们使用微转印技术，将含有InAs量子点的GaAs波导精确地堆叠至由4H-SiC电光材料制备的微环谐振腔之上。测试结果表明，得益于GaAs与4H-SiC异质波导之间的高精度对准，光场的传播效率显著提高。这种结构创造了一种“回音壁”模式的平面局域光场，其腔模品质因子达到了7.8×10^3，表明其在光场局域化方面的优异性能。
片上热光调谐能力的突破
研究人员进一步在芯片上集成了微型加热器，使得量子点激子态的光谱实现4nm宽范围的调谐。这样的热光调谐能力使得腔模与量子点光信号之间能够精准匹配，从而成功实现了微腔增强的确定性单光子发射。实际实验测得，Purcell增强因子为4.9，单光子发射的纯度高达99.2%。这一成果不仅证明了新型光量子芯片的技术可行性，也为未来量子通信和量子计算的应用奠定了基础。
验证技术扩展潜力的创新实验
为进一步验证这一技术的扩展潜力，研究团队在4H-SiC光子芯片上制造了两个间距为250μm的量子点混合微腔。研究人员通过独立的局域调谐，成功克服了量子点生长过程中固有的频率差异，从而实现了不同微腔之间量子点单光子信号的频率匹配。这一技术不仅在局部范围内实现了光源调谐和Purcell增强，还为多节点的扩展提供了条件，展示了良好的应用前景。
光量子网络的实用化前景
结合4H-SiC材料的优异电光调制特性，该项技术有望在推动光量子网络的实用化进程中发挥重要作用。随着研究的不断深入，未来的光量子芯片将在通信、安全、计算等多个领域展现更广阔的应用前景。光量子技术的进步不仅将推动量子信息科学的发展，还可能引领新一轮科技革命。
此次中国科学院上海微系统与信息技术研究所的突破，为光量子芯片的设计与应用开辟了新方向。通过创新的混合集成方案和提升光子发射效率的技术，该研究团队不仅加深了我们对光量子技术的理解，也为相关领域的研究和应用奠定了坚实的基础。未来，随着技术的不断迭代与完善，光量子网络的商业化和日常化将在不久的将来成为现实。中国在这一前沿科技领域的崭露头角，必将对全球科技发展产生深远的影响。
