中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員張加祥、歐欣團(tuán)隊(duì)與中山大學(xué)教授劉進(jìn)團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授霍永恒團(tuán)隊(duì)合作,首次在混合集成光量子芯片上實(shí)現(xiàn)了空間上分離的量子點(diǎn)單光子源之間的片上量子干涉互聯(lián),為構(gòu)建可擴(kuò)展的片上量子網(wǎng)絡(luò)奠定了重要基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-材料》。

與傳統(tǒng)微電子芯片發(fā)展路徑類似,光量子芯片的出現(xiàn)是推動(dòng)光量子信息技術(shù)走向?qū)嵱没谋厝悔厔荨Ｈ欢?當(dāng)前主流光量子芯片存在發(fā)射效率低、多光子量子比特制備困難等問題。固態(tài)原子具有類原子的二能級結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)確定性、高效率的單光子發(fā)射,是實(shí)現(xiàn)片上多光子量子比特制備的理想光源,但同時(shí)面臨著頻率非均勻展寬與缺乏高效混合集成技術(shù)等瓶頸,限制了其在大規(guī)模片上集成與量子網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的應(yīng)用。

針對這些問題,研究團(tuán)隊(duì)從機(jī)制和工藝上進(jìn)行突破,提出了鈮酸鋰薄膜上應(yīng)力調(diào)控新機(jī)制,開發(fā)針對性的片上局域應(yīng)力調(diào)控技術(shù),實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)單光子源寬范圍、高動(dòng)態(tài)、可逆的光譜精細(xì)調(diào)諧。

同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了基于“微轉(zhuǎn)印”工藝的百納米精度混合集成技術(shù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)多達(dá)20個(gè)確定性量子點(diǎn)單光子源的同步片上集成與光譜調(diào)諧;構(gòu)建了基于量子點(diǎn)確定性光源的迄今最大規(guī)模混合集成光量子芯片,并實(shí)現(xiàn)了片上不同量子點(diǎn)單光子源的量子干涉互聯(lián),片上互聯(lián)距離0.48毫米,干涉可見度73%。

值得一提的是,該平臺(tái)兼具芯片集成、寬域調(diào)諧、4開爾文低溫兼容、超低功耗以及可逆調(diào)控5個(gè)關(guān)鍵特性,可支持千量級量子點(diǎn)光源的同時(shí)芯片集成,也可為其他新興鐵電薄膜材料在片上的量子調(diào)控應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。

相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41563-025-02398-1

(原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2025-11-11?第1版?要聞)