近日，中國(guó)科學(xué)院傳來(lái)振奮人心的消息，上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所在光量子芯片研究領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。這一成就不僅標(biāo)志著我國(guó)在集成光量子技術(shù)上的重大進(jìn)步，更為光量子芯片的未來(lái)發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。

研究團(tuán)隊(duì)巧妙地運(yùn)用了一種類似“拼圖”的混合集成策略，成功地將III-V族半導(dǎo)體量子點(diǎn)光源與CMOS工藝兼容的碳化硅（4H-SiC）光子芯片結(jié)合在一起，創(chuàng)新性地構(gòu)建出了一種全新的混合微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了單光子源在芯片上的局部能量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，還通過(guò)微腔的Purcell效應(yīng)顯著提升了光子的發(fā)射效率，為光量子芯片的大規(guī)模集成提供了前所未有的解決方案。

面對(duì)量子點(diǎn)光源與微腔片上集成的技術(shù)難題，研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，提出了“拼圖式”的混合集成方案。他們利用微轉(zhuǎn)印技術(shù)，將含有InAs量子點(diǎn)的GaAs波導(dǎo)精確地疊加到由4H-SiC電光材料制成的微環(huán)諧振腔上，實(shí)現(xiàn)了高精度集成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種異質(zhì)波導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)集成極大地提高了光場(chǎng)在上下波導(dǎo)之間的傳輸效率，形成了獨(dú)特的“回音壁”模式平面局域光場(chǎng)。

在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)在芯片上集成了微型加熱器，使得量子點(diǎn)激子態(tài)光譜能夠在4nm的寬范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧。這一片上熱光調(diào)諧能力確保了腔模與量子點(diǎn)光信號(hào)的精確匹配，從而實(shí)現(xiàn)了微腔增強(qiáng)的確定性單光子發(fā)射。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，Purcell增強(qiáng)因子達(dá)到了4.9，而單光子純度更是高達(dá)99.2%，這一結(jié)果無(wú)疑為光量子芯片的性能提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

為了驗(yàn)證這一技術(shù)的廣泛適用性，研究團(tuán)隊(duì)在4H-SiC光子芯片上制備了兩個(gè)相距250微米的量子點(diǎn)混合微腔。通過(guò)獨(dú)立的局部調(diào)諧技術(shù)，他們克服了量子點(diǎn)生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的固有頻率差異，成功實(shí)現(xiàn)了不同微腔間量子點(diǎn)單光子信號(hào)的頻率匹配。這一成果不僅展示了該技術(shù)在多節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展方面的潛力，也進(jìn)一步證明了其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

該研究在4H-SiC芯片上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了光源調(diào)諧、Purcell增強(qiáng)以及多節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，并且保持了高純度與CMOS工藝的兼容性。結(jié)合4H-SiC優(yōu)異的電光調(diào)制特性，這一技術(shù)有望在未來(lái)推動(dòng)光量子網(wǎng)絡(luò)向更加實(shí)用化的方向發(fā)展。

此次研究不僅展現(xiàn)了我國(guó)科研人員在光量子芯片領(lǐng)域的深厚實(shí)力和創(chuàng)新精神，也為全球光量子技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，光量子芯片有望在未來(lái)成為信息技術(shù)領(lǐng)域的重要支柱。

該研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)低溫共聚焦熒光光譜測(cè)試對(duì)集成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析。他們發(fā)現(xiàn)，由于GaAs與4H-SiC異質(zhì)波導(dǎo)的高精度對(duì)準(zhǔn)集成，光場(chǎng)在上下波導(dǎo)間通過(guò)倏逝波耦合實(shí)現(xiàn)了高效傳輸。這一結(jié)構(gòu)的腔模品質(zhì)因子高達(dá)7.8×10^3，僅比原始微環(huán)下降約50%，充分展示了其優(yōu)異的光場(chǎng)局域能力。