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上海微系统所集成光量子芯片研究获进展

上海研润 | 2025-02-18 | 浏览量:98
在光量子芯片领域,中国科学院上海微系统与信息技术研究所取得了令人瞩目的研究进展,为该领域的发展开辟了新道路。

在光量子芯片领域,中国科学院上海微系统与信息技术研究所取得了令人瞩目的研究进展,为该领域的发展开辟了新道路。

光量子芯片的大规模集成一直是该领域的重要研究方向,然而量子点光源与微腔片上集成存在诸多技术瓶颈。为突破这一困境,上海微系统所的研究团队创新性地提出了 “搭积木” 式混合集成策略。这一策略的核心是采用微转印技术,将 III-V 族半导体量子点光源,即含 InAs 量子点的 GaAs 波导,精准地堆叠至 CMOS 工艺兼容的碳化硅(4H-SiC)光子芯片的微环谐振腔上。这种创新的集成方式,就像是搭建积木一样,将不同功能的部件巧妙组合。

通过低温共聚焦荧光光谱测试发现,得益于 GaAs 与 4H-SiC 异质波导的高精度对准集成,光场能够通过倏逝波耦合在上下波导间高效传输,进而形成 “回音壁” 模式的平面局域光场。这一结构展现出了优异的光场局域能力,其腔模品质因子达到 7.8×103,仅比原始微环下降约 50%。

在芯片集成方面,研究团队进一步在芯片上集成微型加热器,成功实现了量子点激子态光谱的 4nm 宽范围调谐。这一突破性进展使得腔模与量子点光信号能够达到精准匹配,从而实现了微腔增强的确定性单光子发射。实验测得 Purcell 增强因子为 4.9,单光子纯度高达 99.2%,这一系列数据充分证明了该研究成果的优越性。

为了验证这一技术的扩展潜力,研究团队在 4H-SiC 光子芯片上制备出两个间距 250μm 的量子点混合微腔。通过独立局域调谐,成功克服了量子点生长导致的固有频率差异,实现了不同微腔间量子点单光子信号的频率匹配。这一成果对于构建多节点的光量子网络具有重要意义。

该研究工作在 4H-SiC 芯片上同步实现了光源调谐、Purcell 增强与多节点扩展,不仅具备高纯度,还与 CMOS 工艺兼容。再结合 4H-SiC 优异的电光调制特性,这一技术有望推动光量子网络向实用化迈进一大步。未来,随着该技术的不断完善和发展,或许在量子通信、量子计算等领域将发挥重要作用,为相关领域的发展提供强有力的技术支持,也让我们对光量子技术的未来充满期待。

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上海研润光机科技有限公司成立于2005年,是一家以研发、生产、非标定制自动化生产检测设备,计算机软件开发为主的高新技术企业,主导产品包括硬度计、试验机、金相制样、自准直仪、工业自动化生产检测设备,综合显微镜、三坐标、圆度仪、轮廓仪、影像测量仪、长度计量仪器、进口产品等光学和材料性能检测仪器。自2005年以来,公司产品已经广泛应用于大学、科研机构、航空航天、电子、机械、汽车、纺织、五金、塑胶、印刷、食品、医院、包装、模具等部门行业,为其实验室建立、规划,产品研发、检验提供了软硬件支持。

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