中国科学院上海微系统与信息技术研究所在集成光量子芯片领域取得的重要成果，包括他们采用的混合集成策略，构建的新型混合微环谐振腔及其带来的一系列优势，还提到针对技术瓶颈提出的创新方案以及对技术扩展潜力的验证等内容。
2月19日有消息传来，中国科学院在当日宣布了一则重磅消息，上海微系统与信息技术研究所在集成光量子芯片这个充满科技前沿性的领域里取得了极为重要的进展。
这个研究团队别出心裁地运用了一种类似“搭积木”的混合集成策略。他们巧妙地把III - V族半导体量子点光源与能够和CMOS工艺相兼容的碳化硅（4H - SiC）光子芯片进行异质集成，就这样构建出了一种全新的混合微环谐振腔。这种创新的结构有着非凡的意义，它成功地实现了单光子源在片上的局域能量动态调谐。而且啊，通过微腔的Purcell效应，光子发射效率也得到了大大的提升，这无疑为光量子芯片大规模集成这个难题提供了一种全新的解决思路呢。相关的研究成果在2月14日就已经发表在了《光：科学与应用》上（IT之家附DOI:10.1038 / s41377 - 024 - 01676 - y）。
在量子点光源与微腔片上集成面临技术瓶颈的时候，这个团队展现出了非凡的创新能力，提出了这种“搭积木”式的混合集成方案。这个方案里用到了微转印技术，依靠这个技术，他们可以非常精准地把含有InAs量子点的GaAs波导堆叠到由4H - SiC电光材料制备而成的微环谐振腔上面。
经过低温共聚焦荧光光谱测试，人们惊喜地发现，由于GaAs与4H - SiC异质波导进行了高精度的对准集成，光场能够通过倏逝波耦合在上下波导之间高效地传输，进而形成了一种“回音壁”模式的平面局域光场。这个结构的腔模品质因子达到了7.8×103，仅仅比原始微环下降了大概50%左右，这就充分展现出了它非常优异的光场局域能力。
更进一步地，这项研究还在芯片上集成了微型加热器呢。有了这个微型加热器，就实现了量子点激子态光谱在4nm宽范围里的调谐。这种片上热光调谐能力可是非常厉害的，它能让腔模与量子点光信号实现精准的匹配，最终达成了微腔增强的确定性单光子发射。经过实验测量，Purcell增强因子为4.9，单光子纯度更是高达99.2%。
▲ 基于III - V量子点和电光4H - SiC材料的混合集成量子点微腔
为了验证这种技术的扩展潜力，研究人员在4H - SiC光子芯片上精心制备出了两个间距为250μm的量子点混合微腔。通过独立局域调谐这种方式，他们成功克服了量子点生长所导致的固有频率差异，从而实现了不同微腔之间量子点单光子信号的频率匹配。
这项工作在4H - SiC芯片上同时实现了光源调谐、Purcell增强以及多节点扩展这几个重要的目标，并且它还兼具高纯度与CMOS工艺兼容性的优点。再结合4H - SiC那非常优异的电光调制特性，这项技术很有希望推动光量子网络朝着实用化的方向大步迈进呢。
本文总结了中科院上海微系统与信息技术研究所在集成光量子芯片领域取得的成果，包括构建新型混合微环谐振腔、创新集成方案、实现多种功能及验证技术扩展潜力等，这些成果有望推动光量子网络走向实用化。
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