我國科學家在集成量子光源領域取得重大突破

8月24日消息，深圳國際量子研究院的研究團隊宣佈，他們基於可工業級量產的超低損耗氮化硅波導，成功構建了一種新型集成量子光源，該光源產生的光子對線寬首次達到原子躍遷線量級，且其亮度刷新了硅基集成光學平臺的最佳紀錄。這一成果標誌着我國在量子信息技術領域邁出了堅實的一步。

據深圳國際量子研究院發佈的消息，該研究團隊由劉駿秋研究員領導，他們利用超高品質因子微腔，通過腔內自發四波混頻效應，製備出了線寬低至25.9MHz的光子對。這是首次在芯片集成窄線寬量子光源中達到原子躍遷線量級，對於量子通信和量子計算等領域具有重要意義。

光子由於其極佳的量子相干性，能夠在常溫下有效抵抗外界環境擾動，因此成爲量子信息最重要的載體之一。然而，傳統的大規模光量子信息處理系統大多基於自由空間光學或光纖光學構建，其可擴展性面臨較大挑戰。近年來，基於光芯片的光量子信息處理逐漸進入人們的視野，但硅波導的高損耗問題限制了其進一步應用。

劉駿秋研究團隊通過引入氮化硅材料，成功解決了這一難題。氮化硅具有從紫外到中紅外的光透明區間、在通訊波長無雙光子吸收以及合適的Kerr非線性等優良光學特性。更重要的是，氮化硅光芯片的加工能夠完全兼容當下標準CMOS硅芯片工藝，實現了低至0.01分貝每釐米的線性損耗，爲大規模集成光量子信息處理提供了可能。

此次研究中，團隊設計的超低損耗氮化硅芯片在5mm×5mm的尺寸上集成了超過30個微腔，基於6寸晶圓，在一次流片中可以接近100%的良率得到超過300片這樣的芯片。這不僅展示了氮化硅材料在集成量子光源構建中的巨大潛力，也爲未來的大規模生產奠定了堅實基礎。

該集成量子光源的線寬與諸多原子躍遷線匹配，使得片上緊湊高效的光子-原子界面構建成爲可能，對基於量子中繼器的量子互聯網大規模部署具有重要意義。此外，該光源的亮度達到了1.17×109Hz/mW2/GHz，爲目前硅基集成光源的最高紀錄。基於此光源構建的預報單光子源二階關聯低至0.0037，能量-時間糾纏態干涉可見度達到0.973，均達到目前芯片集成同類光源最優水平。

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