近日，中國科學院傳來振奮人心的消息，上海微系統與信息技術研究所在光量子芯片研究領域取得了突破性進展。這一成就不僅標志著我國在集成光量子技術上的重大進步，更為光量子芯片的未來發展開辟了新的道路。
研究團隊巧妙地運用了一種類似“拼圖”的混合集成策略，成功地將III-V族半導體量子點光源與CMOS工藝兼容的碳化硅（4H-SiC）光子芯片結合在一起，創新性地構建出了一種全新的混合微環諧振腔結構。這一結構不僅實現了單光子源在芯片上的局部能量動態調節，還通過微腔的Purcell效應顯著提升了光子的發射效率，為光量子芯片的大規模集成提供了前所未有的解決方案。
面對量子點光源與微腔片上集成的技術難題，研究團隊獨辟蹊徑，提出了“拼圖式”的混合集成方案。他們利用微轉印技術，將含有InAs量子點的GaAs波導精確地疊加到由4H-SiC電光材料制成的微環諧振腔上，實現了高精度集成。實驗結果顯示，這種異質波導的對準集成極大地提高了光場在上下波導之間的傳輸效率，形成了獨特的“回音壁”模式平面局域光場。
在進一步的實驗中，研究團隊在芯片上集成了微型加熱器，使得量子點激子態光譜能夠在4nm的寬范圍內進行調諧。這一片上熱光調諧能力確保了腔模與量子點光信號的精確匹配，從而實現了微腔增強的確定性單光子發射。實驗數據表明，Purcell增強因子達到了4.9，而單光子純度更是高達99.2%，這一結果無疑為光量子芯片的性能提升奠定了堅實基礎。
為了驗證這一技術的廣泛適用性，研究團隊在4H-SiC光子芯片上制備了兩個相距250微米的量子點混合微腔。通過獨立的局部調諧技術，他們克服了量子點生長過程中產生的固有頻率差異，成功實現了不同微腔間量子點單光子信號的頻率匹配。這一成果不僅展示了該技術在多節點擴展方面的潛力，也進一步證明了其在實際應用中的可行性。
該研究在4H-SiC芯片上同時實現了光源調諧、Purcell增強以及多節點擴展，并且保持了高純度與CMOS工藝的兼容性。結合4H-SiC優異的電光調制特性，這一技術有望在未來推動光量子網絡向更加實用化的方向發展。
此次研究不僅展現了我國科研人員在光量子芯片領域的深厚實力和創新精神，也為全球光量子技術的發展注入了新的活力。隨著技術的不斷成熟和應用領域的不斷拓展，光量子芯片有望在未來成為信息技術領域的重要支柱。
該研究團隊還通過低溫共聚焦熒光光譜測試對集成結構進行了深入分析。他們發現，由于GaAs與4H-SiC異質波導的高精度對準集成，光場在上下波導間通過倏逝波耦合實現了高效傳輸。這一結構的腔模品質因子高達7.8×10^3，僅比原始微環下降約50%，充分展示了其優異的光場局域能力。
