8 月 24 日消息，深圳國(guó)際量子研究院昨日（8 月 23 日）發(fā)布，宣布基于可工業(yè)級(jí)量產(chǎn)的超低損耗氮化硅波導(dǎo)，在集成量子光源構(gòu)建方面取得重要進(jìn)展。

項(xiàng)目背景

量子信息為信息的產(chǎn)生、傳遞和處理提供了超越經(jīng)典方法的全新范式，正在推動(dòng)對(duì)人類信息社會(huì)新一輪的變革。

光子由于其極佳的量子相干性，能夠在常溫下有效抵抗外界環(huán)境擾動(dòng)，因此是量子信息最重要的載體之一。基于對(duì)光子的調(diào)控，人們證實(shí)了量子計(jì)算優(yōu)越性，并建立了城際量子通訊網(wǎng)絡(luò)。

然而，迄今大規(guī)模光量子信息處理系統(tǒng)均基于自由空間光學(xué)或光纖光學(xué)構(gòu)建，其可擴(kuò)展性仍面臨較大挑戰(zhàn)。

近年來，基于光芯片的光量子信息處理也逐步進(jìn)入人們視野，相關(guān)工作大多基于目前最主流的商用硅光平臺(tái)。但是，硅波導(dǎo)超過 1 dB / cm 的損耗嚴(yán)重限制了其開展“光子級(jí)”實(shí)驗(yàn)的能力。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

深圳國(guó)際量子研究院劉駿秋研究團(tuán)隊(duì)利用超高品質(zhì)因子微腔，該集成光源產(chǎn)生光子對(duì)的線寬首次達(dá)到原子躍遷線量級(jí)，且其亮度為迄今硅基集成光學(xué)平臺(tái)的最佳紀(jì)錄。

圖 1：超低損耗氮化硅芯片照片。該芯片在 5 mm×5 mm 的尺寸上集成了超過 30 個(gè)微腔；基于 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。

團(tuán)隊(duì)主要引入了氮化硅材料，提供了極佳的解決方案。氮化硅具有很多極其優(yōu)良的光學(xué)特性，包括從紫外到中紅外的光透明區(qū)間、在通訊波長(zhǎng)無雙光子吸收以及合適的 Kerr 非線性等。

氮化硅光芯片的加工能夠完全兼容當(dāng)下標(biāo)準(zhǔn) CMOS 硅芯片工藝，并實(shí)現(xiàn)了低至 0.01 分貝每厘米的線性損耗。

團(tuán)隊(duì)通過腔內(nèi)自發(fā)四波混頻，研究團(tuán)隊(duì)制備出線寬低至 25.9 MHz 的光子對(duì)，這是芯片集成窄線寬量子光源首次達(dá)到原子躍遷線量級(jí)。

圖 2：基于微腔的光子對(duì)產(chǎn)生示意圖。泵浦光進(jìn)入微腔后通過非線性效應(yīng)自發(fā)產(chǎn)生光子對(duì)；高品質(zhì)因子微腔能夠有效壓窄所產(chǎn)生光子對(duì)線寬，并極大提升亮度。

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