我国科学家在集成量子光源领域取得重大突破

8月24日消息，深圳国际量子研究院的研究团队宣布，他们基于可工业级量产的超低损耗氮化硅波导，成功构建了一种新型集成量子光源，该光源产生的光子对线宽首次达到原子跃迁线量级，且其亮度刷新了硅基集成光学平台的最佳纪录。这一成果标志着我国在量子信息技术领域迈出了坚实的一步。

据深圳国际量子研究院发布的消息，该研究团队由刘骏秋研究员领导，他们利用超高品质因子微腔，通过腔内自发四波混频效应，制备出了线宽低至25.9MHz的光子对。这是首次在芯片集成窄线宽量子光源中达到原子跃迁线量级，对于量子通信和量子计算等领域具有重要意义。

光子由于其极佳的量子相干性，能够在常温下有效抵抗外界环境扰动，因此成为量子信息最重要的载体之一。然而，传统的大规模光量子信息处理系统大多基于自由空间光学或光纤光学构建，其可扩展性面临较大挑战。近年来，基于光芯片的光量子信息处理逐渐进入人们的视野，但硅波导的高损耗问题限制了其进一步应用。

刘骏秋研究团队通过引入氮化硅材料，成功解决了这一难题。氮化硅具有从紫外到中红外的光透明区间、在通讯波长无双光子吸收以及合适的Kerr非线性等优良光学特性。更重要的是，氮化硅光芯片的加工能够完全兼容当下标准CMOS硅芯片工艺，实现了低至0.01分贝每厘米的线性损耗，为大规模集成光量子信息处理提供了可能。

此次研究中，团队设计的超低损耗氮化硅芯片在5mm×5mm的尺寸上集成了超过30个微腔，基于6寸晶圆，在一次流片中可以接近100%的良率得到超过300片这样的芯片。这不仅展示了氮化硅材料在集成量子光源构建中的巨大潜力，也为未来的大规模生产奠定了坚实基础。

该集成量子光源的线宽与诸多原子跃迁线匹配，使得片上紧凑高效的光子-原子界面构建成为可能，对基于量子中继器的量子互联网大规模部署具有重要意义。此外，该光源的亮度达到了1.17×109Hz/mW2/GHz，为目前硅基集成光源的最高纪录。基于此光源构建的预报单光子源二阶关联低至0.0037，能量-时间纠缠态干涉可见度达到0.973，均达到目前芯片集成同类光源最优水平。

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