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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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大規(guī)模異質(zhì)集成光量子芯片研究取得進(jìn)展

2025-11-12 上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所

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語音播報(bào)

針對(duì)上述問題，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所聯(lián)合中山大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，實(shí)現(xiàn)了基于固態(tài)原子（半導(dǎo)體量子點(diǎn)）確定性單光子源與低損耗鈮酸鋰薄膜的混合集成光量子芯片，提出了基于鈮酸鋰薄膜鐵電疇工程的片上局域應(yīng)力調(diào)控技術(shù)，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)單光子源寬范圍、高動(dòng)態(tài)、可逆的光譜精細(xì)調(diào)諧。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展出基于“微轉(zhuǎn)印”工藝的百納米精度混合集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多達(dá)20個(gè)確定性量子點(diǎn)單光子源的同步片上集成與光譜調(diào)諧。通過材料功能創(chuàng)新與混合芯片架構(gòu)突破，研究團(tuán)隊(duì)在混合集成光量子芯片上，實(shí)現(xiàn)了空間分離的量子點(diǎn)單光子源之間的片上量子干涉互聯(lián)，為構(gòu)建可擴(kuò)展的片上量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。

團(tuán)隊(duì)結(jié)合自組裝量子點(diǎn)與鈮酸鋰這兩種在光學(xué)研究領(lǐng)域中具有優(yōu)勢的量子材料，針對(duì)光量子芯片中多光子態(tài)擴(kuò)展化制備這一長期存在的難題，創(chuàng)新“微轉(zhuǎn)印”混合芯片集成工藝，實(shí)現(xiàn)20個(gè)量子確定性量子光源與低損耗鈮酸鋰光子芯片的混合集成，構(gòu)建了目前國際上基于量子點(diǎn)確定性光源的最大規(guī)?；旌霞晒饬孔有酒Ｍ瑫r(shí)，針對(duì)量子點(diǎn)、金剛石色心等片上固態(tài)量子體系固有的非均勻展寬問題，團(tuán)隊(duì)提出基于鈮酸鋰薄膜鐵電疇工程的新型直流電壓驅(qū)動(dòng)局域應(yīng)力調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了芯片集成、寬域調(diào)諧、4K低溫兼容、超低功耗（mW量級(jí)）、可逆調(diào)控五個(gè)關(guān)鍵特性集成。這一方法拓展了鈮酸鋰材料除電光調(diào)制和聲表面波之外，片上量子調(diào)控這一新功能維度，為鈦酸鋇、鈦酸鍶等其他新興鐵電薄膜材料在片上量子調(diào)控應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)指導(dǎo)。

該研究結(jié)合自組裝量子點(diǎn)與鈮酸鋰兩種量子材料，為擴(kuò)展化光量子芯片發(fā)展提供了新的技術(shù)路線。同時(shí)，該量子點(diǎn)單光子源的片上集成密度達(dá)67 個(gè)/mm，厘米級(jí)芯片可容納1000+量子通道，且單通道量子點(diǎn)單光子源局域應(yīng)力調(diào)控僅需微瓦功率損耗，相比硅光子芯片中毫瓦功耗的熱光調(diào)控，降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)，其低溫兼容性和微瓦級(jí)功耗，可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)納米線單光子探測器的同時(shí)芯片集成。未來，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步利用鈮酸鋰材料的高速電光效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)片上光子的高速路由與糾纏分發(fā)，為實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)線性光量子計(jì)算與可擴(kuò)展量子互聯(lián)網(wǎng)提供新的技術(shù)方案。

近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-材料》（Nature?Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院等的支持。

論文鏈接

大規(guī)模半導(dǎo)體量子點(diǎn)—鈮酸鋰薄膜混合集成光量子芯片

波導(dǎo)取向相關(guān)的量子點(diǎn)局域應(yīng)力調(diào)控范圍統(tǒng)計(jì)

光量子芯片是推動(dòng)光量子信息技術(shù)走向?qū)嵱没谋厝悔厔?。?dāng)前，主流光量子芯片大多依賴基于非線性光學(xué)過程的概率性光源產(chǎn)生單光子信號(hào)，但光子發(fā)射具有“幾率”特性，導(dǎo)致發(fā)射效率低、多光子量子比特制備困難。相比之下，固態(tài)原子具有類原子的二能級(jí)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)確定性、高效率的單光子發(fā)射，是實(shí)現(xiàn)片上多光子量子比特制備的理想光源。然而，固態(tài)量子光源面臨頻率非均勻展寬與缺乏高效混合集成技術(shù)等瓶頸，限制了其在大規(guī)模片上集成與量子網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的應(yīng)用。針對(duì)上述問題，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所聯(lián)合中山大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，實(shí)現(xiàn)了基于固態(tài)原子（半導(dǎo)體量子點(diǎn)）確定性單光子源與低損耗鈮酸鋰薄膜的混合集成光量子芯片，提出了基于鈮酸鋰薄膜鐵電疇工程的片上局域應(yīng)力調(diào)控技術(shù)，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)單光子源寬范圍、高動(dòng)態(tài)、可逆的光譜精細(xì)調(diào)諧。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展出基于“微轉(zhuǎn)印”工藝的百納米精度混合集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多達(dá)20個(gè)確定性量子點(diǎn)單光子源的同步片上集成與光譜調(diào)諧。通過材料功能創(chuàng)新與混合芯片架構(gòu)突破，研究團(tuán)隊(duì)在混合集成光量子芯片上，實(shí)現(xiàn)了空間分離的量子點(diǎn)單光子源之間的片上量子干涉互聯(lián)，為構(gòu)建可擴(kuò)展的片上量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)結(jié)合自組裝量子點(diǎn)與鈮酸鋰這兩種在光學(xué)研究領(lǐng)域中具有優(yōu)勢的量子材料，針對(duì)光量子芯片中多光子態(tài)擴(kuò)展化制備這一長期存在的難題，創(chuàng)新“微轉(zhuǎn)印”混合芯片集成工藝，實(shí)現(xiàn)20個(gè)量子確定性量子光源與低損耗鈮酸鋰光子芯片的混合集成，構(gòu)建了目前國際上基于量子點(diǎn)確定性光源的最大規(guī)?；旌霞晒饬孔有酒?。同時(shí)，針對(duì)量子點(diǎn)、金剛石色心等片上固態(tài)量子體系固有的非均勻展寬問題，團(tuán)隊(duì)提出基于鈮酸鋰薄膜鐵電疇工程的新型直流電壓驅(qū)動(dòng)局域應(yīng)力調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了芯片集成、寬域調(diào)諧、4K低溫兼容、超低功耗（mW量級(jí)）、可逆調(diào)控五個(gè)關(guān)鍵特性集成。這一方法拓展了鈮酸鋰材料除電光調(diào)制和聲表面波之外，片上量子調(diào)控這一新功能維度，為鈦酸鋇、鈦酸鍶等其他新興鐵電薄膜材料在片上量子調(diào)控應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)指導(dǎo)。該研究結(jié)合自組裝量子點(diǎn)與鈮酸鋰兩種量子材料，為擴(kuò)展化光量子芯片發(fā)展提供了新的技術(shù)路線。同時(shí)，該量子點(diǎn)單光子源的片上集成密度達(dá)67 個(gè)/mm，厘米級(jí)芯片可容納1000+量子通道，且單通道量子點(diǎn)單光子源局域應(yīng)力調(diào)控僅需微瓦功率損耗，相比硅光子芯片中毫瓦功耗的熱光調(diào)控，降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)，其低溫兼容性和微瓦級(jí)功耗，可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)納米線單光子探測器的同時(shí)芯片集成。未來，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步利用鈮酸鋰材料的高速電光效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)片上光子的高速路由與糾纏分發(fā)，為實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)線性光量子計(jì)算與可擴(kuò)展量子互聯(lián)網(wǎng)提供新的技術(shù)方案。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-材料》（Nature?Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院等的支持。論文鏈接大規(guī)模半導(dǎo)體量子點(diǎn)—鈮酸鋰薄膜混合集成光量子芯片波導(dǎo)取向相關(guān)的量子點(diǎn)局域應(yīng)力調(diào)控范圍統(tǒng)計(jì)

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