中科院新突破：碳化硅片上“搭积木”，集成量子光源技术获进展

近日，中国科学院传来振奋人心的消息，上海微系统与信息技术研究所在光量子芯片研究领域取得了突破性进展。这一成就不仅标志着我国在集成光量子技术上的重大进步，更为光量子芯片的未来发展开辟了新的道路。

研究团队巧妙地运用了一种类似“拼图”的混合集成策略，成功地将III-V族半导体量子点光源与CMOS工艺兼容的碳化硅（4H-SiC）光子芯片结合在一起，创新性地构建出了一种全新的混合微环谐振腔结构。这一结构不仅实现了单光子源在芯片上的局部能量动态调节，还通过微腔的Purcell效应显著提升了光子的发射效率，为光量子芯片的大规模集成提供了前所未有的解决方案。

面对量子点光源与微腔片上集成的技术难题，研究团队独辟蹊径，提出了“拼图式”的混合集成方案。他们利用微转印技术，将含有InAs量子点的GaAs波导精确地叠加到由4H-SiC电光材料制成的微环谐振腔上，实现了高精度集成。实验结果显示，这种异质波导的对准集成极大地提高了光场在上下波导之间的传输效率，形成了独特的“回音壁”模式平面局域光场。

在进一步的实验中，研究团队在芯片上集成了微型加热器，使得量子点激子态光谱能够在4nm的宽范围内进行调谐。这一片上热光调谐能力确保了腔模与量子点光信号的精确匹配，从而实现了微腔增强的确定性单光子发射。实验数据表明，Purcell增强因子达到了4.9，而单光子纯度更是高达99.2%，这一结果无疑为光量子芯片的性能提升奠定了坚实基础。

为了验证这一技术的广泛适用性，研究团队在4H-SiC光子芯片上制备了两个相距250微米的量子点混合微腔。通过独立的局部调谐技术，他们克服了量子点生长过程中产生的固有频率差异，成功实现了不同微腔间量子点单光子信号的频率匹配。这一成果不仅展示了该技术在多节点扩展方面的潜力，也进一步证明了其在实际应用中的可行性。

该研究在4H-SiC芯片上同时实现了光源调谐、Purcell增强以及多节点扩展，并且保持了高纯度与CMOS工艺的兼容性。结合4H-SiC优异的电光调制特性，这一技术有望在未来推动光量子网络向更加实用化的方向发展。

此次研究不仅展现了我国科研人员在光量子芯片领域的深厚实力和创新精神，也为全球光量子技术的发展注入了新的活力。随着技术的不断成熟和应用领域的不断拓展，光量子芯片有望在未来成为信息技术领域的重要支柱。

该研究团队还通过低温共聚焦荧光光谱测试对集成结构进行了深入分析。他们发现，由于GaAs与4H-SiC异质波导的高精度对准集成，光场在上下波导间通过倏逝波耦合实现了高效传输。这一结构的腔模品质因子高达7.8×10^3，仅比原始微环下降约50%，充分展示了其优异的光场局域能力。