中國科學院近日公布了一項來自上海微系統與信息技術研究所的重大科研突破，該研究所在集成光量子芯片技術領域取得了顯著進展。這一成果通過創新的“搭積木”式混合集成策略，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）光子芯片進行了異質集成。
研究團隊采用了一種前所未有的方法，將含有InAs量子點的GaAs波導，通過微轉印技術精確地堆疊到4H-SiC電光材料制成的微環諧振腔上。這種獨特的集成方式不僅克服了量子點光源與微腔片上集成的技術難題，還為光量子芯片的大規模集成提供了新的思路。
通過低溫共聚焦熒光光譜測試，研究團隊發現，由于GaAs與4H-SiC異質波導之間的高精度對準集成，光場能夠在上下波導之間通過倏逝波耦合實現高效傳輸，形成了“回音壁”模式的平面局域光場。這一結構的腔模品質因子高達7.8×103，相比原始微環僅下降了約50%，顯示出卓越的光場局域能力。
為了進一步提升性能，研究團隊在芯片上集成了微型加熱器，通過熱光調諧技術實現了量子點激子態光譜的4nm寬范圍調諧。這一創新使得腔模與量子點光信號能夠精準匹配，從而實現了微腔增強的確定性單光子發射。實驗結果顯示，Purcell增強因子達到了4.9，單光子純度更是高達99.2%，這一成果無疑為光量子芯片的發展注入了新的活力。
據了解，該研究成果已于近期在《光：科學與應用》期刊上發表，標志著我國在集成光量子芯片技術領域取得了重要進展。這一成果的取得，不僅為光量子芯片的大規模集成提供了全新的解決方案，也為未來量子信息技術的發展奠定了堅實的基礎。
▲ 基于III-V量子點和電光4H-SiC材料的混合集成量子點微腔的多種測試與應用場景展示
