中國科學(xué)院近日公布了一項(xiàng)來自上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的重大科研突破，該研究所在集成光量子芯片技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。這一成果通過創(chuàng)新的“搭積木”式混合集成策略，成功地將III-V族半導(dǎo)體量子點(diǎn)光源與CMOS工藝兼容的碳化硅（4H-SiC）光子芯片進(jìn)行了異質(zhì)集成。
研究團(tuán)隊(duì)采用了一種前所未有的方法，將含有InAs量子點(diǎn)的GaAs波導(dǎo)，通過微轉(zhuǎn)印技術(shù)精確地堆疊到4H-SiC電光材料制成的微環(huán)諧振腔上。這種獨(dú)特的集成方式不僅克服了量子點(diǎn)光源與微腔片上集成的技術(shù)難題，還為光量子芯片的大規(guī)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(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，由于GaAs與4H-SiC異質(zhì)波導(dǎo)之間的高精度對(duì)準(zhǔn)集成，光場能夠在上下波導(dǎo)之間通過倏逝波耦合實(shí)現(xiàn)高效傳輸，形成了“回音壁”模式的平面局域光場。這一結(jié)構(gòu)的腔模品質(zhì)因子高達(dá)7.8×103，相比原始微環(huán)僅下降了約50%，顯示出卓越的光場局域能力。
為了進(jìn)一步提升性能，研究團(tuán)隊(duì)在芯片上集成了微型加熱器，通過熱光調(diào)諧技術(shù)實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)激子態(tài)光譜的4nm寬范圍調(diào)諧。這一創(chuàng)新使得腔模與量子點(diǎn)光信號(hào)能夠精準(zhǔn)匹配，從而實(shí)現(xiàn)了微腔增強(qiáng)的確定性單光子發(fā)射。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Purcell增強(qiáng)因子達(dá)到了4.9，單光子純度更是高達(dá)99.2%，這一成果無疑為光量子芯片的發(fā)展注入了新的活力。
據(jù)了解，該研究成果已于近期在《光：科學(xué)與應(yīng)用》期刊上發(fā)表，標(biāo)志著我國在集成光量子芯片技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。這一成果的取得，不僅為光量子芯片的大規(guī)模集成提供了全新的解決方案，也為未來量子信息技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
▲ 基于III-V量子點(diǎn)和電光4H-SiC材料的混合集成量子點(diǎn)微腔的多種測試與應(yīng)用場景展示
