中国科学院近日公布了一项来自上海微系统与信息技术研究所的重大科研突破，该研究所在集成光量子芯片技术领域取得了显著进展。这一成果通过创新的“搭积木”式混合集成策略，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）光子芯片进行了异质集成。
研究团队采用了一种前所未有的方法，将含有InAs量子点的GaAs波导，通过微转印技术精确地堆叠到4H-SiC电光材料制成的微环谐振腔上。这种独特的集成方式不仅克服了量子点光源与微腔片上集成的技术难题，还为光量子芯片的大规模集成提供了新的思路。
通过低温共聚焦荧光光谱测试，研究团队发现，由于GaAs与4H-SiC异质波导之间的高精度对准集成，光场能够在上下波导之间通过倏逝波耦合实现高效传输，形成了“回音壁”模式的平面局域光场。这一结构的腔模品质因子高达7.8×103，相比原始微环仅下降了约50%，显示出卓越的光场局域能力。
为了进一步提升性能，研究团队在芯片上集成了微型加热器，通过热光调谐技术实现了量子点激子态光谱的4nm宽范围调谐。这一创新使得腔模与量子点光信号能够精准匹配，从而实现了微腔增强的确定性单光子发射。实验结果显示，Purcell增强因子达到了4.9，单光子纯度更是高达99.2%，这一成果无疑为光量子芯片的发展注入了新的活力。
据了解，该研究成果已于近期在《光：科学与应用》期刊上发表，标志着我国在集成光量子芯片技术领域取得了重要进展。这一成果的取得，不仅为光量子芯片的大规模集成提供了全新的解决方案，也为未来量子信息技术的发展奠定了坚实的基础。
▲ 基于III-V量子点和电光4H-SiC材料的混合集成量子点微腔的多种测试与应用场景展示
