量子研究院刘骏秋研究团队，基于可工业级量产的超低损耗氮化硅波导，在集成量子光源构建方面取得重要进展。利用超高品质因子微腔，该集成光源产生光子对的线宽首次达到原子跃迁线量级，且其亮度为迄今硅基集成光学平台的最佳纪录。该工作揭示了“工业级大规模量产”超低损耗集成光学在光量子调控领域的巨大潜力，对基于量子中继器的量子互联网大规模部署具有重要意义，同时也为大规模集成光量子信息调控的发展奠定了坚实基础。相关论文于2024年8月22日发表于学术期刊Physical Review Letters 133, 083803 (2024)。

图1：超低损耗氮化硅芯片照片。该芯片在5 mm×5 mm的尺寸上集成了超过30个微腔；基于6寸晶圆，在一次流片中可以接近100%的良率得到超过300片这样的芯片。

集成光学是一项可以利用光子集成线路实现光信号的合成、处理和探测的技术。在过去二十年中，光芯片技术已经完成“基础探索和实验室演示”到“工业级大规模量产”的转变，成功大量部署于当今高速光通讯网络与数据中心。近年来，基于光芯片的光量子信息处理也逐步进入人们视野，相关工作大多基于目前最主流的商用硅光平台。但是，硅波导超过1 dB/cm的损耗严重限制了其开展“光子级”实验的能力。

氮化硅材料的引入为这一应用场景提供了极佳的解决方案。氮化硅具有很多极其优良的光学特性，包括从紫外到中红外的光透明区间、在通讯波长无双光子吸收以及合适的Kerr非线性等。同时，氮化硅光芯片的加工能够完全兼容当下标准CMOS硅芯片工艺，并实现了低至0.01 dB/cm的线性损耗。2023年，我院刘骏秋团队报道了国际上首次超低损耗氮化硅集成光学技术的“工业级大规模量产”转化，基于6英寸晶圆成功得到厚度超过800 nm，光损耗低至0.02 dB/cm的氮化硅光芯片，良率接近100%。尽管近年来，人们期待超低损耗氮化硅波导用于芯片光量子信息调控的表现，但迄今尚无明确实验报道。

图2：基于微腔的光子对产生示意图。泵浦光进入微腔后通过非线性效应自发产生光子对；高品质因子微腔能够有效压窄所产生光子对线宽，并极大提升亮度。

深圳量子研究院为论文第一单位，南科大量子院硕士研究生陈睿扬及研究员罗弋涵为共同第一作者，罗弋涵研究员和刘骏秋研究员为通讯作者。本项研究工作的合作者还包括团队成员龙金宝研究员和沈晨研究员，以及中国科大联合培养博士生石宝奇。该研究得到了合肥国家实验室、国家自然科学基金、广东省重点实验室、深圳市科创局和深圳国际量子研究院的大力支持。