中国团队研制出世界首个氮化镓量子光源芯片

4月18日，据《科技日报》报道，电子科技大学信息与量子实验室研究团队与清华大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所合作，在国际上首次研制出氮化镓量子光源芯片，这也是电子科技大学“银杏一号”城域量子互联网研究平台取得的又一项重要进展。

该成果以“Quantum Light Generation Based on GaN Microring toward Fully On-Chip Source”为题，发表在国际著名学术期刊《物理评论快报》上，并被选为“物理亮点”进行重点宣传报道，天府绛溪实验室为署名单位之一。

图自：Physical Review Letters官网

量子互联网以其独特的“量子隐形传态”和“量子离物传态”原理，在信息传递方面具有传统互联网所无法比拟的优势，如信息传输的安全性更高、信息获取的准确性更强、信息处理的速度更快等。

据了解，量子光源芯片是量子互联网的核心器件，可以看作点亮“量子房间”的“量子灯泡”，让互联网用户拥有进行量子信息交互的能力。

目前，量子光源芯片多使用氮化硅等材料进行研制，与之相比，氮化镓量子光源芯片在输出波长范围等关键指标上取得突破，输出波长范围从25.6纳米增加到100纳米，并可朝着单片集成发展。

氮化镓量子光源芯片的制备基础是高品质因子和低损耗微腔的研制，其关键点在于高晶体质量的氮化镓薄膜制备以及氮化镓波导的刻蚀工艺。 

其中，蓝宝石衬底，是量子光源芯片的“底座”，氮化镓需要在上面“安家”“生长”。但两种不同的晶体要“生活”在一起，容易产生晶格失配这样的“摩擦”，难以生成高质量氮化镓薄膜。为减少薄膜的缺陷，提高其晶体质量，他们在研究中加入了一个“缓冲层”，最终获得了用于此次量子光源研制的高晶体质量氮化镓薄膜。 

研究团队通过迭代电子束曝光和干法刻蚀工艺，攻克高质量氮化镓晶体薄膜生长、波导侧壁与表面散射损耗等技术难题，成功获得了低损耗氮化镓光波导和百万品质因子的氮化镓光学微腔，在国际上首次将氮化镓材料运用于量子光源芯片。

“这意味着，‘量子灯泡’可以点亮更多房间。”电子科技大学基础与前沿研究院教授、天府绛溪实验室量子互联网前沿研究中心主任周强解释，通过为量子互联网的建设提供更多波长资源，可以满足更多用户采用不同波长接入量子互联网络的需求。

就在一个多月前，该团队将光纤通信波段固态量子存储的容量提升至1650个模式数，突破了该领域的世界纪录。接连的研究进展，将进一步为大容量、长距离、高保真量子互联网的建设提供关键器件基础。

另据川观新闻报道，周强告诉记者，量子光源作为量子信息载源，是量子互联网中不可或缺的重要组成部分。当前，国际上的量子光源研究正处于快速发展阶段，各种新颖的技术路线和材料平台不断涌现。“近年来，小型化、器件化的可集成量子光源成为该领域的研究热点，我们也想有所突破。” 

该研究工作得到了国家科技创新2030重大项目、国家自然科学基金以及四川省科技计划等多项资助，并在国际知名学术期刊《物理评论快报》上发表，被选为“物理亮点”进行重点宣传报道，进一步彰显了电子科技大学在量子互联网领域的国际影响力。