4月18日，記者從電子科技大學信息與量子實驗室獲悉，近日，該實驗室研究團隊與清華大學、中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所合作，在國際上首次研制出氮化鎵量子光源芯片，這也是電子科技大學“銀杏一號”城域量子互聯(lián)網(wǎng)研究平臺取得的又一項重要進展，相關(guān)成果發(fā)表在《物理評論快報》上。

據(jù)了解，量子光源芯片是量子互聯(lián)網(wǎng)的核心器件，可以看作點亮“量子房間”的“量子燈泡”，讓互聯(lián)網(wǎng)用戶擁有進行量子信息交互的能力。

研究團隊通過迭代電子束曝光和干法刻蝕工藝，攻克了高質(zhì)量氮化鎵晶體薄膜生長、波導側(cè)壁與表面散射損耗等技術(shù)難題，在國際上首次將氮化鎵材料運用于量子光源芯片。

目前，量子光源芯片多使用氮化硅等材料進行研制，與之相比，氮化鎵量子光源芯片在輸出波長范圍等關(guān)鍵指標上取得突破，輸出波長范圍從25.6納米增加到100納米，并可朝著單片集成發(fā)展。

“這意味著，‘量子燈泡’可以點亮更多房間。”電子科技大學基礎(chǔ)與前沿研究院教授、天府絳溪實驗室量子互聯(lián)網(wǎng)前沿研究中心主任周強解釋，通過為量子互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供更多波長資源，可以滿足更多用戶采用不同波長接入量子互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的需求。

就在一個多月前，該團隊將光纖通信波段固態(tài)量子存儲的容量提升至1650個模式數(shù)，突破了該領(lǐng)域的世界紀錄。接連的研究進展，將進一步為大容量、長距離、高保真量子互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供關(guān)鍵器件基礎(chǔ)。

另據(jù)川觀新聞報道，周強告訴記者，量子光源作為量子信息載源，是量子互聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的重要組成部分。當前，國際上的量子光源研究正處于快速發(fā)展階段，各種新穎的技術(shù)路線和材料平臺不斷涌現(xiàn)?！敖陙恚⌒突?、器件化的可集成量子光源成為該領(lǐng)域的研究熱點，我們也想有所突破。”

“龍光學”—量子糾纏產(chǎn)生過程。龍象征氮化鎵環(huán)，其中一條龍吸收泵浦光子（左），另一條龍發(fā)射糾纏光子（右）。受訪者供圖

一幅“二龍戲珠”的示意圖，用以解釋該器件中產(chǎn)生量子糾纏的物理過程：在微環(huán)器件上，左邊的“龍”吸收泵浦激光光子，右邊的“龍”發(fā)射出糾纏光子。圖中，兩條“龍”圍起一個圓環(huán)，象征著實驗中的微環(huán)器件，其選用的材料就是氮化鎵。這是國際上首次將氮化鎵材料運用于量子光源芯片的研制。

氮化鎵在科學界并不是“籍籍無名”。2014年，諾貝爾物理學獎頒發(fā)給三位科學家，以表彰他們發(fā)明藍色發(fā)光二極管（LED），并因此帶來新型的節(jié)能光源，而氮化鎵正是制作藍光二極管的材料。

作為第三代半導體材料，氮化鎵具有高非線性系數(shù)和寬透明窗口。經(jīng)典物理中大放異彩的材料，是否能夠用于量子信息時代？

周強團隊發(fā)現(xiàn)，通過合理設(shè)計波導結(jié)構(gòu)，氮化鎵可以實現(xiàn)量子糾纏光子的產(chǎn)生，而微環(huán)結(jié)構(gòu)可用于增強光場與物質(zhì)的相互作用，因此可利用氮化鎵微環(huán)的非線性過程和場增強效應(yīng)制備高性能的量子光源。

在不斷“追新”之路上，他們離量子互聯(lián)網(wǎng)又近了一點點。