量子信息为信息的产生、传递和处理提供了超越经典方法的全新范式，正在推动对人类信息社会新一轮的变革。光子由于其极佳的量子相干性，能够在常温下有效抵抗外界环境扰动，因此是量子信息最重要的载体之一。基于对光子的调控，人们证实了量子计算优越性，并建立了城际量子通讯网络。然而，迄今大规模光量子信息处理系统均基于自由空间光学或光纤光学构建，其可扩展性仍面临较大挑战。

集成光学作为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，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。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。超低损耗氮化硅波导为这一应用场景提供了极佳的解决方案。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。针对这一广泛关注的问题，刘骏秋团队从窄线宽量子光源的构建切入，设计加工了用于此的高品质微腔，其本征品质因子超过10⁷。通过腔内自发四波混频，研究团队制备出线宽低至25.9 MHz的光子对，这是芯片集成窄线宽量子光源首次达到原子跃迁线量级。与此同时，由于微腔带来的非线性效应增强，该光源亮度也打破了目前硅基集成光源最高纪录。

一方面，该窄线宽集成量子光源使得片上紧凑高效的光子-原子界面构建成为可能，对于基于量子中继器的量子互联网大规模部署具有重要意义。另一方面，该工作首次以实验宣示了工业级量产超低损耗氮化硅波导在集成光量子调控方面的巨大潜力，为大规模集成光量子信息调控的发展奠定了坚实基础。

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R. Chen et al, Ultralow-Loss Integrated Photonics Enables Bright, Narrowband, Photon-Pair Sources, Phys. Rev. Lett. 133.083803 (2024).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083803

内容来源：深圳国际量子研究院