波士顿大学、加州大学伯克利分校和西北大学的团队联合开发了全球首款电子-光子-量子集成芯片系统。于7月14日，以《Scalable feedback stabilization of quantum light sources on a CMOS chip》为题，发布于Nature Electronics。这是首次利用标准45纳米半导体制造工艺，将量子光源与稳定的电子控制电路集成于单一芯片之上。

       这一成果为“量子光工厂”芯片的量产和大规模量子系统的建设奠定了坚实基础。这标志着可扩展量子技术发展的关键一步，表明商业半导体代工厂可以构建可重复且可控的量子系统。

       正如传统电子芯片依赖电流，光通信系统依赖激光，未来的光子量子技术需要稳定的量子光源用于计算、通信和传感。因此，研究人员在硅芯片上构建了一系列“量子光工厂”作为量子信息应用的关键资源，每个“量子光工厂”仅约1平方毫米，能够可靠地产生成对的关联光子。

       为确保谐振器稳定地产生光子对，它们必须与注入的激光器保持高度同步。这些设备对温度波动和制造缺陷极为敏感，任何轻微的偏差都可能导致系统故障。研究团队的解决方案是将主动控制系统直接集成到芯片上，以实时稳定和调整生成光子的微环谐振器。每个芯片包含12个此类光子源，每个光子源在温度变化和相互干扰的情况下仍需保持精确同步。研究人员在谐振器内部嵌入光探测器，以持续监测其与激光的共振状态。这与芯片上的加热器和控制逻辑电路相结合，可自动微调共振条件，确保光子对的稳定生成。

       该项目的一个主要挑战是在遵守商业互补金属氧化物半导体（CMOS）平台的严格设计限制的同时保持量子光学性能。这需要采用协同设计方法，将电子学和量子光子学视为一个统一的系统。该芯片基于标准 45 nm CMOS 平台构建，具有内置反馈稳定机制，可有效减轻温移和制造错误引起的干扰。随着量子光子系统规模和复杂性的不断提升，此类“量子光工厂”芯片有望成为安全通信网络、先进传感技术及未来量子计算基础设施的关键组件。

                                                                                                                                                               发布日期：2025年7月23日

                                                                                                                                                                         来源： 光子盒