光子量子芯片被广泛视为实现光学量子信息技术实际部署的关键路径。当今主流光子量子芯片通常依赖通过非线性光学过程生成的概率单光子源，但光子的某些概率特性会导致发射效率较低，并使多光子量子比特的制备极具挑战性。
相比之下，固态原子具有原子状的两能级结构，能够实现确定性且高效的单光子发射——这是芯片上多光子量子比特生成的理想基础。然而，固态量子发射器面临重大障碍，包括非均匀谱展宽和缺乏高效的混合集成技术，限制了其在大规模片上集成和量子网络中的潜力。
为应对这些挑战，中国科学院上海微系统与信息技术研究院（SIMIT）联合中山大学和中国理工大学开发了一种混合集成光子量子芯片，结合了确定性固态原子单光子源（半导体量子点）与低损耗铌酸锂薄膜。他们引入了一种新的片上局部应力工程方法，该方法通过铁电域工程在锂铌酸盐薄膜中实现，实现了量子点发射光谱的广域、高动态和可逆微调。
团队还推进了高精度“微转印”混合集成方法，精度达纳米级，实现了多达20个确定性量子点单光子源的同步芯片集成和光谱调谐。基于材料功能和混合芯片架构的创新，研究人员展示了空间分离的量子点单光子发射体之间的片上量子干涉——这是迈向可扩展片上量子网络的重要里程碑。
通过将自组装量子点与铌酸锂——这两种在光学研究中具有显著优势的量子材料——结合起来，团队解决了可扩展多光子态生成这一长期挑战。他们的微转印工艺使得将20个确定性量子发射体集成到低损耗的铌酸锂光子芯片上，构建了迄今为止报道的最大混合集成光子量子芯片，基于量子点确定性单光子源。
为克服固态发射体如量子点和金刚石色中心固有的非均匀光谱展宽，团队引入了基于铁电域工程的直流电压驱动局部应力调谐技术，应用于铌酸锂薄膜。该方法集成了五项关键能力：片上兼容性、宽范围调谐性、低温（4 K）运行、超低功耗（毫瓦级）以及完全可逆性。除了扩展铌酸盐锂在电光调制和表面声波中的传统作用外，该方法还为片上量子控制开辟了新途径，并为新兴铁电薄膜（包括钛酸钡和钛酸锶）提供了技术指导。
通过连接两种量子材料——自组装量子点和铌酸锂——这项工作，为光子量子芯片的扩展建立了新的技术路径。已验证的集成密度可达到每毫米67个量子发射体，使厘米级芯片能够承载超过1000个量子通道。每个通道的局部应力控制只需微瓦级功率，相比毫瓦级热光调谐，功率降低了三个数量级。硅光子学。其低温兼容性和超低功耗还使得与超导纳米线单光子探测器无缝集成。
展望未来，团队计划利用铌酸锂的高速电光特性实现片上快速光子路由和纠缠分布，为容错线性光学量子计算和可扩展量子互联网架构铺平道路。
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