美国波士顿大学、加州大学伯克利分校和西北大学的联合团队成功开发出全球首个电子—光子—量子一体化芯片系统，首次在一块芯片上集成了量子光源与稳定控制电子电路，并采用了标准的45纳米半导体制造工艺。这项突破性进展为批量化生产“量子光工厂”芯片、构建大规模量子系统奠定了基础，标志着在可扩展量子技术发展中迈出了关键一步，证明了在商用半导体工厂中构建可重复、可控量子系统的可行性。该芯片通过集成主动控制系统，实时稳定调控产生光子的微环谐振器，以应对温度变化和制造误差，确保光子对的稳定产生，为未来的安全通信、先进传感和量子计算基础设施提供了重要支撑。

💡 **集成创新：** 该芯片系统首次实现了量子光源与稳定控制电子电路在一块芯片上的集成，并且采用了标准的45纳米半导体制造工艺，这使得在商用半导体工厂中构建可重复、可控的量子系统成为可能，为可扩展量子技术的发展奠定了关键基础。

🏭 **“量子光工厂”：** 团队在硅芯片上构建了微小的“量子光工厂”，每个仅约1毫米见方，能够稳定产生成对相关光子，这是量子信息应用的核心资源。这些光子源能够稳定地产生光子对，为量子运算、通信或感知提供必要的“量子光”资源。

🛡️ **主动稳定控制：** 为解决光子器件对温度变化和制造误差的敏感性问题，研究人员在芯片内部集成了主动控制系统。通过在谐振器内部嵌入光电探测器，实时监测与激光的匹配状态，并利用片上加热器和控制逻辑电路进行自动微调，确保光子对的稳定产生。

📏 **CMOS兼容设计：** 核心挑战之一是将光子器件设计限制在商业CMOS平台的严格规范内，同时保持优异的量子光学性能。该芯片采用了标准的45纳米CMOS平台，并从设计之初就将电子与量子光学作为统一系统进行协同设计，实现了内建反馈稳定机制，有效应对了干扰。

🚀 **未来应用前景：** 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、先进传感设备以及未来量子计算基础设施的关键构建单元，推动相关领域的技术革新。

科技日报北京7月16日电（记者张佳欣）据最新一期《自然·电子学》杂志报道，美国波士顿大学、加州大学伯克利分校和西北大学团队联合，开发出全球首个电子—光子—量子一体化芯片系统。这是首次在一块芯片上集成了量子光源与稳定控制电子电路，并采用标准的45纳米半导体制造工艺。其为批量化生产“量子光工厂”芯片、构建大规模量子系统奠定了基础。

?

团队表示，在可扩展量子技术的发展历程中，这是关键一步，它表明人们可以在商用半导体工厂中构建可重复、可控的量子系统。

就像传统电子芯片依赖电流、光通信系统依赖激光，未来的光量子技术也需要稳定的“量子光”资源来实现运算、通信或感知。为此，研究人员在硅芯片上构建了一组“量子光工厂”，每个仅约1毫米见方，却能稳定产生成对相关光子，这是量子信息应用的关键资源。

要使这些谐振器稳定地产生光子对，必须确保它们与注入的激光保持高度同步。而且器件对温度变化和制造误差极为敏感，稍有偏差就可能导致整个系统失效。

团队的解决方案是在芯片内部集成主动控制系统，对产生光子的微环谐振器进行实时稳定调控。每块芯片包含12个这样的光子源，每个都需在温度波动和相互干扰下保持高精度同步运行。研究人员在谐振器内部嵌入了光电探测器，能实时监测其与激光的匹配状态，并通过片上加热器和控制逻辑电路，自动微调共振条件，以确保光子对稳定产生。

此次一个关键挑战是，在保持量子光学性能的同时，把光子器件设计限制在商业互补金属氧化物半导体（CMOS）平台的严格规范之内。这要求团队从一开始就将电子与量子光学作为统一系统进行协同设计。而该芯片采用了标准的45纳米CMOS平台，具备内建反馈稳定机制，能有效应对温度变化与制造误差带来的干扰。

随着量子光子系统规模与复杂度不断提升，此类“量子光工厂”芯片有望成为安全通信网络、先进传感设备乃至未来量子计算基础设施的关键构建单元。