摘要：近日，电子科技大学教授、天府绛溪实验室量子互联网前沿研究中心主任周强，正式发布了全球首个氮化镓量子光源芯片。这一突破性成果标志着中国在量子科技领域迈出了重要一步，为量子互联网的发展提供了关键硬件支撑。

氮化镓量子光源芯片有望在2026年实现多场景技术验证。

近日，电子科技大学教授、天府绛溪实验室量子互联网前沿研究中心主任周强，正式发布了全球首个氮化镓量子光源芯片。这一突破性成果标志着中国在量子科技领域迈出了重要一步，为量子互联网的发展提供了关键硬件支撑。

量子光源是能产生指定量子态光的光子源，是量子光学系统的关键要素。一般来说，量子通信网络结构需要单光子态和纠缠光子态，它们可以通过单光子发射器确定性地获得，也可以通过参数非线性过程概率性地获得。目前主流的光量子平台是将光子器件集成在芯片上，这些平台紧凑、稳定，且单个芯片上能容纳和排列许多元件。

据介绍，此次发布的氮化镓量子光源芯片的实际尺寸仅有0.14平方毫米，但其发光范围、出射亮度、纠缠质量等关键指标均处于国际先进水平。

值得注意的是，该芯片攻克了高质量氮化镓晶体薄膜生长、波导侧壁与表面散射损耗等技术难题，在国际上首次运用氮化镓材料，使芯片的输出波长范围从25.6纳米增加到100纳米，并朝着单片集成方向发展。

为了制造氮化镓量子光源，研究团队首先在蓝宝石基底上生长了一层氮化镓薄膜，然后在氮化镓薄膜上，蚀刻了一个直径为 120μm 的环形结构。这个环形结构允许光子（光的粒子）在环内传播，类似于声波在回音廊弯曲墙面上的传播方式。研究人员还在环形结构旁边蚀刻出一条波导，用于传输红外激光。波导是一种用于限制和引导光波或电磁波传播的物理结构，能够有效地传输光信号而不会使光波散失到周围环境中。

氮化镓量子光源芯片的制备基础是高品质因子和低损耗微腔的研制，其关键在于高晶体质量的氮化镓薄膜制备以及氮化镓波导的刻蚀工艺。蓝宝石衬底与氮化镓两种不同的晶体要“生活”在一起，容易产生晶格失配这样的“摩擦”，难以生成高质量氮化镓薄膜。为减少薄膜的缺陷，提高其晶体质量，研究团队加入了一个“缓冲层”，最终获得用于此次量子光源研制的高晶体质量氮化镓薄膜。

周强教授表示，包括氮化镓量子光源芯片在内的量子产品有望在2026年实现多场景技术验证。

传统互联网主要依赖数学加密算法保障安全，而量子光源芯片带来的物理加密方式，从根本上解决了这一问题。“量子不可克隆性确保了任何试图窃听或篡改传输信息的行为，都会被立即发现”，周强教授解释称，“这就好比给信息传输加上了‘量子盾牌’，为信息安全构建起最高级别的防护体系。”

当全球科研团队聚焦氮化硅材料攻坚量子光源时，周强研究团队开启了一条创新赛道。“氮化镓材料被广泛应用于LED灯中。我们现在做的量子光源瞄准的是量子互联网产业方向，它也需要光源来实现量子信息的传输，我们就是结合现有的氮化镓光源技术，在量子光源方面做了一次科学的探索和突破。”

周强教授表示：“氮化镓量子光源芯片，可以通俗地理解成量子互联网的‘心脏’。就像现在互联网需要服务器和光纤来传输数据，量子互联网也需要量子光源来产生和传递量子信息。而我们的芯片，就是量子信息网络的‘心脏’，为整个系统提供信息源泉。”

氮化镓量子光源芯片的发布为量子通信和算力支撑等领域带来了巨大潜力。在量子通信层面，其特有的物理属性可将信息安全等级提升至量子维度，为金融、政务等敏感数据传输构筑“量子护城河”；在算力支撑方面，氮化镓材料中蕴含的量子资源使芯片能承载更复杂的量子算法，为人工智能、生物医药等领域的算力瓶颈提供破局可能。

周强教授特别指出，正如人工智能发展依赖通信、算力、传感三大基础架构，量子互联网将在每个环节实现技术迭代——量子通信确保信息安全，量子计算突破算力瓶颈，量子传感提升信息获取精度，形成三位一体的新一代信息基础设施。

据悉，周强及其团队研发由铌酸锂材料制作而成的量子光源，已批量应用在“银杏一号”量子互联网实验系统中；而另一款新近研制成功的量子光源器件，更是可以实现加电直接输出量子纠缠光子对的功能，体积更小巧、性能更可靠。

氮化镓量子光源芯片的发布不仅是中国在量子科技领域的重要突破，也为全球量子技术的发展提供了新的思路。随着技术的不断成熟和应用场景的拓展，氮化镓量子光源芯片有望在更多领域发挥重要作用，为人类社会带来更安全、更高效的通信和计算解决方案。

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来源：半导体产业纵横