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北京大學(xué)物理學(xué)院“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”王劍威研究員和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組，與英國、丹麥、奧地利和澳大利亞的學(xué)者合作，實(shí)現(xiàn)了硅基集成光量子芯片上的多體量子糾纏和芯片-芯片間的量子隱形傳態(tài)功能，為芯片上光量子信息處理和計(jì)算模擬的應(yīng)用，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在國際頂級(jí)物理期刊Nature Physics(https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x)。 集成光量子芯片技術(shù)，結(jié)合了量子物理、量子信息和集成光子學(xué)等前沿學(xué)科，通過半導(dǎo)體微納加工制造高性能且大規(guī)模集成的光量子器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)光量子信息的高效處理、計(jì)算和傳輸?shù)裙δ堋Ｆ渲校霉杌矫婀獠▽?dǎo)集成技術(shù)的光量子芯片具有諸多獨(dú)特優(yōu)勢，包括集成度高、穩(wěn)定性好、編程操控性優(yōu)越和可單片集成核心光量子器件等，因此被認(rèn)為是一種實(shí)現(xiàn)光量子信息應(yīng)用的重要手段之一。 A. 硅基量子隱形傳態(tài)和多光子量子糾纏芯片的示意圖，左上角為集成量子光源的電子顯微鏡圖；B. 量子隱形傳態(tài)的量子線路圖；C. 量子糾纏互換的量子線路圖；D. GHZ糾纏制備的量子線路圖 北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與布里斯托爾大學(xué)、丹麥科技大學(xué)、奧地利科學(xué)院、赫瑞-瓦特大學(xué)和西澳大利亞大學(xué)科研人員密切合作，在硅基光量子芯片技術(shù)和應(yīng)用方面取得了突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種基于微環(huán)諧振腔的高性能集成量子光源，通過硅波導(dǎo)的強(qiáng)四波混頻非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了光子全同性優(yōu)于90%、無需濾波后處理的50%觸發(fā)效率的單光子對(duì)源，達(dá)到了對(duì)4組微腔量子光源陣列的相干操控，片上雙光子量子糾纏源的保真度達(dá)到了92%。團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵的可編程片上雙比特量子糾纏門，可以按照功能需要切換貝爾投影測量和量子比特焊接操作，通過量子態(tài)層析實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了高保真的雙比特糾纏操作。 研究團(tuán)隊(duì)在單一硅芯片上實(shí)現(xiàn)了高性能量子糾纏光源、可編程雙比特量子糾纏門，以及可編程單量子比特測量的全功能集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了三種核心量子功能模塊——芯片上四光子真糾纏、量子糾纏互換、芯片-芯片間的高保真量子隱形傳態(tài)。通過對(duì)兩對(duì)糾纏光子對(duì)進(jìn)行量子比特焊接操作，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)并判定了四比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 真量子糾纏的存在；通過對(duì)兩對(duì)糾纏光子中各一個(gè)光子進(jìn)行貝爾投影操作，實(shí)現(xiàn)了量子糾纏互換功能，使來自不同光子源的光子間產(chǎn)生了量子糾纏；利用兩個(gè)芯片間的量子態(tài)傳輸和量子糾纏分布技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)芯片間任意單量子比特的量子隱形傳態(tài)，達(dá)到了近90%的隱形傳態(tài)保真度。 團(tuán)隊(duì)研制的硅基多光子量子芯片尺寸僅占幾平方毫米，比傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法小了約5-6個(gè)數(shù)量級(jí)，不僅達(dá)到了器件的微型化，同時(shí)具備了單片全功能集成、器件編程可控、系統(tǒng)性能優(yōu)越等特點(diǎn)，其中量子隱形傳態(tài)保真度優(yōu)于已報(bào)道的其它物理實(shí)現(xiàn)方法。多體量子糾纏體系的片上制備與量子調(diào)控技術(shù)，為片上量子物理基礎(chǔ)研究和片上光量子信息處理傳輸、量子計(jì)算模擬的應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。

光梓科技是一家專業(yè)從事高速低功耗模擬光電子集成電路芯片的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。項(xiàng)目優(yōu)勢：1）高速低功耗模擬IC芯片在光模塊的應(yīng)用中有較大的成長空間且處于快速發(fā)展的階段。2）公司擁有自己獨(dú)特的多項(xiàng)專利技術(shù)，公司研發(fā)的CMOS全兼容高速低功耗光電子集成電路芯片目前處在全球領(lǐng)先水平，技術(shù)和產(chǎn)品的壁壘都很高。 3）與多個(gè)重量級(jí)客戶已建立深度溝通與合作機(jī)制，未來3年光梓科技的業(yè)績確定性較高，且每年保持高增速是大概率事件。4）國際化的團(tuán)隊(duì)。創(chuàng)始人史方博士和姜培教授長期在光電子集成電路領(lǐng)域耕耘多年，分別是成功企業(yè)家和技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的國際級(jí)專家。點(diǎn)擊上方按鈕聯(lián)系科轉(zhuǎn)云平臺(tái)進(jìn)行溝通對(duì)接！

利用大規(guī)模集成硅基納米光量子芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高維度光量子糾纏體系的高精度和普適化量子調(diào)控和量子測量。 （圖一）基于硅納米光波導(dǎo)的大規(guī)模集成光量子芯片(可實(shí)現(xiàn)對(duì)高維量子糾纏體系的高精度、可編程、且任意通用量子操控和量子測量)       集成光學(xué)量子芯片技術(shù)，基于量子力學(xué)基本物理原理，使用半導(dǎo)體微納加工工藝實(shí)現(xiàn)單片集成光波導(dǎo)量子器件（包括單光子源、量子操控和測量光路，以及單光子探測器等），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)量子信息的載體單光子進(jìn)行處理、計(jì)算、傳輸和存儲(chǔ)等。集成光學(xué)量子芯片具有集成度高、穩(wěn)定性高、性能好、體積小、制造成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，該技術(shù)被普遍認(rèn)為是一種實(shí)現(xiàn)光量子信息應(yīng)用的有效技術(shù)手段。      利用硅基納米光波導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光量子芯片具有諸多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，例如與傳統(tǒng)微電子加工工藝兼容、可集成度高、非線性效用強(qiáng)、以及工作波長與光纖量子通信兼容等。然而，迄今為止光量子芯片的復(fù)雜度僅限于小規(guī)模的演示，如集成少數(shù)馬赫-曾德干涉儀對(duì)光子態(tài)進(jìn)行簡單操控。因此，我們迫切需要擴(kuò)大集成量子光路的復(fù)雜性和功能性，增強(qiáng)其量子信息處理技術(shù)的能力，從而推進(jìn)量子信息技術(shù)的應(yīng)用。       相干且精確地控制復(fù)雜量子器件和多維糾纏系統(tǒng)是量子信息科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)難點(diǎn)。相對(duì)于目前普遍采用的二維體系量子技術(shù)，高維體系量子技術(shù)具有信息容量大、計(jì)算效率高、以及抗噪聲性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。最近，多維度量子糾纏系統(tǒng)已分別在光子、超導(dǎo)、離子和量子點(diǎn)等物理體系中實(shí)現(xiàn)。利用光子的不同自由度，如軌道角動(dòng)量模式、時(shí)域和頻域模式等，可以有效編碼和處理多維光量子態(tài)。然而，實(shí)現(xiàn)高保真度、可編程、及任意通用的高維度量子態(tài)操控和量子測量，依然面臨很多困難和挑戰(zhàn)。       針對(duì)上述問題，英國布里斯托爾大學(xué)、北京大學(xué)、丹麥技術(shù)大學(xué)、德國馬普研究所、西班牙光學(xué)研究所和波蘭科學(xué)院的科研人員密切合作，并取得了突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)了一種新型的多路徑加載高維量子態(tài)方式，即每個(gè)光子以量子疊加態(tài)的形式同時(shí)存在于多條光波導(dǎo)路徑，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高達(dá)15×15的高維量子糾纏系統(tǒng)。通過可控地激發(fā)16個(gè)參量四波混頻單光子源陣列，可以制備具有任意復(fù)系數(shù)的高維度量子糾纏態(tài)。通過單片集成通用型線性光路，可對(duì)高維量子糾纏態(tài)進(jìn)行任意操控和任意測量。因此，該多路徑高維量子方案具有任意通用性。與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)充分利用集成光路的高穩(wěn)定性和高可控性，實(shí)現(xiàn)了高保真度的高維量子糾纏態(tài)，如4、8和12維度糾纏態(tài)的量子態(tài)層析結(jié)果分別為96、87% 和 81%保真度，遠(yuǎn)超其他方式制備的高維量子糾纏態(tài)性能。       更重要的是，團(tuán)隊(duì)通過硅基納米光子集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了目前集成度最復(fù)雜的光量子芯片（圖一所示），單片集成550多個(gè)光量子元器件，包括16個(gè)全同的參量四波混頻單光子源陣列、93個(gè)光學(xué)移相器、122個(gè)光束分束器、256個(gè)波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)以及64個(gè)光柵耦合器，從而達(dá)到對(duì)高維量子糾纏體系的高精度、可編程、且任意通用量子操控和量子測量。       研究進(jìn)一步利用該高維光量子芯片技術(shù)，驗(yàn)證高維度量子糾纏系統(tǒng)的強(qiáng)量子糾纏關(guān)聯(lián)特性，包括普適化貝爾不等式和EPR導(dǎo)引不等式等，證明量子物理和經(jīng)典物理定律的重要區(qū)別。例如，對(duì)4維度量子糾纏態(tài)，實(shí)驗(yàn)觀察得到了2.867±0.014的貝爾參數(shù)，不僅成功違背經(jīng)典物理定律61.9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，而且超過普通二維糾纏體系的最大可到達(dá)值的2.8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。研究還首次實(shí)現(xiàn)高維量子系統(tǒng)的貝爾自檢測和量子隨機(jī)放大等新功能，例如，對(duì)3維度最大糾纏態(tài)和部分糾纏態(tài)的自檢測保真度約為76%，對(duì)14維以下糾纏態(tài)均實(shí)現(xiàn)了量子隨機(jī)放大功能。

太陽能作為一種潔凈和相對(duì)易于獲取的能源在未來的動(dòng)力產(chǎn)品中將占有越來越大的比份。如何發(fā)展高光電能量轉(zhuǎn)換效率、高可靠性和低成本的太陽能電池是目前太陽能利用領(lǐng)域所面臨的關(guān)鍵問題。相對(duì)于第一代和第二代太陽能電池(轉(zhuǎn)換效率<<50％)，各國科學(xué)家紛紛研究不同的應(yīng)用于第三代太陽能電池的新材料和新結(jié)構(gòu)，目標(biāo)是使光電轉(zhuǎn)換效率大于5 0％。近年來，一種具有微、納米量級(jí)特殊結(jié)構(gòu)的光伏材料成為太陽能電池的研究熱點(diǎn)。利用飛秒脈沖激光在極短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)激發(fā)出極大的峰值能量，其在硅片的相互作用過程中具有很強(qiáng)的非線性效應(yīng)，聚焦燒蝕硅表面很小的一塊面積，形成規(guī)則排列的微納米結(jié)構(gòu)。這種微納米結(jié)構(gòu)由于表面積增大，對(duì)入射光波有很大的吸收，且對(duì)光的敏感性提高了數(shù)百倍，這些性質(zhì)對(duì)我們提高光電轉(zhuǎn)換效率具有很大的指導(dǎo)意義。這種材料與本底未處理材料的性質(zhì)相比，材料帶隙減小，對(duì)光的敏感性提高了數(shù)百倍，這使得其對(duì)波長為250—2500 nm的入射光波有大于90％的吸收；另外，黑硅比傳統(tǒng)材質(zhì)的硅的比重低。這些奇特的光電和物理性質(zhì)能進(jìn)一步提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)光吸收效率，激子光量子效率，化學(xué)電勢效率以及填充因子計(jì)算總的光電轉(zhuǎn)換效率，普通硅基太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率只有1 5％，而基于微納結(jié)構(gòu)光伏材料的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率可望達(dá)到50%-60%。 針對(duì)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展在太陽能光伏技術(shù)方面的重大需求，發(fā)展利用超短脈沖激光制備具有優(yōu)異光電轉(zhuǎn)化效率的微納結(jié)構(gòu)光伏材料的新方法，以及通過探測光伏材料中非平衡載流子的能帶結(jié)構(gòu)及微分負(fù)電導(dǎo)等特性，探知光伏材料的光電轉(zhuǎn)換效率，從而篩選出轉(zhuǎn)換效率較高的微納結(jié)構(gòu)光伏材料，最終在發(fā)展新型、高效太陽能電池的新原理和新技術(shù)方面取得創(chuàng)新性突破，為我國研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效第三代光伏電池打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1. 痛點(diǎn)問題 激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。基于調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的激光雷達(dá)（FMCW Lidar）有著探測距離遠(yuǎn)、抗干擾和同時(shí)測速等優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的激光雷達(dá)。激光光源是FMCW激光雷達(dá)的核心器件之一，F(xiàn)MCW光源的調(diào)頻非線性會(huì)嚴(yán)重影響激光雷達(dá)的分辨率，導(dǎo)致有效工作距離縮短，阻礙激光雷達(dá)性能的提升。 2. 解決方案 本成果預(yù)期解決目前調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)（FMCW Lidar）中光源調(diào)頻非線性的問題。本成果提出一種基于硅基外腔芯片的窄線寬激光器，通過無源硅基外腔芯片反射波長中心頻率和反射相位的聯(lián)合調(diào)諧，可以實(shí)現(xiàn)高線性的激光輸出頻率調(diào)諧，其原理架構(gòu)與和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如圖1所示。從而突破了傳統(tǒng)FMCW光源直接通過電流調(diào)制進(jìn)行調(diào)頻導(dǎo)致的非線性限制，直接產(chǎn)生高線性連續(xù)調(diào)頻光信號(hào)。 合作需求 1、需要融資1800~2000萬元，完成研發(fā)實(shí)驗(yàn)室及一期生產(chǎn)線的建設(shè)，以及前期工程樣品的開發(fā)； 2、需要800平米左右萬級(jí)超凈廠房及配套辦公面積，希望有興趣的地區(qū)或者園區(qū)能夠提供優(yōu)惠的政策與支持； 3、歡迎FMCW激光雷達(dá)廠家及其它對(duì)FMCW光源有需求的客戶合作，聯(lián)合測試、共同開發(fā)； 4、歡迎在硅光設(shè)計(jì)、光有源、無源耦合及自動(dòng)化生產(chǎn)等方面的技術(shù)、管理專家加盟，共同打造激光雷達(dá)的中國光芯，共創(chuàng)美好未來。

研究團(tuán)隊(duì)利用能谷-贗自旋耦合原理，在絕緣層硅（SOI，silicon-on-insulator）上制備出能谷光子晶體平板。該拓?fù)涔鈱W(xué)結(jié)構(gòu)具有~40nm的特征尺寸，其光子模式（因工作于光錐以下）能夠較好地局域在平板內(nèi)，抑制了平板外損耗。他們制備了直線形、Z形和Ω形等三種拓?fù)涔鈱W(xué)通道，測量出高透平頂透射光譜帶，證實(shí)了近紅外波段下拓?fù)浔Ｗo(hù)的寬帶抗散射傳輸。采用硅微盤技術(shù)產(chǎn)生相位渦旋源，無需低溫和強(qiáng)磁等極端環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了拓?fù)浣缑鎽B(tài)的選擇性激發(fā)，實(shí)現(xiàn)了亞微米量級(jí)耦合長度的寬帶光子路由行為，驗(yàn)證了能谷-贗自旋耦合等拓?fù)涔鈱W(xué)原理。?在硅基平臺(tái)上證實(shí)拓?fù)涔庾訉W(xué)原理，是目前國際學(xué)術(shù)前沿的聚焦度較高的領(lǐng)域之一。研究團(tuán)隊(duì)過去在拓?fù)涔庾訉W(xué)原理方面的工作，多次引起國際同行關(guān)注，論文入選ESI高被引。該工作中，他們深入系統(tǒng)地發(fā)展出硅基拓?fù)涔鈱W(xué)等關(guān)鍵理論，攻克了數(shù)十納米加工工藝等關(guān)鍵技術(shù)，率先在硅基光子平臺(tái)與拓?fù)涔庾訉W(xué)之間建立了聯(lián)系，突破了單一自由度調(diào)控的傳統(tǒng)框架，提出了硅基中多自由度耦合的多維調(diào)控新機(jī)制，為微納光學(xué)與光子學(xué)、光二極管等關(guān)鍵光子芯片器件、混合集成光子學(xué)、高保真光量子信息光學(xué)、非線性光學(xué)等領(lǐng)域，提供了新方法和新思路。

郭國平教授、李海歐教授等人與中科院物理所張建軍研究員、紐約州立大學(xué)布法羅分校胡學(xué)東教授以及本源量子計(jì)算有限公司合作，在硅基鍺空穴量子點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)了自旋軌道耦合強(qiáng)度的高效調(diào)控，為該體系實(shí)現(xiàn)自旋軌道開關(guān)以及提升自旋量子比特的品質(zhì)提供了重要的指導(dǎo)意義。

近年來,半導(dǎo)體光源正以新型固體光源的角色逐步進(jìn)入照明領(lǐng)域。由于半導(dǎo)體照明具有高效、節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長、響應(yīng)速度快、耐振動(dòng)、易維護(hù)等顯著優(yōu)點(diǎn),所以在國際上被公認(rèn)為最有可能進(jìn)入通用照明領(lǐng)域的新型固態(tài)冷光源。隨著其價(jià)格的不斷降低,發(fā)光亮度的不斷提高,半導(dǎo)體光源在照明領(lǐng)域中展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景。業(yè)界普遍認(rèn)為,半導(dǎo)體燈取代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈,是大勢所趨。而半導(dǎo)體發(fā)光二極管（Light Emitting Diode , 簡稱LED）被認(rèn)為是最有可能進(jìn)入普通照明領(lǐng)域的一種綠色照明光源，按固體發(fā)光物理學(xué)原理,LED發(fā)光效率能近似100 % ,并具有工作電壓低、耗電量小、發(fā)光效率高、響應(yīng)時(shí)間極短、光色純、抗沖擊、性能穩(wěn)定可靠及成本低等優(yōu)點(diǎn),因此被譽(yù)為21 世紀(jì)新光源,有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源。雖然LED具有以上的很多優(yōu)點(diǎn)，但是發(fā)光效率和使用壽命仍是制約其普及應(yīng)用的主要因素。 目前國內(nèi)大多致力于LED外部封裝結(jié)構(gòu)的研究，而公司里多采用進(jìn)口芯片，如cree芯片，再在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行外部封裝結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。而即便是散熱好，壽命長，取光效率比較好的封裝結(jié)構(gòu)，國內(nèi)所能達(dá)到的水平也就是剛剛超出100lm/w。主要原因在于其封裝材料的選擇和封裝結(jié)構(gòu)的不合理性，浪費(fèi)了芯片的出射光，從而降低了取光效率。而國外LED不僅在外部封裝結(jié)構(gòu)，而且在芯片方向都明顯優(yōu)于國內(nèi)水平，所以基本壟斷國內(nèi)LED的市場，尤其對(duì)于功率型白光LED的壟斷相當(dāng)嚴(yán)重。而這些高亮度半導(dǎo)體LED芯片生產(chǎn)技術(shù)掌握在以美國Cree和Lumileds、日本的Nichia和Toyoda Gosei，以及歐洲的Osram等為首的少數(shù)大公司手中。 現(xiàn)在功率型白光LED 的光效已提高到80～100lmPW,而真正能夠取代白熾燈和熒光燈進(jìn)入通用照明市場,其光效需要達(dá)到150lm/ W。這一方面要求在芯片的制作上不斷提高LED 的量子效率,同時(shí)還要求在LED 的封裝及燈具的設(shè)計(jì)制作過程中盡可能提高出光效率。現(xiàn)有的LED出光效率低的原因之一是，LED芯片的折射率較高，LED發(fā)出的光在出射芯片的時(shí)候，有相當(dāng)一部分光被芯片與外界（環(huán)氧樹脂）的界面反射。本產(chǎn)品是通過特殊鍍膜方法，使LED芯片出光效率提高了10%。可以有效的增加LED的使用壽命，達(dá)到2萬小時(shí)以上，而且可以使發(fā)光效率達(dá)到120lm/w到160lm/w。擁有這樣長壽命和高出光效率的白光LED，必將引領(lǐng)整個(gè)照明市場，必將產(chǎn)生豐厚的利潤，具有非常好的發(fā)展前景。

1.本外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品的名稱：LED 芯片高速自動(dòng)分選機(jī)。2.本外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用途：用于對(duì) LED 芯片執(zhí)行自動(dòng)分選的裝置。3.本外觀設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：分選機(jī)的整體形狀和圖案，及其操控鍵的形狀和分布。4.最能表明設(shè)計(jì)要點(diǎn)的圖片或者照片：立體圖。5.該裝置的頂面和底面未涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)要點(diǎn)且不常見，故省略俯視圖和仰視圖。

超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心,廣泛應(yīng)用于寬帶通信、數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)、軟件無線電、射頻消費(fèi)類電子等領(lǐng)域,是國外長期禁運(yùn)的核心電子元器件。