北京
杨雨鑫 中青报·中青网记者 杨宝光
一束光，能被存进一枚芯片吗？对这个问题，北京理工大学“量光芯储”团队经过5年攻关给出了答案。
“十五五”规划纲要提到，“构建天地一体化量子通信网络，研制可容错的通用量子计算机和可扩展的专用量子计算机，突破量子精密测量关键技术”。
面对AI时代日益增长的计算需求，量子技术成为突破传统计算机算力局限的重要探索方向。如果说，量子计算是探索新的计算能力，那么量子网络则试图让分散的量子设备连接起来、协同工作。当不同量子设备需要信息交换时，让光所携带的量子态在需要时被保存、读取，是量子网络建设的关键。
北京理工大学“量光芯储”团队首创稀土掺杂材料与传统硅光材料相结合的技术，成功适配成熟CMOS工艺（记者注：CMOS指互补金属氧化物半导体，是现代集成电路制造广泛采用的成熟技术体系。），顺利产出高集成度的光量子存储芯片。
“谈到量子通信、量子计算，大家常常先问，未来能算得多快、信息能传多远。我们关心的是，在这些设想实现之前，需要哪些器件先做出来。哪怕只是让一个量子态多保存一会儿、让一次读取更可靠，都要面对很具体的物理问题。”“量光芯储”团队负责人、北京理工大学博士生钱龙解释。
把量子存储搬上芯片，难题并不只是把器件缩小。钱龙告诉记者，这个难题就像在面积有限的房子里安排房间，如果空间分配不合理，真正需要使用的地方反而得不到充分利用。
为解决难题，团队重新规划光在芯片里的“房间”。他们将稀土掺杂存储材料与硅光结构结合，引入连续谱束缚态（BIC）的设计思路，设计波导结构（记者注：连续谱束缚态是一种特殊的光场局域现象，可以使光受到有效约束；波导是一种能够引导光沿特定路径传播的微纳结构，可以减少光的传播损耗）。“这相当于重新调整一套房子的内部布局，让更多光进入承担存储任务的‘工作间’，同时尽量减少它在‘走廊’里流失。通过这样的结构创新，为量子态的保存创造更好的条件。”“量光芯储”团队指导教师、北京理工大学教授陈宇辉说。
从设计图纸到芯片实物，制造工艺是必须跨越的难关。北京理工大学先进光电量子结构设计与测量实验室为团队开展结构设计、芯片制备和低温测试提供了实验平台。经过五年科研攻坚，团队设计的新结构使存储材料区域的光场能量占比由约10%提高至约50%，相当于让5倍的光进入承担存储任务的“工作间”；同时，浪费在“走廊”里的光降至原来的1/10。团队相关研究成果已发表于《Science Advances》《Nature Communications》《Physical Review Letters》等国际顶级期刊。
“实验室里的指标很重要，但我们更关心芯片接到实际设备后，能不能稳定工作、能不能解决组网中的同步问题。”“量光芯储”团队成员王昱璋谈到项目推进时说，“我们希望把这些问题带回实验室，让下一轮设计更贴近实际需求，能让别人接得上、用得稳。这样量子存储才能从实验室走向真实系统。”
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