利用光纖陣列發出激光的光學芯片。圖片來源：美國科羅拉多大學博爾德分校

  科技日報北京12月15日電（記者張佳欣）美國科羅拉多大學博爾德分校與(yu) 桑迪亞(ya) 國家實驗室聯合研究團隊研製出一種超微型光學相位調製器，其尺寸幾乎隻有人類發絲(si) 直徑的百分之一，卻能以極低功耗、極高精度操控激光頻率，為(wei) 未來大規模量子計算機提供核心支撐。相關(guan) 成果發表於(yu) 新一期《自然·通訊》。

  在當前主流的離子阱和中性原子阱量子計算方案中，量子信息存儲(chu) 於(yu) 單個(ge) 原子中。為(wei) 了操控這些量子比特，研究人員需要通過高度穩定、頻率精確的激光束，與(yu) 每一個(ge) 原子“對話”，向它們(men) 下達執行計算的指令。每一束激光的頻率往往需要精確到十億(yi) 分之一甚至更高，這對光學調製器提出了極高要求。

  然而，現有頻率調製通常依賴體(ti) 積龐大的桌麵級電光調製器，不僅(jin) 功耗高、發熱大，而且難以擴展到成千上萬(wan) 條光學通道，成為(wei) 製約量子計算規模化的關(guan) 鍵瓶頸。

  此次研發的新型光學相位調製器，利用每秒振蕩數十億(yi) 次的微波頻率振動，對激光相位進行精確控製，從(cong) 而在芯片上高效產(chan) 生穩定的新激光頻率。實驗顯示，該器件在實現相同功能的情況下，微波功耗僅(jin) 為(wei) 多種商用調製器的約1/80。

  更低的功耗意味著更少的發熱，使得更多光學通道可以緊密排列，甚至集成在同一塊芯片上。在此基礎上，研究人員能夠對大量原子所需的激光頻率和相位進行統一而精確的協調控製，形成一種強大且可擴展的原子操控係統，正是這些複雜而精密的操作，支撐著量子計算的實現。

  這一器件並非實驗室“定製品”，而是完全采用CMOS工藝在晶圓廠中製造。CMOS是現代芯片產(chan) 業(ye) 最成熟、最具規模化能力的製造技術，廣泛應用於(yu) 手機、計算機和各類電子設備中。

  這一成果有望推動光學技術從(cong) 體(ti) 積龐大、能耗高的傳(chuan) 統光學器件，邁向高度集成、低功耗的光子芯片平台。