硅光子技术是目前最具可扩展性的量子光子系统平台，利用互补金属氧化物半导体complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS)的半导体制造技术，有望批量制造，并实现量子信息处理所需的大量物理量子比特，从而使产生和调控光的量子态光学设备微型化。
然而，实际硅量子光子集成电路的发展，面临着与工艺和温度变化的高灵敏度、自由载流子和自热非线性以及热串扰相关的挑战。庞大的片外电子设备，已经部分解决了这些问题，但这牺牲了芯片级平台的许多优势。
今日，加利福尼亚大学伯克利分校Danielius Kramnik，波士顿大学Imbert Wang，西北大学Anirudh Ramesh等，在Nature Electronics上发文，报道了一种电子-光子量子系统芯片，主要由通过芯片反馈控制电路稳定的量子相关光子对源组成，并在商业45-nm CMOS微电子晶圆厂中制造。在可调微环腔光子对源中，利用非侵入式光电流传感器，将其锁定到固定波长的泵浦激光器，同时在量子领域工作，从而实现了基于微环的大规模量子系统。
研究还表明，这些光子源保持稳定的量子特性，并在实际设置中可靠地运行，许多相邻的光子对源，在同一芯片上产生热扰动。电子学和光子学的这种密集集成技术，以用于CMOS制造的芯片，实现量子信息处理所需的规模，进而实现和控制量子光子系统。
该项研究，基于商用45纳米CMOS工艺的电子-光子量子系统芯片，实现了可扩展量子光源的片上稳定。通过创新的非侵入式光电流传感技术，在高Q值硅微环谐振腔内，实时监测光子对生成状态，并利用集成加热器动态调节谐振波长，将12个光子对源锁定至同一泵浦激光波长。
该芯片在-1.2 dBm至-10.4 dBm泵浦功率范围内保持稳定量子特性（g2(0)低至0.021），且能抵抗相邻热扰动（325μm间距热源冲击下仍维持42.0±0.7的CAR值）。这一突破，解决了硅量子光子学中，工艺偏差与热串扰的核心难题，为大规模集成量子处理器奠定基础。
图1:电子-光子量子系统芯片
图2:电子-光子集成电路块的经典表征
