a） APIC 和 SoC 的原理图。i） APIC。ii） SoC。金刚石波导位于压电驱动悬臂上和 MW 线上。具有多个光束光斑的光学激发垂直于芯片。金刚石波导的一端耦合到片上 SiN 波导。b） 传输校准图，显示其中一个 APIC 信道上的高消光。c） 来自 APIC 通道的脉冲传输，演示高速运行。d） SoC 上四个光束点的显微镜图像。每个点都可以由 APIC 独立调制并由 SLM 控制。图片来源：Andrew Golter，MITRE Corporation

研究人员展示了一种新的多功能设备，该设备可以帮助提高固态颜色中心的可扩展性，使其能够用于更大、更复杂的量子计算机和网络。作为高效的光子-自旋界面，固态颜色中心是量子比特节点的有前途的候选者，量子比特节点是存储和处理量子信息的基本单元。

固态色心是可以吸收和发射特定波长的光的点缺陷。为了在实际量子应用中发挥作用，它们必须能够以快速和可控的方式进行光学寻址，同时还允许微调其光跃迁频率和相干自旋操纵。新设备在一个可扩展且低温兼容的平台中同时实现所有这些功能。

来自 MITRE Corporation 的 D. Andrew Golter 在 2024 年 9 月 23 日至 26 日在丹佛科罗拉多会议中心举行的光学 + 激光科学前沿 （FiO LS） 上介绍了这项研究。

“未来的大规模量子技术将需要包含所有必要功能的构建块，同时也具有大规模可扩展性的潜力，”Golter 说。“我们相信我们的工作是朝着设计这些构建块迈出的重要一步。”

在 MITRE 的 Quantum Moonshot 计划的赞助下，MITRE、MIT、桑迪亚国家实验室和亚利桑那大学的研究人员设计了一种低温集成片上系统器件，其中包含锡空位色心，其光发射耦合到芯片上的金刚石纳米波导。

量子比特的光学和自旋跃迁可以通过集成微波线进行调整和操纵，微波线可以操纵量子比特的量子态，而应变驱动悬臂可用于改变自旋中心的电子和光学特性。

此外，具有高速压电驱动功能的多通道原子控制光子集成电路可同时为多个量子比特提供可编程的独立光激发。

研究人员表明，原子控制光子集成电路的每个输出通道都实现了高消光 （> 35 dB） 和高速 （> 30 MHz） 光开关，通道之间的串扰非常小。结果表明，新器件可用于对耦合到独立光激发和收集通道的多个量子比特节点进行高保真应变和微波控制。

Golter 说：“我们现在正在努力将这些颜色中心量子比特控制设备与片上光子学集成在一起，目标是实现一个真正可扩展的量子信息处理平台。