芯片上的编程灯

哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEA）的研究人员开发了一种新的集成光子学平台，该平台可以存储光，并在集成电路中对光的频率（或颜色）进行电子控制。

图片说明：一个新的集成光子学平台，可以存储光并在集成电路中以电子方式控制光的频率（或颜色）。（图片由Loncar实验室/Harvardseas提供）

该平台从原子系统中汲取灵感，可以有广泛的应用，包括光子量子信息处理、光信号处理和微波光子学。

“这是第一次利用微波在芯片上以可编程的方式改变光的频率，”前海洋应用物理学博士后张勉（音译）说，他现在是哈佛孵化的超光速公司的首席执行官，也是论文的第一作者。许多量子光子和经典光学应用需要光学频率的变换，这是困难的。我们表明，我们不仅可以以可控的方式改变频率，而且利用这种新的能力，我们还可以根据需要存储和检索光，这在以前是不可能的。”

微波信号在无线通信中无处不在，但研究人员认为它们与光子的相互作用太弱。这是在SEA研究人员之前，由电气工程的Tiantsai Lin教授Marko Loncar领导，开发了一种利用具有强大电光性能的铌酸锂材料制造高性能光学微结构的技术。

Loncar和他的团队之前已经证明，他们可以在很小损耗的情况下通过铌酸锂纳米波导传播光，并用片上的铌酸锂调制器控制光强度。在最新的研究中，他们结合并进一步开发了这些技术来构建一个类似分子的系统，并利用这个新平台精确控制芯片上的光的频率和相位。

“铌酸锂的独特特性，以其低的光学损耗和强的电光非线性，给了我们在可编程电光系统中对光的动态控制，”论文的第一作者、现为香港城市大学助理教授的程旺说，“这可能导致程序设计的发展。”用于光学和微波信号处理的BLE滤波器，将在射电天文学、雷达技术等领域得到应用。”

下一步，研究人员的目标是利用相同的结构开发出更低损耗的光波导和微波电路，以实现更高的效率，最终实现微波和光光子之间的量子链路。

“微波和光学光子的能量相差5个数量级，但我们的系统可以以几乎100%的效率，一次一个光子，填补这一空白，”该论文的高级作者Loncar说。“这将实现量子云——一个通过安全的光通信通道连接的量子计算机分布式网络。”

这项研究也由哈佛大学纳米光学实验室的胡雅文、安萨里、任天豪和斯坦福大学电气工程教授范善辉共同撰写。它由国家科学基金会、海军研究办公室、分布式量子信息军事研究实验室中心和综合量子材料中心（CIQM）部分支持。设备制造在哈佛大学纳米系统中心进行。