[发明专利]集成光量子计算芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种集成光量子计算芯片，其特征在于，所述集成光量子计算芯片包括：

压缩光源阵列或纠缠光源阵列，用于产生同时满足高压缩量、高纯度、高效率的压缩真空态；

全连通可调大规模干涉网络，用于实现对输入光量子态的任意幺正变换；

单光子探测器阵列，用于对所述全连通可调大规模干涉网络输出的光量子态进行探测；

控制反馈和电子学编程，实现对所述全连通可调大规模干涉网络的每个矩阵元素进行编程、反馈和控制。

2.根据权利要求1所述的集成光量子计算芯片，其特征在于，所述压缩光源阵列或纠缠光源阵列包括光纤-芯片光栅耦合器、非线性环形腔和滤波器，其中，所述非线性环形腔包括硅材料螺旋线结构，和/或，氮化硅或周期性极化铌酸铝材料滑轮状干涉腔；

所述滑轮状干涉腔还包括第一耦合器、相位调节器和第二耦合器、谐振腔。

3.根据权利要求1所述的集成光量子计算芯片，其特征在于，所述全连通可调大规模干涉网络包括多组串联或并联的马赫曾德干涉器件，其中，所述马赫曾德干涉器件包括输入相位调节器，两个分束器，干涉臂相位调节器，所述马赫曾德干涉器件用于实现任意可调分束比。

4.根据权利要求3所述的集成光量子计算芯片，其特征在于，所述输入相位调节器和干涉臂相位调节器包括加热电极利用热光效应调节局部波导的折射率，从而调节光的相位。

5.根据权利要求1所述的集成光量子计算芯片，其特征在于，所述单光子探测器阵列包括超导纳米线和输出电极，用于探测量子态并输出响应电信号。

6.根据权利要求1所述的集成光量子计算芯片，其特征在于，所述控制反馈和电子学编程包括超导纳米线、输出电极，用于探测量子态并输出响应电信号。

7.根据权利要求1所述的集成光量子计算芯片，其特征在于，所述控制反馈和电子学编程还包括：导出线、焊接盘、外部电子控制器，所述控制反馈和电子学编程用于产生相位加热所需的反馈、控制的电信号。

8.根据权利要求1所述的集成光量子计算芯片，其特征在于，所述压缩光源阵列或纠缠光源阵列、全连通可调大规模干涉网络、单光子探测器阵列集成在同一块芯片上，组成一体的光量子计算芯片。

9.一种如权利要求1-8任一所述的集成光量子计算芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

衬底制作与光刻胶，紫外线曝光制作加工需要的图案；

离子束刻蚀，刻蚀出光源、分束器、滤波器、二色镜光学器件；

芯片表面绝缘层沉积，用于保护刻蚀的微纳结构，同时减小光子的损失；

电子束曝光与紫外光刻定位，确定相位调节器的位置，进行金的沉积和蒸发，形成导出线和焊接盘；

光纤固定，将芯片连接的光纤包括输入光纤和输出光纤进行固定；

电学封装，将整个芯片固定到PCB板上，和外部的电子学部分连接，从而达到整个芯片可编程的目的。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括基于Si₃N₄材料的波导工艺流程，所述工艺流程包括以下步骤：

在Si片上进行湿氧化反应，产生一定厚度的SiO2氧化膜；

生长70-80nm厚度的Si₃N₄；

生长80-120nm厚度的SiO₂薄膜；

沉积170-180nm厚度的Si₃N₄；

进行掩膜和电子束曝光，然后进行ICP刻蚀，刻蚀出波导、微环腔滤波器等；

生长80-120nm厚度的SiO2覆盖层，打磨平；

掩膜、电子束曝光等确定Au/Ti电极及pad的形状，然后进行刻蚀；

沉积Au/Ti电极；

芯片封装。