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硅基集成量子光学芯片研究的任务书
任务书：硅基集成量子光学芯片研究
一、研究背景和意义
近年来，量子光学在信息科学、精密测量和量子计算等领域引起了越来越多的关注。硅基微纳光电子技术是快速发展的技术之一，具有制造复杂集成电路的优异性能。就微电子行业而言，芯片的制造已经进入了纳米尺度，但是在光子学领域，我们还没有达到这一水平。硅基集成量子光学芯片的研究，可以在光子学领域继续超越电子学，实现单光子自洽处理、量子纠缠和光量子计算等功能，实现单光子器件的现实应用。
二、研究目标
本研究主要目标是使用硅基微纳加工技术实现硅基集成量子光学芯片，并完成相关芯片区域、驱动电路设计与制造，最终实现与量子信息相关的单光子器件，并达到以下目标：
1.实现单光子源的制备
2.实现单光子器件的制造
3.实现量子纠缠等光量子信息处理功能
三、研究内容
（1）硅基量子光学芯片中的单光子源制备
本研究将采用带有不同掩模的硅基芯片实现单光子源的制造，进行多维空间和波长调制，利用标准光学和电光子器件。
（2）硅基量子光学芯片中的单光子器件制造
本研究采用硅基芯片法制造单光子器件，充分利用硅基微纳加工技术实现器件制造和芯片封装，实现单光子器件的制造。
（3）硅基集成量子光学芯片的量子信息研究
本研究使用单光子源和单光子器件制造的硅基集成量子光学芯片进行量子信息研究，实现量子纠缠等光量子信息处理功能。
四、研究方案和流程
1.初步设计光子器件并进行仿真验证
2.通过Lithography和深部UV层压技术，制出刻有器件结构的硅基芯片。
3.利用光学薄膜技术，制作电光和有源硅等控制器件。
4.确定单光子器件的性能指标，包括峰值信噪比、调试时长和空间角分辨率等。
5.利用定位和配准技术对芯片及器件进行组装，并进行调试和测试。
6.结合算法和加速器等技术，完成量子信息研究。
五、研究预期成果
1.完成单光子源的制备与集成芯片的制作，得到单光子器件的性能测试结果。
2.完成硅基集成量子光学芯片的量子信息研究，实现量子纠缠等光量子信息处理功能。
3.发表若干研究论文或申请相关专利。
六、研究前期准备
在开展硅基集成量子光学芯片的研究之前，研究人员应具备的知识和技能包括：
1.量子力学和量子光学的基础理论，对硅基微纳加工技术和器件的设计与制造有一定的了解。
2.能够熟练掌握Lithography和深部UV层压技术等微纳加工和制造技术，
3.具备光学测试和量子信息研究经验的资深技术人员的支持。
七、研究工作计划及预算
1.研究周期：2年
2.研究经费：100万元
3.主要经费用于研究设备的购置以及实验室的日常开销。
4.研究工作计划：
第一年：
（1）进行光子器件的设计，并进行仿真验证
（2）完成硅基芯片的制备，并制作控制器件。
（3）完成单光子器件的制造和测试。
（4）针对量子信息研究，探索相应数据分析算法。
第二年：
（1）实现单光子源和单光子器件的集成。
（2）建立硅基集成量子光学芯片的量子信息处理系统。
（3）完成硅基集成量子光学芯片的量子信息研究和相应数据分析。