2024年6月，南京大学吴培亨院士指引超导电子学钻研所团队正在超导量子科技范畴赢得了强大冲破，凯旋研造出环球首个所有片上集成且由直流电驱动的超导微波频率梳信号源。该微波信号源易于缔造和操作，且能耗极低，希望动作片上集成量子芯片的环节信号源，从而胀动来日大界限集成通用量子推算机的起色和使用。
南京大学吴培亨院士团队凯旋研造的所有片上集成且直流电驱动的超导微波频率梳信号源，是超导量子科技范畴的一项强大原创科技更始效率。该信号源不光处理了微波频段频率梳片上集成的手艺困难，还具备极高的能效和超低能耗，希望明显低落超导量子推算机的本钱、体积、能耗和纠错难度。这一更始效率看待胀动来日大界限集成通用量子推算机的起色和应器拥有主要意旨。该效率取得南京市委市当局新媒体等平台的专题报道。
频率梳是一种也许发射多条等间隔频谱线的卓殊激光源，广大使用于光学钟、激光雷达、光谱学和光神经搜集等高精度丈量范畴。片上集成频率梳曾经正在光学范畴赢得了明显进步，然而低温事情的微波频段所有片上集成频率梳如故是一个空缺，充满了机会和挑拨。钻研团队历经五年，凯旋杀青了一种基于超导质料的片上集成微波频率梳信号源，其发作的微波信号正在频谱上为一系列等间隔的谱线，时域上为一系列高度闭连的调造脉冲微波信号。该器件布局粗略，操作便捷，仅由一个极低功耗的直流信号实行驱动。
图2. 片上集成超导微波频率梳。a，该频率梳信号源由超导约瑟夫森结与超导谐振器耦合组成，仅需一个直流信号实行驱动。b，辐射的信号正在频谱上为一系列等间隔的谱线。c，对应的时域信号为一系列高度闭连的脉冲微波信号。
该钻研的主题是一种超导频率梳信号源，由直流偏置电源驱动的约瑟夫森结与超导共面波导谐振器直接耦合杀青的。钻研职员凯旋杀青了频率梳的自启动形式锁定，功耗仅为几十皮瓦。该频率梳事情正在微波频段，其线宽可通过特其余闭连注入锁定手艺缩幼至1 Hz以内（图3），从而杀青了高精度的频率限定。
图 3. 频率梳的闭连注入锁定效应。(a) 频率梳频谱，此中注入信号频率选正在第7阶形式频率邻近。(b-d) 正在固定功率 (Pinj= -82 dBm) 下，通过正在 f7边缘扫描注入频率 finj信号，并正在差异探测形式 msen=6 (b), 7 (c) 和 9 (d) 下取得的光谱图。辐射信号正在 Δfinj和 Δfsen领域内被锁定。(e-g) 自正在运转（玄色）和注入锁定（血色）状况下的光谱较量。插图显示了线宽，通盘锁定形式的线 Hz。(h-j) 正在偏离共振频率（finj=f7-Δfoff; f7=5.26 GHz, Δfoff=8 MHz）下，通过革新注入功率 (Pinj) 取得的光谱图。锁定频率与自正在运转辐射频率的偏移由 Δflock透露。(b-d, h-j) 中的长虚线采用本钻研提出的扩展 Adler 方程 (2) 的拟合。(k-m) Δfinj和 Δfoff(k)、Δfsen（l）以及 Δflock(m) 随形式数 m 的变动图。
这一冲破性效率正在超导量子科技范畴拥有主要的使用价格，万分是正在拓荒低本钱的片上集成肆意波形产生器方面，为来日的量子手艺使用带来主要厘革。动作片上集成量子芯片的信号源，超导微波频率梳不光拥有极高的能效，还可正在超低温情况下事情，与现有的超导量子电道圆满契合。其超低能耗使得正在中幼型稀释造冷机中表面上可能容纳数百万个集成频率梳信号源。
这项钻研正在国际上初度杀青了所有片上集成的频率梳信号源，拓展了超导约瑟夫森结器件的使用。超导微波频率梳的使用将明显低落超导量子推算的本钱、体积、能耗、纠错的难度，从而促使来日大界限集成通用量子推算的起色和使用。通过这一手艺，希望大幅抬高量子推算的界限和繁复度。
钻研团队将接连优化超导微波频率梳的功能，并搜索其正在量子手艺中的使用可以性。钻研团队将通过与可调频率的超导谐振器集成，杀青更高精度的频率限定和波形天生；并主动搜索正在高温超导体中杀青太赫兹频段的超导频率梳，为该手艺的事情温度领域扩展供应可以。
南京大学电子科学与工程学院博士生王晨曦为该事情的第一作家。南京大学电子科学与工程学院王永磊教练、王华兵教练和吴培亨院士为该事情的合伙通信作家。该事情取得国度天然科学基金项目、国度核心研发策划项目、紫金山实践室、自旋芯片与手艺世界核心实践室等的支柱。
