“35歲以下科技創(chuàng)新35人”：4位光通信學(xué)者入選

7月12日消息（南山）昨日，《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國區(qū)人選公布，4位光通信領(lǐng)域的學(xué)者入選。包括：

北京大學(xué)助理教授常林

入選理由：開發(fā)世界領(lǐng)先的光子芯片多材料集成技術(shù)，實現(xiàn)異質(zhì)集成硅光芯片晶圓級別的大規(guī)模量產(chǎn)，為突破光子芯片在計算、通信、傳感方面的性能瓶頸提供解決方案。

常林的主要研究方向為集成光學(xué)，他通過研發(fā)基于晶圓鍵合的異質(zhì)集成技術(shù)和兼容多種材料的低損耗波導(dǎo)工藝，突破了集成在光芯片上的材料種類的限制，將單片可集成的材料的數(shù)量提升到4種以上。

該技術(shù)實現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)中不同功能部件的全集成化，極大提升了光子芯片的集成度?；谠撈脚_，常林提出新的片上光源結(jié)構(gòu)，通過不同材料間的自注入鎖定機制，實現(xiàn)了超窄線寬的集成激光器和微腔光頻梳，極大降低了光芯片光源的噪聲，提升了并行度。

基于多材料集成光子芯片平臺技術(shù)，常林實現(xiàn)了大規(guī)模并行的光子芯片系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)光子芯片在信息處理效率上的瓶頸：在數(shù)據(jù)中心光模塊中，通過用光頻梳作為多信道光源取代傳統(tǒng)的激光器，將光模塊的信道數(shù)提升到20個，實現(xiàn)了2T/s的總速率，比過去水平提高了5倍以上。

常林與合作者還探索了基于光子芯片的并行計算，實現(xiàn)了面向卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的全芯片化的光處理器，達到在1 TOPS mm-2的算力密度，為未來光計算的大規(guī)模量產(chǎn)和普及，提供了一種可能的解決方案。此外，他還積極推動多材料光子芯片相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用落地。

阿卜杜拉國王科技大學(xué)助理教授萬雅婷

入選理由：主導(dǎo)開發(fā)的硅基量子點光電技術(shù)解決了硅光集成的核心光源問題。該技術(shù)具備高溫魯棒性、低閾值電流和強抗反射性，為高速大容量光通信、光計算及量子通信提供了高性能和高集成度的解決方案。

萬雅婷專注于硅基量子點光源的研究，并將其與硅互補金屬氧化物半導(dǎo)體制造流程結(jié)合，推動下一代光芯片技術(shù)的發(fā)展。

她的研究團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了多種硅基激光器和光電檢測器，包括高性能的微腔激光器、集成大量通道的多波長鎖模激光器、具有優(yōu)異暗電流性能的光檢測器以及無需隔離器的芯片系統(tǒng)，這些技術(shù)極大地推動了高速硅基收發(fā)器技術(shù)的進步。

此外，她與英特爾合作，在異質(zhì)片上集成領(lǐng)域取得突破，成功地將未圖案化的三五族量子點薄膜鍵合到硅晶片上并完成光子集成電路的制作。

該技術(shù)不僅提升了器件性能，而且增加了經(jīng)濟可行性，最終目標是將這些高性能光源擴展到300毫米晶圓。這將為光通信帶來新的可能性，并將催生集成量子技術(shù)和下一代光計算的創(chuàng)新。

針對硅基光電子學(xué)中硅基光源和硅基集成技術(shù)兩大核心問題，萬雅婷實現(xiàn)了高溫魯棒性的高性能光源及硅光片上集成技術(shù)的突破。她將繼續(xù)與半導(dǎo)體研究機構(gòu)及工藝流水線合作，以期這些技術(shù)能夠在實際應(yīng)用中發(fā)揮更大的價值。

北京大學(xué)物理學(xué)院助理教授、研究院胡耀文

入選理由：引領(lǐng)基于薄膜鈮酸鋰光子平臺的光電融合芯片研究，實現(xiàn)對片上光子高速、高效的光電調(diào)控，為實現(xiàn)未來全光電融合芯片提供全新發(fā)展路線。

近幾十年來，光學(xué)領(lǐng)域的突破和創(chuàng)新，給人類生活帶來了極大改變?；诠怆娙诤系鸟詈衔⑶?，則被認為是下一代頗具發(fā)展前景的微納光子器件。

為推動該領(lǐng)域的發(fā)展，胡耀文在過去幾年中聚焦并成功地構(gòu)建了基于薄膜鈮酸鋰的電光耦合微腔平臺。該平臺能夠提供光子多能級系統(tǒng)，并可以在強耦合尺度下通過電光效應(yīng)施加躍遷。

基于該平臺，2021年，他通過在多能級系統(tǒng)與連續(xù)譜耦合的系統(tǒng)中應(yīng)用廣義臨界耦合理論，實現(xiàn)了超越世界最高水平的電光頻移器。

該器件能夠?qū)⒐忸l率改變10至30吉赫茲，擁有大于99%的平移效率和僅僅0.45分貝的片上損耗。另外，他還展示了級聯(lián)頻移這一在之前的光子器件中完全不存在的現(xiàn)象。

2022年，他將耦合微腔和廣義臨界耦合應(yīng)用在電光頻梳領(lǐng)域，創(chuàng)造出具有超高性能的光學(xué)頻梳。與此前世界最高水平相比，該頻梳的轉(zhuǎn)換效率提高了100倍，帶寬提高了2.2倍。此外，他還將上述平臺應(yīng)用于光學(xué)合成維度的領(lǐng)域，展示出四維的頻率晶體和頻率空間的合成鏡面（反射率>0.9999）。

上述成果充分證明，薄膜鈮酸鋰所具備的優(yōu)勢，恰恰是耦合微腔所需要的。而胡耀文的相關(guān)研究，也推動了薄膜鈮酸鋰這一新興光子芯片平臺的突破，促進下一代信息技術(shù)的存儲、傳輸、計算和探測發(fā)展。

華中科技大學(xué)教授 劉陽

入選理由：研發(fā)世界首個百毫瓦級別高功率硅基集成摻鉺放大器，為實現(xiàn)低噪聲激光器芯片、小型化光子雷達和量子應(yīng)用提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

摻鉺光纖放大器（EDFA）、激光器是塑造現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)、光通信、相干傳感技術(shù)的重要發(fā)明之一，它們的微型化將為下一代信息通信技術(shù)帶來小尺寸、低功耗、陣列化、穩(wěn)定性高等一系列巨大優(yōu)勢。然而，高性能的摻鉺光源芯片仍是一個技術(shù)空白。

劉陽與團隊一起開發(fā)了世界首個高功率光子集成電路鉺波導(dǎo)放大器（EDWA），輸出功率創(chuàng)下了紀錄（超過145毫瓦），比已報道的器件提高2個數(shù)量級。并且，在輸出功率、增益、噪聲系數(shù)上同時接近了商用EDFA的性能。

通過充分利用鉺摻雜材料的獨特性質(zhì)，將其無縫集成到硅基光子芯片中，可以在緊湊、高效、可擴展的方式下保證高速數(shù)據(jù)傳輸速度和高信號質(zhì)量。該研究使全集成的下一代硅基有源光子芯片成為可能，為下一代光通訊、激光雷達、集成微波光子系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域提供了一項突破性的技術(shù)基礎(chǔ)。

為展示EDWA技術(shù)的巨大潛力，劉陽及團隊與美國諾基亞貝爾實驗室合作，成功地將摻鉺波導(dǎo)放大器應(yīng)用于先進的高速相干光通信系統(tǒng)中，首次實現(xiàn)了16×1.6Tb/s的相干傳輸。

最近，他們利用EDWA作為核心增益介質(zhì)，成功實現(xiàn)了硅基集成摻鉺激光器，接近光纖激光器的相干性。這種新型集成放大器、激光器正在被團隊用于激光雷達、微波光子雷達等系統(tǒng)應(yīng)用中。

該技術(shù)在電信、數(shù)據(jù)中心、微型化激光光源和量子計算等多領(lǐng)域均具有應(yīng)用潛力。目前，許多國際知名工業(yè)公司迫切希望將該技術(shù)整合到相關(guān)產(chǎn)品中。

“35歲以下科技創(chuàng)新35人”：2位量子學(xué)者入選

7月12日消息（南山）昨日，《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國區(qū)人選公布，2位量子學(xué)者入選。包括：

代爾夫特理工大學(xué)博士后薛瀟

入選理由：在硅基半導(dǎo)體系統(tǒng)中攻克了量子計算領(lǐng)域最重要的三大挑戰(zhàn)，即高保真度、可集成性和模塊化架構(gòu)，推動硅基量子計算在短短幾年間成為被廣泛看好的量子計算最佳系統(tǒng)之一。

現(xiàn)如今，在量子、半導(dǎo)體和人工智能三大領(lǐng)域的國際競爭日趨激烈。就量子領(lǐng)域而言，融合當前最尖端的量子計算技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的硅基量子計算技術(shù)，在近十年來獲得快速發(fā)展，并有望成為量子計算的最佳解決方案。

實現(xiàn)分布式可集成量子計算，即構(gòu)建多個小規(guī)模計算模塊，并使模塊間進行量子通信，同時與經(jīng)典控制電路進行集成，是量子計算研究（不限于硅基）的聚焦點。而這也正是薛瀟近年來專注的研究方向。

在計算模塊層面，他在2022年取得高達99.65% 的硅基兩比特邏輯保真度，并首次達到量子糾錯所要求的保真度閾值；在集成層面，他與英特爾公司合作測試并驗證了基于 22 納米制程的低溫量子控制芯片，于2021年首次實現(xiàn)利用低溫芯片對量子芯片的控制；在模塊間通信層面，他于2023年利用超導(dǎo)微波光子，在遠距離的硅基量子模塊間實現(xiàn)兩比特邏輯。

基于上述研究，他計劃打造一個真正全集成的模塊化硅基量子處理器，并助力推動量子計算規(guī)模化落地產(chǎn)業(yè)界，進而應(yīng)用于加密算法、通信、無人駕駛、藥物發(fā)現(xiàn)等諸多領(lǐng)域。

華東師范大學(xué)教授袁翔

入選理由：研發(fā)了極端條件強磁場紅外光譜技術(shù)，并基于此發(fā)現(xiàn)一維外爾費米子和三維量子霍爾效應(yīng)，在新的空間維度中實現(xiàn)了重要的拓撲量子科學(xué)突破。

在不同的維度下，科學(xué)規(guī)律具有本質(zhì)不同。例如，在三維空間中，引力隨距離成平方反比；在二維空間中，引力將與距離成反比；在一維空間中，引力甚至不隨距離改變。

基于此，探索不同維度下基本粒子的科學(xué)規(guī)律，是十分重要但卻充滿挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)科學(xué)問題之一，也是袁翔多年來的研究興趣所在。在該方面，他克服了紅外兼容的困難，提出并實現(xiàn)了外置探測方案，自主發(fā)展了磁紅外測量技術(shù)，為探索強磁場科學(xué)問題提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

借助上述磁紅外測量技術(shù)，他在強磁場下構(gòu)建新維度拓撲準粒子，發(fā)現(xiàn)了一維外爾費米子。具體來說，他觀察到拓撲絕緣體在強磁場下，先后進行了三次拓撲相變，因為拓撲絕緣體獨特的能帶反轉(zhuǎn)和零級朗道能級自旋極化的特征，其零級朗道能帶在強磁場下發(fā)生交叉，同時引起拓撲Lifshitz相變。

這讓他在發(fā)現(xiàn)一維外爾費米子的同時，還實現(xiàn)最低維度外爾費米子，進而驗證了記錄在教科書中的百年理論。

袁翔還在強磁場下發(fā)現(xiàn)三維量子霍爾效應(yīng)。量子霍爾效應(yīng)是20世紀以來凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，被認為只能存在于二維體系。而他通過給出強磁場下三維量子霍爾效應(yīng)的實驗證據(jù)，突破了量子霍爾效應(yīng)只能存在于二維系統(tǒng)中的認知。

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