OFC 2025：再看PsiQuantum如何将SiN损耗优化到极致

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OFC 2025：再看PsiQuantum如何将SiN损耗优化到极致

PsiQuantum的超低损耗氮化硅平台虽然写过两次，不过每次看都还是觉得挺惊人的，这次OFC上的报告对比之前的那篇Nature文章又降了不少损耗，比如

多模走线波导的损耗0.1dB/m

波导Crossing损耗0.27mdB (99.993％)

90°弯曲波导损耗0.25mdB (99.994％)

Splitter损耗0.564 mdB (99.987％)

PsiQuantum的超高水平集成光平台

(补充)PsiQuantum超高水平12寸集成光平台的晶圆一致性数据

这里先稍微总结对比一下他目前报道的损耗性能，与业界报道的常规可获取的MPW工艺平台对比，普遍好了一个数量级。

插损性能对比	PsiQuantum(300mm GF)	业界常规平台
波导传输损耗	单模1.58dB/m多模0.1 dB/m	~10 dB/m
耦合损耗(SMF)	0.12 dB	~1 dB
1*2 分束器	0.564 mdB＜±0.5％	~100 mdB＜±2％
波导Crossing	0.27 mdB	~ 50 mdB
波导弯曲	0.25 mdB	~ 5 mdB
薄膜厚度一致性	0.3 ％@1σ	~ 2％
折射率一致性	0.01％@1σ	~ 0.1％

针对量子光学的应用，对于集成光器件损耗的控制需要比传统光器件苛刻很多，但也只有达成这些苛刻的条件，才能实现PsiQuantum的有用的大规模(百万比特)、高容错、可纠错光量子计算机的伟大目标。而片上的光量子计算机的关键元件总结起来就是无源分束器，无源波导走线(直波导及弯曲)、无源波导交叉、无源滤波器、光子对产生(微环谐振腔)、有源光调制及光探测(单光子PD)。

其中电光调制走的是BTO异质集成氮化硅的路子，目前实现传输损耗＜0.5dB/cm，相移器插损＜0.1dB，3dB 带宽＞5 GHz。这个数据跟之前相同，没有更新。

无源器件部分展示了比较多的细节。如何优化波导的损耗，其实道理大家都懂，无非就是找出影响器件损耗的源头(波导截面、折射率控制、吸收损耗、散射损耗、加工形貌控制、一致性控制等)，并采用对应的表征方法进行精确表征(CD SEM、椭偏、TEM、AFM、XSEM、散射仪等)，然后不断地对设计和工艺进行反复迭代优化。

耦合损耗的数据还是之前的，单模耦合损耗是0.127dB，UHNA光纤耦合器0.052dB。

对于波导走线本身，通过对吸收损耗和散射损耗的测量和优化，将1520nm附近的NH键吸收损耗8dB/m几乎完全消除，晶圆内波导侧壁线粗糙度(3σ)优化到1.5nm，从而将多模走线波导损耗降低到1dB/以下(单模波导损耗1.3dB/m)。而通过减薄氮化硅的厚度(光场限制因子＞50％)，目前的英雄实验测试出来的损耗达到了0.1 dB/m。

定向耦合器作为功率分束器，两款设计的插损分别优化到了0.564mdB(均匀性0.99％)和1.28mdB(均匀性0.2％)，宽带(50nm工作波长范围)分束器的插损是1.5 mdB左右。2×2 splitter的均匀性优化后从1.12％提升到0.06％。优化后基本不存在相位失配带来的损耗，几乎全部由传输损耗决定。

器件性能总结如下：

而前面的工艺控制得这么好，所以可以看到他们Wafer级的滤波器和微环的谱线有多惊人的重合，滤波器的插损＜0.2dB，隔离度＞60dB，而微环的中心波长一致性不超过0.1nm。

量子计算机的我不懂，所以后续期待一下PsiQuantum之前提到的64×64和128×128的大规模光开关了，按照Switch-Select的光开关形式来看(2log2N个Switch＋(N-1)²个Crossing)，64通道的ns级BTO快速光开关端到端的插损理想情况下似乎也只有2.5dB左右(7dB@128 port)，ms级热光开关的损耗还可以再小一点。考虑WDL和PDL可能插损会大一些，不过还是很值得期待的。

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自微信公众号。原始发表：2025-04-14，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent 删除设计数据性能优化db

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