Artificial atoms in solids are leading candidates for quantum networks, scalable quantum computing, and sensing, as they combine long-lived spins with mobile photonic qubits. Recently, silicon has emerged as a promising host material where artificial atoms with long spin coherence times and emission into the telecommunications band can be controllably fabricated. This field leverages the maturity of silicon photonics to embed artificial atoms into the world's most advanced microelectronics and photonics platform. However, a current bottleneck is the naturally weak emission rate of these atoms, which can be addressed by coupling to an optical cavity. Here, we demonstrate cavity-enhanced single artificial atoms in silicon (G-centers) at telecommunication wavelengths. Our results show enhancement of their zero phonon line intensities along with highly pure single-photon emission, while their lifetime remains statistically unchanged. We suggest the possibility of two different existing types of G-centers, shedding new light on the properties of silicon emitters.

Controlling large-scale many-body quantum systems at the level of single photons and single atomic systems is a central goal in quantum information science and technology. Intensive research and development has propelled foundry-based silicon-on-insulator photonic integrated circuits to a leading platform for large-scale optical control with individual mode programmability. However, integrating atomic quantum systems with single-emitter tunability remains an open challenge. Here, we overcome this barrier through the hybrid integration of multiple InAs/InP microchiplets containing high-brightness infrared semiconductor quantum dot single photon emitters into advanced silicon-on-insulator photonic integrated circuits fabricated in a 300 mm foundry process. With this platform, we achieve single-photon emission via resonance fluorescence and scalable emission wavelength tunability. The combined control of photonic and quantum systems opens the door to programmable quantum information processors manufactured in leading semiconductor foundries.

Colour centres in diamond have emerged as a leading solid-state platform for advancing quantum technologies, satisfying the DiVincenzo criteria1 and recently achieving quantum advantage in secret key distribution2. Blueprint studies3–5 indicate that general-purpose quantum computing using local quantum communication networks will require millions of physical qubits to encode thousands of logical qubits, presenting an open scalability challenge. Here we introduce a modular quantum system-on-chip (QSoC) architecture that integrates thousands of individually addressable tin-vacancy spin qubits in two-dimensional arrays of quantum microchiplets into an application-specific integrated circuit designed for cryogenic control. We demonstrate crucial fabrication steps and architectural subcomponents, including QSoC transfer by means of a 'lock-and-release' method for large-scale heterogeneous integration, high-throughput spin-qubit calibration and spectral tuning, and efficient spin state preparation and measurement. This QSoC architecture supports full connectivity for quantum memory arrays by spectral tuning across spin–photon frequency channels. Design studies building on these measurements indicate further scaling potential by means of increased qubit density, larger QSoC active regions and optical networking across QSoC modules. A modular quantum system-on-chip architecture integrates thousands of individually addressable spin qubits in two-dimensional quantum microchiplet arrays into an integrated circuit designed for cryogenic control, supporting full connectivity for quantum memory arrays across spin–photon channels.