电子器件（IC，Integrated Circuit）是现如今信息社会的基本，它的规模性快速发展为各个领域产生了日新月异的转变。
光子电子器件（PIC，Photonics Integrated Circuit）你是不是有了解过呢？
光子电子器件将传统式电子器件中起着主导作用的二极管等电子器件器件换成各种各样不一样的小型光学器件，例如小型激光发生器、小型电光调制器这些，根据光学原理开展数据信号管控。PIC 在数据传送和解决行业拥有无法类比的优点，因而被广泛运用于光纤通信系统、光谱仪感应器及量子信息资源管理等运用中。
量子结构力学你很有可能学生时代有了解过，如今它早已不会再单单是薛定谔的猫那麼神密，反而是伴随着技术的发展在悄悄地走入我们的日常生活。第一代量子技术更改了传统的物理学全球，推动了半导体材料、电子管和激光发生器的发展，进而危害电子计算机互联网技术全球。而第二代量子纠缠不清和累加技术的发展也带了测算、模拟仿真、传感器和精确测量技术行业上的改革。
如今量子技术可以同时在单独光子水准上运用其量子特点与 PIC 紧密结合完成许多超出传统式电子器件器件特性的新技术，例如近期在我国完成极快量子电子计算机便是一种根据对光子开展量子管控而建立的。因而量子光子学的核心目的是运用量子技术根据对光子开展管控为量子通讯、量子测算、联络仿真模拟和量子传感器传感技术产生新的发展机遇。那麼根据集成化光子的量子技术（IPQT）是根据 PIC 技术而发展的，在其中最典型性的象征便是量子光子电子器件（qPICs）技术。
潘建伟精英团队结合全世界许多生物学家一起将 IPQT 这一方面的发展科学研究动态性干了汇总，在 2021 年 12 月发布在国际性权威性杂志期刊 Nature Reviews Physics[1]，毕业论文题写《量子技术的集成化光子学发展潜力与全世界未来展望》（The potential and global outlook of integrated photonics for quantumtechnologies）。潘建伟等诸多生物学家期待经过讲解和探讨该技术行业的运用以及现阶段阻碍来刺激性这一方面的进一步的发展。
从 PIC 向 qPIC 的超越
与半导体材料电子器件器件相近，PIC 的建立是极度取决于芯片制造技术和技术水平。一般的 PIC 器件是在基材上集成化很多光电器件，例如大数据中心快速可插下光纤收发器 ，特殊集成化传感器或监管器件和微机电系统（MEMS）等。传统式 PIC 器件是实践活动量子技术的基本，凭着其可拓展和可迅速构建构架、系统软件使用空间小、高可靠性光电器件、单光子探测仪高效率处理芯片插口这些优点，可以变成适用量子技术的更可拓展、更强劲、更紧密的量子光子电子器件 qPIC。
例如目前的分析早已证实 qPIC 将对空闲地通信和金属量子通讯造成主要危害，由于其在物理学途径、净重、能耗、可靠性和可制作性等领域都具备很显著的优点；qPIC 也有望处理量子测算和量子仿真模拟中的重要量子操纵挑戰，包含量子测算中的量子比特犬寻址方式和读取等；qPIC 可运用量子纠缠不清或情况缩小等量子效用，根据应用紧密的量子灯源、上面检验和数据信号路由器等开展高精密的量子传感器和量子精确测量；qPIC 还能为基础学科新物理变化给予科学研究服务平台，如拓扑结构物理学和非厄米特物理的设计这些。
图 | 一块适用量子技术的光子集成化处理芯片 qPIC 的构架平面图（由来：Nature Reviews Physics）
但与此同时 qPIC 的发展也面对着许多挑戰，最先必须思索如何把 PIC 中各部件的制定与生产制造要与量子运用开展配对，也就是要在传统式光子集成化处理芯片上完成相对高度可控性和可自动调谐的高 Q 低模量子腔、量子储存器、量子发射装置、低噪音单光子探测仪、高效率量子变频调速器及其迅速前馈控制实际操作等。下面的图就提供了一个主要的 qPIC 带有的器件控制模块必须包括的有量子发射装置、最优控制全过程模块、电路元件、量子储存器、单光子探测仪和传统式电源电路操纵模块。
图 | qPIC 中各部件的种类及其构架服务平台比照表（由来：Nature Reviews Physics）
根据上面可以清晰地掌握 qPIC 中各部件的发展水准，就现阶段的研究表明假如要想完成同样的作用早已有不一样器件种类和构架服务平台可选择，可是不一样的技术线路拥有分别的优点和缺点，这种器件通常是为了更好地融入一些独特应用领域下而制定的。
而下面的图进一步地中向大家详细介绍 qPIC 在不一样量子技术应用场景下时的部件组成，例如在存储无线放大器、单边量子电子计算机、量子密匙遍布、玻色子取样和量子三维成像等应用场景应用的部件是不一样的。
图 | 不一样量子技术案例中应用 qPIC 中各部件的统计分析表（由来：Nature Reviews Physics）
尽管这种 qPIC 器件存有各式各样的问题，但都面对着一个相同问题便是如何把各部件的光子耗损降低到可以开展量子运用水准，特别是在当好几个部件藕合在一起开展作业时，这样的事情下的光子耗损会让所制定的量子技术没法完成。因而现阶段而言 qPIC 面临的挑战主要是必须均衡差异的要求并增强特性，根据分析明确提出新的解决方法来摆脱这种阻碍。
IPQT 技术的全世界研究现状
量子技术的产业链运用和市場渗入层面仍处在前期环节，现阶段一个挺大的潜在的销售市场在未来数年内量子技术将变成云数据中心、5G 和物联网应用中的领跑技术。根据刺激性量子技术的产品研发，而且可以创建一个科学研究群集是十分有必要的。
令人欣慰的是很多我国一直在大力项目投资量子行业的科学研究，例如在欧洲国家之中，欧洲地区有着着在光子集成化领域的丰富多彩工作经验和专业技能及其一个充满生机的科学研究自主创新生态体系，IPQT 和 qPIC 技术一直欧洲地区一些构造如 ERA- NET 关键支助的新项目，总体目标是提升量子光子电源电路一体化中需用的原材料，构造和器件。
而澳洲也是光子学行业的探讨和规模化的传统式大国，好多个根据光谱学、网络信息安全和量子测算行业的初创期企企业发生，促进了她们向量子光子学方位的变化；与此同时美政府、学术研究和利益相关者的帮助对 PIC 技术的开发设计和生产制造充分发挥着关键功效，她们期待关键处理 PIC 中原材料、生产制造、设备连接和规范化层面的挑戰。
澳大利亚的分析关键则是偏重于量子数据加密安全性、自然环境和健康监测感应器等行业；针对亚洲地区而言，我国一直在全力支持光量子技术的发展，完成了根据光子的量子电子计算机和长距离通讯 QKD 行业等方位的提升，而且自 2015 年至今我国依次资金投入了约 5000 万余元用以量子技术的开发设计。
而马来西亚大概在 15 年以前就确立了国家级别量子技术核心，其目的是将量子科学合理技术发展为现实世界可使用的解决方法；传统式电子光学大国日本获益于其集成化光子学技术的强劲环境，并已将一部分技术开发设计用以商业服务光纤通信，例如运用上面光波导电源电路初次使用在 QKD 技术中，日本政府部门将电子光学和量子技术视作优先选择产品研发行业，并于 2020 年制订了量子技术自主创新发展战略。这种我国对量子技术的开发设计和高度重视全是促进根据集成化光子学的量子技术前行的主要驱动力。
IPQT 的技术发展潜力和极大销售市场
IPQT 的发展不但必须硬件配置、手机软件的自主创新，还要一条全新升级兼容生产流水线来考虑以后的规范化生产制造，尤其是无耗器件的生产制造。而且伴随着量子仿真模拟技术和 AI 技术的发展可能加速有关器件的原材料、设计方案和优化算法的开发设计。因而如今欧美国家和亚洲地区许多商业服务企业也参加到此项技术的产品研发之中，妄图得到此项技术在未来市场之中的主导权。
（由来：Nature Reviews Physics）
在欧洲地区，除开很多积极开展的大企业如 Thales、Bosch、Atos、Telefonica 以外也有很多的新成立公司和中小型企业为 IPQT 给予着技术适用和相关产品，
在我国像华为公司、百度搜索、腾讯官方和阿里等互联网巨头都是在项目投资该行业；马来西亚则是以 LUX 光子学同盟为意味着，这主要包括大中型跨国企业、当地大企业和中小型企业等。
在日本，光子量子技术的产品研发一直以来一直由 NTT、NEC、飞利浦、富士通、日立等大企业开展核心；而在国外，促进光子量子技术发展的公司和组织包含美国能源部联邦政府支助的研发中心、美国防部、美国航天局和雷神公司等。
因而在过去的的 20 年来，光子量子技术的发展早已打造了很多关键里程碑式，怎样保持其相对高度一体化依然是一个强劲的挑戰。
但可以充足参考 PIC 的发展线路，IPQT 的繁杂自主创新周期时间必须技术短板的提升、基础实验设备建设规划和资金分配的协作发展，并有希望最后建立一个完善的生态体系，以达到 IPQT 的技术挑戰和全世界市场需求。而且根据将来的销售市场发展必须，还应当付出更多的活力来学习培训下一代把握 IPQT 技术的技术工程师精英团队。
由于无论商业化的的量子器件选用哪种技术，其基础的量子结构力学基本原理和技术线路全是互通的。因而该行业的专家和技术工程师的需求量将持续提升，文化教育的资金投入将有利于促进科学合理和技术前端的发展。
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参照：
1、Pelucchi, E., Fagas, G., Aharonovich, I. et al. Thepotential and global outlook of integrated photonics for quantumtechnologies. Nat Rev Phys (2021).https://doi.org/10.1038/s42254-021-00398-z
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