维度网讯,英国剑桥 – 光子集成电路(PIC)是在半导体晶圆上构建的光学系统,能够在芯片级设备中执行复杂的光学功能。这些电路已广泛应用于高速通信领域,特别是在AI数据中心内作为光学收发器,支持服务器间的数据传输,用于训练复杂的机器学习模型。

目前大多数光子集成电路基于硅或二氧化硅材料,其制造技术相对成熟。然而,这些材料在量子技术的某些新兴应用中存在局限性,例如硅在可见光范围内不透明,而量子技术的关键频率常位于此范围。因此,量子技术成为驱动光子集成电路新材料平台探索的重要领域。IDTechEx报告预测,到2046年,用于量子技术的光子集成电路市场机遇将达到126亿美元。
光子学与量子技术紧密相连,因为量子计算、量子传感和量子通信等应用需要精密的光学系统。随着量子技术从实验室走向商业化,传统笨重光学平台难以满足产品需求,光子集成电路提供了将复杂光学系统集成到可大规模制造芯片中的解决方案。
在量子计算领域,多种硬件方法依赖光子系统,如中性原子、囚禁离子或光子量子比特系统。例如,Infleqtion和Pasqal开发的中性原子量子计算机,以及IonQ和Quantinuum构建的囚禁离子计算机,都使用激光器和波导系统操纵量子比特。PsiQuantum、ORCA Computing和Quandela的光子量子计算机则直接以光子作为量子比特。为这些应用开发合适的光子集成电路对实现量子计算规模化至关重要,过去两年中,主要量子计算公司已通过收购光子学企业来增强专业能力。
量子技术对低噪声和高稳定性的要求,推动了对硅基替代材料的探索。有前景的材料包括氮化硅(SiN),它与现有硅工艺兼容;以及薄膜铌酸锂(TFLN)和钛酸钡(BTO),它们具有高电光系数,适合快速光调制。但这些材料的商业成熟度较低,晶圆尺寸小、成本高,且代工厂有限。
光子集成电路在数据通信和电信等领域已有高性能应用,但量子技术正拓展其可能性。开发新材料平台制造高质量光子集成电路的能力,将是推广囚禁离子、中性原子和光子量子计算,以及量子网络的关键。IDTechEx报告《量子技术材料2026-2046:市场、趋势、参与者、预测》分析了相关驱动因素,提供详细预测和案例研究。
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