光子学和量子技术

2022年5月4日

光子学和量子技术

Category: Industry Trends

近年来，量子技术得到了私人和公共机构的大量投资。量子计算机的概念从 1980¹ 年就已经出现，当时物理学家 Paul Benioff 提出了图灵机的量子力学模型，但 IBM ²和东芝 ³ 等公司引入了关键技术，将这一概念推向市场，但相对较新。量子技术的领导地位被认为对世界各国政府具有重要的战略意义，并得到美国⁴、欧洲 ⁵⁶ 和世界各地的倡议的支持。

最近，我有幸参加了由Optica主办的研讨会——关于量子技术现状以及集成光子学在量子通信和量子计算⁷中的作用。本次研讨会是量子技术已成为光学和光子学行业主流的又一例子，正如SPIE Quantum West⁸ 和 Laser World of Photonics⁹ 的量子世界展览等活动中所展现的那样。在Optica 研讨会上所讨论的，光子集成电路 (PIC) 为量子技术带来了巨大的潜力，原因与其他光学应用的价值相同。 PIC 可以开发更小、更轻、功耗更低的系统，同时降低组件和组装成本，并利用光刻和其他半导体制造工艺中使用的标准制造方法来提高稳定性和可重复性。用于量子通信和量子计算的集成光子器件的现状在关于量子通信和计算¹⁰的集成光子器件当前状态的会议中，来自 Xanadu 的 Zachary Vernon 讨论了集成光子学的另一个好处：在许多情况下，它们允许系统的大部分在室温下运行，而不是在低温下运行条件。

Make Photonics Work 的 Mark Wippich 在 Optica Workshop ¹¹ 的第二天主题演讲中全面概述了支持用于量子通信和计算的量子网络所需的各种组件。其中包括量子密码学 (QKD)、量子存储器、量子中继器和量子交易。 QKD 可用于今天的安全量子密码通信，商业量子密码通信网络的建设正在使用它进行¹²。在研讨会的前半部分，来自东芝的 Andrew Shields 回顾了基于集成光子学的第一款 QKD 原型的开发情况¹³，Mark 和 Andrew（以及整个活动中的其他演讲者）都强调了 PIC 在未来量子网络发展中可以发挥的作用，尽管在量子技术中使用 PIC 面临许多挑战，包括对复杂架构的需求，但鉴于使用光子学的量子解决方案的显着优势，业界将继续推动这一方向。

除了集成光子学，激光系统在量子技术的发展中也发挥着重要作用 ^14,15。激光主要用于产生和控制量子系统中的量子比特，但在 Optica 研讨会上，Viasat 的 Hamid Hemmati 谈到了激光的另一种用途：用于实现远程量子通信的太空开发通信。他正在做一个有趣的演讲。这是光学和光子学如何在量子技术等先进技术的发展中无处不在的另一个例子。借助光学和光子学，一切皆有可能！

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