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前瞻技術脈動：光子與量子技術（202505）

關鍵字：光子晶片；光通訊網路；聲波；光子機器學習；量子位元；類快閃記憶體；超輻射原子；超輻射(superradiance)現象；
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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2025年2月26日
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圖、前瞻技術脈動：光子與量子技術（202505）
 
研究團隊製造出首款通用、可程式化多功能光子晶片
西班牙理工大學和iPRONICS公司合作研發出全球首款通用、可程式化、多功能的光子晶片。 這項研究成果發表於《Nature Communications》期刊。 傳統的通訊網路晶片往往會造成瓶頸效應，限制頻寬和容量。 研究團隊設計的這款晶片可依需求進行程式化編輯，調整無線和光通訊網路的連接方式，避免產生瓶頸問題，增進網路效率。 此外，晶片尺寸輕巧，可用於5G通訊、自動駕駛等需要高頻寬的應用。 研究團隊表示，該晶片已整合到iPRONICS的Smartlight產品中，並由Vodafone公司用於測試。 這項創新可望改善資料中心和人工智慧運算系統的網路效能，滿足未來高速運算的需求。
參考資料：Research team manufactures the first universal, programmable and multifunctional photonic chip. TechXplore. 2024/04/15.

使用聲波進行光子機器學習：研究為可重配置神經形態構建方塊立下基礎
德國馬克斯普朗克研究所和美國麻省理工學院的研究團隊合作，在《Nature Communications》期刊上揭露一項新研究。他們利用光纖中的聲波，使光子神經網路具有了可重配置性。透過將一部光脈衝轉換成聲波，使聲波攜帶訊息，並與光脈衝訊號協同運作。由於聲波在光纖中停留的時間比光訊號更長，因此可以將訊息傳遞到後續的處理步驟中。這項突破毋需複雜的結構和轉換器，有望為新型光子計算架構的研發打下基礎。研究團隊還利用聲波實現了循環運算子，使光子神經網路能夠像人類大腦一樣學習和記憶上下文資訊，有望在未來產生可任意重配置的光學神經形態運算。
參考資料：Using sound waves for photonic machine learning: Study lays foundation for reconfigurable neuromorphic building blocks. TechXplore. 2024/04/16.

科學家解密未來可用於量子位元的類快閃記憶體
與量子去相干(decoherence)相關的錯誤一直困擾著量子計算。使用熱量切換一種由鐵、鍺和碲組成的結晶中的兩種電子相位，在這兩種相位中，電子的受限運動產生拓撲保護(topologically protected)的量子狀態。

由Rice University研究團隊發表於《Nature Communications》期刊的研究成果指出，該團隊在量子計算方面取得了突破性進展，他們發現一種相變量子材料，可能會對量子位元的記憶存儲帶來革命性的變化。該材料能在兩種電子相位間轉換，模仿商用非揮發性記憶體（non-volatile digital memory ，例如可重寫的DVD等裝置）的功能。透過加熱由鐵、鍺和碲組成的晶體，研究團隊在兩種電子相位間進行切換，兩種相位可產生相異的拓撲保護(topologically protected)的量子狀態。這些狀態可降低量子計算中與去相干(decoherence)相關的錯誤，進而提高計算效率。該研究是由Department of Energy、Gordon and Betty Moore Foundation和Air Force Office of Scientific Research等機構資助。
參考資料：Quantum Leap: Rice Physicists Unlock Flash-Like Memory for Future Qubits. SciTechDaily. 2024/04/16.

超輻射原子可突破時間測量精確度的極限
原子鐘的精確度可進一步提高，因目前大多數現代原子鐘用來測量原子振盪的雷射，會使原子受熱而逃逸，導致精確度下降。利用量子超輻射(superradiance)現象，設計一種新穎的方法，可讓原子在寒冷的真空室中保持靜止，透過兩面鏡子間發出的集體光訊號，實現無需雷射加熱的精確時間測量，進而提高測量精確度。

由哥本哈根大學研究團隊發表於《Nature Communications》期刊的研究成果指出，該團隊提出了一種新穎的方法來測量時間間隔，可解決現有原子鐘所遇到的一些限制。透過利用超輻射(superradiance)現象，研究團隊開發了一種技術，最大限度地減少了原子鐘替換原子的需求，從而提高了測量的準確度。該突破對於很多領域都有重要影響，包括太空探索、火山監測和GPS系統。此外，它還可推進更精確、便於攜帶的原子鐘的開發，並能檢測重力變化，預測火山噴發和地震等自然災害。儘管目前還處於概念驗證階段，但該創新方法具有巨大潛力，可推動精密時間測量領域持續進步。(1284字；圖1)
參考資料：Superradiant atoms could push the boundaries of how precisely time can be measured. Science Daily. 2024/04/22.

 

 
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