意大利都灵联邦政府理工大学(EPFL)专家教授TobiasKippenberg精英团队开发设计了一种选择氮化硅衬底制造集成光量子电源电路(光量子集成电路)的技术，创下了低电子光学损耗的纪录，芯片尺寸小。

IBM产品开发的2纳米技术制造集成电路的信息没有传出，tsmc和合作伙伴宣布，1纳米以下的半导体制造技术得到了改进。业内广泛认为，半导体技术日新月异，也逐步接近其物理基础理论的极限。

最近，意大利都灵联邦政府理工大学(EPFL)专家教授TobiasKippenberg精英团队开发设计了一种选择氮化硅衬底制造集成光量子电源电路(光量子集成电路)的技术，创下了低电子光学损耗的纪录，芯片尺寸小。《自然-通信》发布了相关科学研究。

光量子集成电路迎头赶上，也许可以帮助大家提升颠覆性创新，开拓新的跑道。

低电子光学损耗新记录。

光量子集成电路一般由硅制成。硅在地表成分丰富，具有优异的电子光学特性，但不能达到集成光量子集成电路所需的所有标准。因此，出现了许多新的材料服务平台，如氮化硅、二氧化硅、氮化铝、铌酸锂、碳碳复合材料等。

TobiasKippenberg精英团队采用氮化硅光量子大马士革钢加工技术(光量子嵌入加工技术)。大马士革钢加工技术是一种历史悠久的加工技术，最初可以追溯到比利时人在武器装备和装饰设计上进行色调的嵌入和制图。该加工技术首先制作图形走廊，然后将色调原材料嵌入走廊进行研磨，需要色彩鲜艳的图案设计。

大马士革钢加工技术的构想曾经用于初期以铜为原材料的电子线路生产制造，在科学研究中，氮化硅大马士革钢加工技术采用集成激光光路生产制造，获得了非常低的光消耗。毕业论文第一作者、EPFL微结构研究中心博士刘骏秋告诉《中国科学报》，利用这一技术，大家生产出光消耗仅为1dB/m的集成激光光路，创造了所有离散系统光量子集成原材料的记录。

应用这项新技术，科研人员在5平方毫米的集成电路上制造了高质量因素的AD9854ASTZ微谐振器和一米以上的光波导入。他们还报告了90%的制造产品合格率，这对于未来扩大工业生产经营规模尤为重要。

“极低消耗的氮化硅集成光量子集成电路对未来的通信、测量和8G技术尤为重要。这种光量子集成电路可以 将信息内容编号进光，然后根据光纤传输激光焊接，成为光纤通信的关键组成部分。”刘骏秋说。

光量子集成的优势。

在电子芯片工作时，可以 了解为电子信号输入集成ic进行解决(如存储、加载、计算等)后再输出。类似地，光量子集成ic是一种集成ic，它将光信号灯不亮，进行数据传输、存储、测量和输出。刘骏秋说，与电子芯片相比，光量子集成ic虽然发展较晚，但也有其独特的优势。

生物学家认为，光具有纯天然的并行计算能力和完善的波分复用技术，从而大大提高了光量子集成电路的数据处理能力、体积和网络带宽。光波的光波长、频率、光的偏振态和相位差等信息内容可以 意味着不同的数据信息被用作非常高效的通信种子源。

光量子集成电路具有计算速度快、功耗低、延迟低的特点，不易受到温度、磁场和噪声变化的伤害。中科创兴董事总经理张思申说，光量子集成电路不追求完美加工工艺规格的极限变小，具有大量的特点来改善室内空间。

与电子集成电路相比，光芯片在许多行业，如通信、毫米波雷达、传感器和图像分析方面有独特的优势。刘骏秋表示，光芯片的速度可以 达到100G，比电子集成电路快很多，这样可以 在光的安全通道上编号其他信息，可以 安装大量信息内容，功能损耗比电子集成电路小很多。因为光在传播过程中不容易产生所有的热电效应，不同于电子设备，光和光之间不容易相互影响，也不容易受到磁场的影响。

刘骏秋的精英团队曾经使用氮化硅光芯片架构光神经元网络，利用卷积和神经元网络获得排水矩阵，然后应用于浮雕图案过滤装置。相关结果发布在2020年1月的自然期刊上。

将图像数据信号输入系统软件，通过浮雕图案过滤装置，可以强化高频数据信号，削弱低频数据信号，即完成强化图像边缘的目的。比如一辆车的图片，你很可能看不到前灯的内部结构。在浮雕图案CPU的新图像中，前灯的内部结构得到了加强。刘骏秋说，这证明氮化硅光量子集成电路在光神经网络和深度神经网络中得到了很好的应用。

除了人工智能技术之外，光量子集成电路还广泛应用于毫米波雷达、微波加热过滤器、毫米波通信转换、星光谱分析仪校正、低噪音微波加热转换。也可制作中红外双梳光谱仪，用于精确测量蒸汽中的成分。进行电子光学相关断层扫描，可观察生物组织结构。也可用于大数据中心的电源开关，对数据信息进行控制。

两条跑道的竞争与合作。

刘骏秋表示，简单了解一下，信息内容在手机或电脑上进行解决关键应用电子芯片问题，但是信息内容的传递需要光纤线路。所以 ，到了这个阶段就必须进行光电转换。现阶段，光电是在两条‘跑道’上，都有自己的应用领域。

现在英特尔大数据中心使用的集成半导体材料激光发生器是将电子信号转换成光信号灯，然后进行数据处理方法、编号和传输。英特尔每年向世界运输数百万个这样的集成半导体材料激光发生器集成电路。刘骏秋说:光量子集成电路芯片相对于传统公司分立的‘光-电-光’处理方法，减少了复杂性，提高了稳定性，可以用更低的成本构建一个全新的升级网络架构，节点更多。虽然现阶段还处于初级发展趋势，但成为光元件的流行发展趋势是必然的。

张思申说：在或运算行业，未来的发展趋势是光学集成成全光计算需要很长时间。张思申说，总的来说，目前只在一些计算和传输行业，光量子集成电路可以 取代电子芯片。

刘骏秋认为，从框架上可以 看出，光量子集成ic系统软件整体上比较复杂。在光量子集成ic系统软件中，有灯源、CPU、探测器，还需要各种原材料的中间集成协作，很少有单独的科学研究企业能够对整个系统软件进行框架和制作。就生产加工工艺而言，两者虽然步骤和复杂性相似，但光量子集成ic对结构的要求并不像电集成ic那样严格，通常是百纳米。因此，光量子集成ic不容易像电子芯片那样使用极紫外光刻机(EUV)。

可见光波长在100纳米技术中达到一微米的数量级，因此限制了光量子元件的集成相对密度。然而，这也意味着光芯片达到最理想的工作标准并不取决于最好的半导体材料加工技术，如极紫外光刻机。刘骏秋说，这大大降低了对先进技术的依赖，在一定程度上缓解了当前集成电路发展趋势的关键问题。

此外，光量子集成ic还提供了全新升级的ic设计构思，完全颠复了原有的设计构思，拥有丰富的设计方案艺术空间。

光亮的优点，电有电的优点。光线的优点是稳定，不易受到外界的影响。此外，这也是光线的缺点，这意味着每个人都想控制光线，改变它的情况，方法非常有限。刘骏秋说，在一些应用领域，他们也有一些市场竞争，比如神经网络。但是在很多情况下，两者是合作关系。目前光芯片技术还没有完善电集成电路的发展趋势，所以 不明因素很多，以后两者应该很好的联系起来。

对此，中国科学院微电子研究所研究人员、集成电路芯片主导加工技术研究开发中心办公室副主任罗军持有同样的见解。

电子设备集成电路芯片和光量子集成电路芯片是互补的关系。罗军对《中国科学报》说:未来，光量子集成电路芯片的高速传输和电子设备集成电路芯片的多用途和智能系统的优势可以灵活运用，在新的‘跑道’上取得更强的考试成绩。