放置在顯微鏡下光電量子晶片，這塊史無前例的硅基晶片將量子光子與經典的電子控制電路結合在一起，並封裝在一個僅1毫米×1毫米的區域內。（西北大學圖片）

美國西北大學7月14日發佈一篇新聞稿，由美國西北大學、波士頓大學及加州大學柏克萊分校組建的聯合團隊在《自然・電子》期刊發表重大突破：全球首款整合量子、光子與電子的一體光電量子晶片，已通過商業半導體代工廠成功製造。這是首次在一塊晶片上集成了量子、光子與穩定控制電子電路，並採用標準的45納米半導體製造工藝。這項技術突破為量子通訊、感測及運算系統的規模化生產鋪平道路。

微型晶片實現自穩定光量子輸出

這款僅1毫米×1毫米的硅基晶片，首度將量子、光子與經典電子控制電路「單片集成」。研究團隊在晶片中嵌入微環諧振器，當強激光射入時會自然生成互為糾纏的光子對（量子信息基本單位）。更突破的是，晶片內置光電流傳感器與微型加熱器組成閉環系統：一旦光子因溫度波動或製程瑕疵偏移，傳感器即觸發加熱器實時校正，無需外部設備即能維持量子態穩定。

傳統電子芯片依賴電流，光通信系統則依賴激光，未來的光量子技術也需要穩定的「量子光」（quantum light）資源來實現運算、通信或感知。

三大技術領域的革命性整合

「這是電子學、光子學與量子技術首次實現單片集成」，論文資深作者、西北大學光子通信與計算中心主任庫馬爾（Prem Kumar）教授強調，「跨領域協作至關重要，團隊匯聚物理學、電機工程、計算機科學及材料科學專家，歷經艱鉅努力才突破技術壁壘。」

共同領導本次研究並主導量子測量部份的拉梅什博士（Anirudh Ramesh）解釋：「傳統量子實驗需龐大設備與無塵環境，我們將整套控制系統微縮至單一晶片上，實現量子的實時穩定控制，這是邁向量子光電系統規模化的關鍵轉折點。」

顯微鏡下該晶片的特寫圖。由於該晶片利用內建回饋來穩定自身，因此即使溫度和製造流程發生變化，其運行也能保持可預測性。研究團隊稱，這是擴大量子系統規模的必要條件。（西北大學圖片）

代工量產可行性獲驗證

團隊採用巧妙的設計策略，將光子元件直接嵌入商用CMOS（互補式金屬氧化物半導體）製程現有結構中。團隊表示，在可擴展量子技術的發展歷程中，這是關鍵一步，它表明人們可以在商用半導體工廠中構建可重復、可控的量子系統。

研究獲美國國家科學基金會等機構資助，晶片製造由Ayar Labs和GlobalFoundries代工完成。參與機構學者一致認為，此成果不僅驗證商業代工量產可行性，未來更可成為量子通訊網絡、精密感測乃至量子計算基礎設施的核心組件。