2.量子光子學

光子學與量子力學的結合促進了量子光子學的發(fā)展，它利用光的量子特性推動光子技術超越傳統(tǒng)限制。例如，量子傳感器利用量子態(tài)的高靈敏度應用于醫(yī)療、國防和通信領域，可實現(xiàn)原子級成像和引力波探測。

在計算領域，谷歌的 54 量子比特 Sycamore 量子處理器在 200 秒內(nèi)完成了一項需要超級計算機 10,000 年才能完成的任務，充分體現(xiàn)了量子光子學對現(xiàn)代技術的變革性影響10。

3.硅光子學

由于數(shù)據(jù)中心對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟛粩嘣鲩L以及 5G 技術的推出，硅光子學變得越來越重要。硅光收發(fā)器促進了數(shù)據(jù)中心內(nèi)的互聯(lián)，預計未來的發(fā)展重點是芯片內(nèi)通信。

發(fā)表在《自然-電子學》（Nature Electronics）上的一項研究介紹了一種高性能硅光子發(fā)射器，其速度達到每秒112千兆波特和224千兆比特，同時能耗保持在每比特皮焦耳以下。這種與 CMOS 兼容的設計代表了高速通信技術在成本效益方面的進步。

4.機器視覺與人工智能

機器視覺與人工智能的融合正在改變各行各業(yè)的自動化，提高制造和裝配流程的效率。這種融合可實現(xiàn)實時監(jiān)控和分析，從而快速做出決策并大幅降低運營成本。

例如，清華大學的研究人員開發(fā)了一種光學并行計算陣列（OPCA）光子芯片，可以在納秒級的時間內(nèi)處理圖像。這種芯片將人工智能驅(qū)動的分析直接集成到光學處理中，繞過了光電轉換的需要，為自動駕駛和工業(yè)檢測等邊緣智能應用實現(xiàn)了更快的圖像處理。

5.等離子體

等離子體學是一個探索電磁場與金屬中電子之間相互作用的子領域，它使光的定位超越了衍射極限。最近，通過 “陰影生長 ”等技術在等離子納米材料方面取得的進展，可以創(chuàng)造出具有可調(diào)光學特性的納米級結構，并有望應用于納米機器人的藥物輸送、光子設備和手性光譜學。

五、結論

光子學已成為我們不可或缺的技術領域，推動著通信、醫(yī)療保健和清潔能源領域的創(chuàng)新。量子技術與人工智能的融合有望提高各行各業(yè)系統(tǒng)的效率和效力，帶來突破性的進步，重塑行業(yè)格局，提高生活質(zhì)量。