矽基量子光電晶片(4/5)

台灣位居微電子產業的世界領導者，特別是在半導體晶圓廠與積體電路設計上。可是針對量子電腦的發展來看，台灣不論是在離子井，超導體，氮缺陷鑽石，或是矽量子點的量子位元研究或製造上，都還是處於非常初始的學術探索階段。目前，在台灣唯一可操控的量子位元就只有光學量子位元。即使自 2002 年後，包含IBM，Intel，Google，微軟等全球科技大廠都在積極搶奪量子霸權(quantumsupremacy)，但是在台灣我們並沒有任何離子井或超導體的事業群。然而，在台灣我們已經有許多以矽材為基礎的產業聚落：特別是在磊晶成長，元件製造，晶片整合/封裝，與 IC 設計公司。近年來，隨著通訊頻寬的快速成長與低耗能的需求，矽光子(silicon photonics)及其相關技術憑藉著以矽基為襯底材料，並結合既有且技術成熟的CMOS技術，已經在被認為在未來可延續摩爾定律，傳承舊有矽晶片的發展。透過積極開發高速與低成本的矽光子積體化技術，台灣產官學業界間已經有可以將各種光傳輸元件製作於矽光子平台的技術。基於矽光子技術為平台，本整合型計畫以 “矽基量子光電晶片Scalable QuantumPhotonic Chips on Silicon,” 為主題，預計在五年內整合既有的光電子技術：量子光學位元(單光子源，糾纏光子對，量子噪音壓縮態)，積體化矽光子元件，與光子偵測陣列(單光子雪崩式二極體，平衡式零差偵測器)。透過矽光子線性元件，我們可以透過分光器，干涉儀，定向耦合器，環形共振器，光學開關，頻率調變器等來實現以量測為基礎的量子計算。除了業界已經在發展的各種矽晶片外，本計劃將結合目前台灣學界獨到的單光子產生技術，非線性頻率轉換，半導體雷射，單光子雪崩式二極體來進行矽光子晶片整合。本計劃為單一整合型計畫，由國立中央大學光電系陳彥宏教授領導。預計以 5 年時間完成所規劃得6 項子計畫項目。本計劃的目標為：將目前既有的矽光子製程技術延伸到具有可擴展性的量子晶片上，並且透過多工處理方式，完成具有容錯功能的室溫下量子計算。藉由整合極低損耗的矽光子波導晶片，我們預計可以製造 10 個空間模態，並配合時域多工處理方式，產生100 個光學量子位元。