什么是光子学？

2.量子光子学

光子学与量子力学的结合促进了量子光子学的发展，它利用光的量子特性推动光子技术超越传统限制。例如，量子传感器利用量子态的高灵敏度应用于医疗、国防和通信领域，可实现原子级成像和引力波探测。

在计算领域，谷歌的 54 量子比特 Sycamore 量子处理器在 200 秒内完成了一项需要超级计算机 10,000 年才能完成的任务，充分体现了量子光子学对现代技术的变革性影响10。

3.硅光子学

由于数据中心对高速数据传输的需求不断增长以及 5G 技术的推出，硅光子学变得越来越重要。硅光收发器促进了数据中心内的互联，预计未来的发展重点是芯片内通信。

发表在《自然-电子学》（Nature Electronics）上的一项研究介绍了一种高性能硅光子发射器，其速度达到每秒112千兆波特和224千兆比特，同时能耗保持在每比特皮焦耳以下。这种与 CMOS 兼容的设计代表了高速通信技术在成本效益方面的进步。

4.机器视觉与人工智能

机器视觉与人工智能的融合正在改变各行各业的自动化，提高制造和装配流程的效率。这种融合可实现实时监控和分析，从而快速做出决策并大幅降低运营成本。

例如，清华大学的研究人员开发了一种光学并行计算阵列（OPCA）光子芯片，可以在纳秒级的时间内处理图像。这种芯片将人工智能驱动的分析直接集成到光学处理中，绕过了光电转换的需要，为自动驾驶和工业检测等边缘智能应用实现了更快的图像处理。

5.等离子体

等离子体学是一个探索电磁场与金属中电子之间相互作用的子领域，它使光的定位超越了衍射极限。最近，通过 “阴影生长 ”等技术在等离子纳米材料方面取得的进展，可以创造出具有可调光学特性的纳米级结构，并有望应用于纳米机器人的药物输送、光子设备和手性光谱学。

五、结论

光子学已成为我们不可或缺的技术领域，推动着通信、医疗保健和清洁能源领域的创新。量子技术与人工智能的融合有望提高各行各业系统的效率和效力，带来突破性的进步，重塑行业格局，提高生活质量。