高山讲堂 | 王志明：光电量子信息技术，从材料突破到产业新篇

当经典的光电器件遇上性能天花板，海量信息处理的需求正推动着光电量子信息技术的快速发展，相关领域也成为了科技竞争的战略制高点。

不同于传统光电器件的容量受限、效率不足等问题，光子的高维自由度能让信息容量实现明显提升，研发室温下芯片级集成的高维单光子源，成为实现下一代量子信息系统的关键。

为了突破传统技术的物理局限，科研人员将目光投向了低维量子材料，通过微纳光电集成、光与物质强耦合等方式，让材料性能实现 “升维”，为光电量子信息的发展筑牢了微观基石。

新型量子材料不再只是被动地“承载”光或电，而是主动地“参与”量子态的生成、调控与测量。正是这些基础层面的物理发现，为后续的器件创新提供了丰富的“素材库”。

在光电量子信息的研发中，低维量子材料是核心抓手，从零维到二维的材料各有妙用，且通过跨维度融合实现了优势互补。零维的胶体量子点有着高吸收、宽光谱的特性，经过核壳结构改造、配体工程优化后，解决了表面缺陷、电荷传输的难题，还研发出无重金属的环保型材料，适配各类商业场景；一维纳米线打破了零维材料的传输瓶颈，兼具定向波导效应，成为理想的光学天线和芯片核心材料；二维层状材料则以高迁移率为优势，和其他维度材料结合形成的混合维度异质结，能实现超宽带光谱响应、抑制器件噪声。

基于这些材料创新，科研人员研发出能精准掌控光子“产生、探测、操控”的核心器件，不仅能实现高纯度单光子的定向发射，还打造出超宽带、超快响应的光电探测器，以及类生物突触能耗低的光电子突触。

“下一代智能光电量子物联网 (AIoT)产生、探测与操控不再孤立。利用纳米尺度的场增强与维度耦合，我们旨在实现对光子的‘按需产生、无损传输、宽带感知与仿生计算’的全生命周期掌控。”王志明表示。

光电量子信息技术的发展，早已从实验室的技术探索，走向了产业落地和国家战略布局的新阶段，同时也肩负着筑牢国家科技安全防线的使命。

目前，这一领域虽仍面临异质结无损转移、室温退相干等技术挑战，但科研和产业界正朝着晶圆级集成与产业化应用迈进并不断取得突破，不仅打造出了自主可控的超快激光微纳加工平台，实现了量子芯片、空间激光通信终端等核心产品的研发与小批量生产，还规划了清晰的发展路线。

王志明表示，未来几年，随着核心技术的不断突破，光电量子技术将在具身智能、低空经济、生物医学等领域规模化应用，构建起完整的自主可控产业链。

“依托核心研发平台，我们正立足成渝双城经济圈，打造国家科技安全的‘硬备份’。”王志明介绍，通过量子增强感知、量子智能赋能、量子安全通信三大方向，他和团队正致力于让光电量子信息成为推动科技进步、保障国家发展的重要力量，在经典技术止步的地方，继续丈量科技世界的深度。