2026年4月14日——一篇最新综述论文指出，若能研制出合适材料，量子光子学将成为未来量子技术的关键支柱。

光子学通过操控光量子为量子技术发展提供了一条路径。作者认为，若可编程光子平台得以实现，将催生量子神经网络、分布式量子计算等突破性技术。

目前多数光子元件已能集成至单一硅芯片。但正如拼图碎片虽齐全却需巧妙组合，当前技术瓶颈在于如何实现高效可控的集成——现有器件一旦制成便无法重构。

该综述由ARC变革性超光学系统卓越中心（TMOS）科学家团队完成，中心主任Dragomir Neshev教授领衔。

“可编程量子光子系统是本中心重点攻关方向，”来自TMOS与电子材料工程系的Neshev教授表示，“我们已取得重要突破，整合这些优势成果至关重要。”

这篇发表于《自然-光子学》的综述由悉尼科技大学Igor Aharonovich教授、墨尔本大学Ken Crozier教授及Neshev教授共同撰写。

相较于激光器、晶体管等依赖静态量子特性的现有设备，研究者设想开发可编程的新一代量子器件。这一转型被称为“第二次量子革命”。

尽管多种技术平台正角逐未来量子市场份额，作者指出光子学平台具有独特优势：光子退相干率低，且能编码多维量子态信息。

“可编程量子电路将推动量子光学从概念验证迈向第二次量子革命的实际应用，”研究团队强调，“但实现可编程量子光子学的关键拼图——多功能性仍待突破。多数应用需要能同步重构多组件的系统。”

例如：能否同时调节光源波长与偏振态，并将光子导向不同探测器？

综述系统梳理了从可调谐量子光源开始的关键可编程元件。这类光源既要产生量子纠缠光子，还需精准调控光场结构（包括频率、振幅、相位和偏振），从而实现量子涡旋、矢量光束等特殊态，大幅提升光子电路性能。

虽然当前主流光源采用自发参量下转换等非线性过程，但作者认为单光子源潜力巨大。范德瓦尔斯晶体仅通过层间堆叠或扭转即可实现调控，目前已开发出可同步调节此类晶体与其他片上元件的微机电系统。

“仅改变这些超薄材料的堆叠方式就能实现惊人调控，”Crozier教授指出，“但范德瓦尔斯晶体在亮度、光子纯度和相干性方面仍逊色于量子点、色心等主流光源，尚需改进。”

动态调制元件作为“关键模块”，是另一核心挑战：传统相位/频率调控方案存在体积大、损耗高、切换慢等缺陷。尽管已有多种解决方案，尚无单一材料平台能同时满足高效能量耦合、低功耗、超快切换及可扩展性等要求。

作者相信二维材料未来或可满足所有条件。“未来量子电路的每个组件都能用二维材料构建，”Aharonovich教授解释道，“这类材料功能强大且多元，能实现带隙工程、光电/非线性效应及量子光源等功能，其卓越的可调性将提供全新控制工具包。”