前瞻技術脈動：光子與量子技術（202511）

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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2025年5月23日

圖、前瞻技術脈動：光子與量子技術（202511）

光電子學從手性鈣鈦礦和III-V半導體中獲得自旋控制
大多數現代光電子設備依賴電荷與光之間的轉換，但自旋是另一項重要性質，控制自旋可實現許多新效應和功能。由National Renewable Energy Laboratory研究團隊發表於《Nature》期刊的研究成果指出，該團隊透過整合手性鈣鈦礦和III-V半導體，在光電子學領域取得了顯著進展。研究團隊使傳統LED能在室溫且無需磁場的情況下發射偏振光，同時控制電子自旋。透過結合這些材料，該團隊增強了發射光的偏振效果，對於資料處理應用和能源效率至關重要。研究成果為可控自旋光電子裝置開創了新的可能性，充分利用電子的基本性質，超越了傳統基於電荷的技術。該研究是由Center for Hybrid Organic Inorganic Semiconductors for Energy資助。
參考資料：Optoelectronics gain spin control from chiral perovskites and III-V semiconductors. Science Daily. 2024/07/02.

量子謎題解決？固態氖量子位元如何改變量子計算的未來
製造一台高效的量子電腦需要一個可靠的量子位元(qubit)，能在足夠長的時間內同時存在於0和1的狀態，即其相干時間(coherence time)。由Florida State University研究團隊發表於《Physical Review Letters》期刊的研究成果指出，該團隊透過探索固態氖量子位元(electron-on-solid-neon qubit)取得了量子計算領域的顯著進展。研究團隊探討固態氖表面的獨特性質，發現微小表面缺陷在穩定量子狀態上起著至關重要的作用，對量子計算操作至關重要。這些缺陷使我們可精確地捕捉和操控電子，將量子位元的相干時間(coherence time)延長至遠超過傳統基於半導體和超導體的量子位元。該突破不僅增進了我們對固態氖量子動力學(quantum dynamics)的理解，還提供了關於優化量子位元性能的重要見解。透過減少來自背景電荷(background electrical charge)的干擾，並探索與微波光子(microwave photon)能量相符的受控電子操弄(controlled electron manipulation)，研究成果為未來更可靠、更高效的量子計算技術奠定了基礎。該研究是由National Science Foundation、Gordon and Betty Moore Foundation和Air Force Office of Scientific Research資助。
參考資料：Quantum Riddle Solved? How Solid Neon Qubits Could Change Computing Forever. SciTechDaily. 2024/07/03.

世界上最精確的原子鐘每30億年偏差1秒
由Joint Institute for Laboratory Astrophysics研究團隊將發表於《Physical Review Letters》期刊的研究成果指出，該團隊透過開發使用鍶(strontium)原子製造的極其精確的原子鐘，取得了時間記錄方面的突破性進展。這種新型原子鐘以驚人的頻率，每秒429兆次的速度運行，遠遠超越了目前以銫(cesium)為基礎的標準。與使用微波的傳統原子鐘不同，這種原子鐘採用可見光波，提供更高的頻率，因此具有更高的精確度。其精確度的關鍵在於在光晶格(optical lattice)中捕捉數以萬計的鍶原子，這種晶格是一種像雷射網一樣的結構，能在原子擺動時保持它們的穩定性。透過最小化外部因素如光波波動和原子碰撞引起的誤差，研究團隊實現了每千京分之8.1的精確度，即該原子鐘在300億年的時間內只會偏差一秒，為宇宙當前年齡的兩倍以上。這種極端的精確度不僅有望革新GPS和通訊系統等技術，還提供了研究基本物理學的機會，包括重力如何影響微小尺度上時間的流逝。
參考資料：World's most accurate atomic clock off by 1 second every 30 billion years. New Atlas. 2024/07/04.

更好地理解波傳遞過程可促進5G和6G網路的發展
來自西班牙格拉納達大學的研究團隊進行了兩項科學研究，旨在理解電磁波在媒介中的傳播方式，進而改善5G和6G網路的及性能。第一篇發表於《IEEE Transactions on Wireless Communications》期刊，研究了使用環形陣列來估算信號在介質中傳播的到達角度和時間。這種感測器幾何結構有助於更準確地掌握電磁波的傳播特性。第二篇發表於《IEEE Transactions on Vehicular Technology》期刊，聚焦於工業環境中的波傳播特性，尤其是毫米波傳播如何在工廠內受重型機械等障礙物影響。這項研究在歐洲唯一的5G智慧生產實驗室進行，能做為工業無線網路性能的指導方針。研究結果奠基了工業4.0中的生產自動化的理論基礎，尤其是瞭解新頻段電磁波的傳遞方式，對未來5G和6G的網路建置至關重要。(1347字；圖1)
參考資料：Better understanding of wave propagation processes could boost 5G and 6G networks. TechXplore. 2024/07/08.

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