前瞻技術脈動：光子與量子技術(202521)
科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2025年10月15日
圖、前瞻技術脈動：光子與量子技術(202521)
量子機器學習首次改善半導體製造
澳洲國家研究機構—聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的研究人員首次利用量子機器學習來製造半導體，該研究發表在《先進科學》雜誌。研究人員專注於半導體設計過程中的關鍵步驟——模擬半導體材料的歐姆接觸電阻。歐姆接觸電阻的建模非常困難。目前的方法採用經典的機器學習(CML)演算法，但它們需要大量資料集，並且在小樣本、非線性設定下效能會下降。該研究採用量子機器學習(QML)方法，對159個GaN HEMT（氮化鎵高電子遷移率電晶體）半導體實驗樣本的數據進行分析。研究開發了一種量子核對齊回歸器 (QKAR) 架構，將經典資料轉換為量子態，從而啟動機器學習過程。從資料中提取所有特徵後，經典演算法會檢索訊息，然後對其進行訓練以指導製造過程。
參考來源：Quantum machine learning improves semiconductor manufacturing for first time. phys.org, 2025/7/3
即時模擬使理解非線性量子動力學變得更加容易
在量子系統中，非線性響應加深了我們對量子動力學的基本理解，也指導了功能性材料和未來量子技術的設計。由東北大學物理學助理教授在《物理評論快報》發表的研究論文指出，長期以來在頻域中計算非線性響應函數，建立所謂的多點相關函數──結合空間和時間中不同點的資訊進行計算──然後利用微擾理論來組合最終結果。但是當材料中的粒子之間存在強關聯，或發生顯著的耗散時，它們會變得極其複雜，導致執行所有必要的多點關聯計算需要大量的步驟和複雜的圖表。然而該研究提出的新框架可以提取有關非線性響應的信息，而無需顯式的多點相關性。該新方法應用精心設計的外部場，並直接追蹤可觀測量隨時間的變化。透過對時間演化資料應用數值泛函導數程序，可以提取每個所需階數的非線性響應函數。在實踐中，唯一的要求是能夠在所選場下將系統隨時間向前傳播。
參考來源：Real-time simulation makes understanding nonlinear quantum dynamics much easier. phys.org, 2025/7/10
更大的分子如何幫助量子電荷流持續更長時間
量子相干性對量子電腦、超靈敏感測器和雷射驅動化學控制等技術至關重要，電子在幾飛秒（十億分之一秒的百萬分之一）內就會失去量子“同步”，尤其是在分子巨大而柔軟的情況下，即量子的去相干(decoherence) 嘗試不同的方法來維持量子相干性 洛桑聯邦理工學院以及亞利桑那大學研究人員研究了一系列簡單的有機分子，每個分子的末端都由炔烴和醛基隔開。模擬結果顯示，延長碳鏈實際上有助於電子保持更長時間的同步，這可能有助於設計出能夠更長時間保持量子特性的分子。研究人員將原子核（原子的重核）視為按照經典力學規則運動，同時也用量子力學的精確定律仔細追踪較輕的電子，完全捕捉它們的波動性和概率性。研究發現，添加碳原子可以減緩去相干，在像戊炔醛這樣較大分子中，某些通常會擾亂電子流的振動變得不那麼活躍，甚至消失。研究表明，只有那些能夠保持分子對稱性的特定振動才會對相干性產生顯著影響。而原本可能造成擾亂的平面外振動，結果卻幾乎沒有影響。研究人員還發現，電荷遷移不僅持續時間更長，更容易觀察到。
參考來源：How bigger molecules can help quantum charge flow last longer. phys.org, 2025/6/4
新的雷射電力轉換器可以將電力傳送到更遠的偏遠地區
高效率雷射電力傳輸仍受大氣干擾、安全風險、追蹤精度與穩定性限制，影響實用性與部署可行性。開發高效多接面轉換器，針對紅外雷射設計，提升電力與資料傳輸效率與穩定性，並可整合光纖系統，適用遠距應用。加拿大渥太華大學與德國Fraunhofer研究所合作，開發雷射電力傳輸技術，以解決傳統光纖系統在長距離傳輸中面臨的效率低落、光損大與電壓不足問題。團隊設計多接面光子功率轉換器，專為紅外波段雷射優化，透過半導體堆疊提升光電轉換效率，達到53%轉換率與穩定輸出超過2伏電壓。此系統可同時傳輸電力與資料，並能整合現有光纖網路，強化在遠距與極端環境中的應用穩定性。其應用場域涵蓋智慧電網監控、風力機感測器、IoT裝置、無人機與太空設備等。(1436字；圖1)
參考來源：New laser power converters can transmit power to further, remote destinations. TechXplore, 2025/6/23
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