一、前言

近年來，隨著人工智慧快速發展及高速資料傳輸需求的提升，矽光子(Silicon Photonics)技術逐漸成為全球半導體與資訊科技產業的重要發展方向。許多國際新創公司與大型科技企業積極投入相關研發，推動矽光子技術在人工智慧運算、資料中心、高速通訊、量子運算以及醫療監測等領域的應用創新與技術突破。本報告彙整七項以矽光子技術為核心之創新應用案例，並說明其最新技術發展趨勢與應用方向。各項案例摘要請參閱圖一。

二、創新案例

(一) 具量產潛力的矽光子量子晶片組 Omega
開發廠商：美國 PsiQuantum
美國PsiQuantum 目標為開發具備百萬量子位元(qubits)且具備容錯能力(fault tolerance)的光量子電腦。 PsiQuantum的核心產品Omega晶片，採用先進的矽光子製程技術，且與半導體製程相容，能夠直接利用現有晶圓代工廠之設備進行製造。技術上，Omega晶片將單光子光源、干涉儀與光子偵測器等關鍵元件整合於同一矽光子平台上，並採用模組化架構，可依需求組裝與擴充，構成光量子運算平台。此外，為確保量子運算過程的穩定性，PsiQuantum摒棄傳統「吊燈式」冷卻機設計，發展出外型與資料中心伺服器機架相仿的先進低溫冷卻系統(Cryogenic Cooling)。此設計不僅具備可量產性與可擴充性，亦有助於量子運算設備的部署。

目前PsiQuantum正與美國SLAC 國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory)及英國Daresbury實驗室(Daresbury Laboratory)等機構合作，共同研發量子系統所需的低溫技術，並優化整體系統整合與運作效能，預計於 2027年在布里斯本(Brisbane)與芝加哥(Chicago)部署首批可實際運作的量子電腦。

(二) 模組化設計的光量子電腦 Aurora
開發廠商：加拿大 Xanadu Quantum Technologies
加拿大 Xanadu Quantum Technologies致力於開發低能耗、高穩定性且具擴展性的量子運算平台，推動量子科技於人工智慧、化學模擬與加密運算等場域之應用。Xanadu 成功建構出通用型光量子電腦 Aurora。該系統具備 12 個量子位元(qubits)的運算能力，由四個獨立伺服器機架組成，涵蓋35顆光子晶片。與必須在極低溫環境中運作的超導量子電腦不同，Aurora 能於室溫下穩定運行，且系統採用模組化設計，能以光纖串接多個量子晶片，並能逐步擴充為更大型的量子運算網路。未來Xanadu 將持續致力於降低晶片光學損耗與提升製程效率，並與半導體代工夥伴合作推動量產，且公司計畫於2029年前建立以Aurora為核心的大型量子資料中心。

(三) QCi 採用新材料的低功耗光子晶片
開發廠商：美國 Quantum Computing Inc. (QCi)
美國 Quantum Computing Inc. (QCi)致力於光子積體電路(PIC)、先進量子感測等技術發展。QCi成功以薄膜鈮酸鋰 (Thin-Film Lithium Niobate, TFLN)材料為核心材料，開發出高效能的 PIC 平台。TFLN具備優異的電光調變能力與低光損耗 等特性，能在室溫下穩定運作，並與光子積體電路高度相容。前述特性使量子元件得以實現微型化，突破傳統低溫量子硬體體積龐大的限制。

目前，QCi已於美國建造全新的 TFLN 光子晶片代工廠(Foundry)，該設施支援從設計模擬、製造、光學封裝的全流程，能為客戶生產光子積體電路與光電模組，如調變器(Modulator)、濾波器、共振器等，為美國少數具備商用 TFLN 晶片量產能力的企業。未來，QCi 規劃擴充代工廠的產能，並與合作夥伴優化製程整合與設計自動化能力，並且積極推動產學合作與設計支援服務，以加速 TFLN 光子技術在量子運算、人工智慧、安全通訊等關鍵領域的應用與技術優化。

(四) 採用先進光學互連技術的AI 運算架構 Photonic Fabric
開發廠商：美國 Celestial AI
美國Celestial AI 致力於開發以光學互連(optical interconnect)為核心的高速資料傳輸技術。其創新的 Photonic Fabric 平台利用光訊號取代傳統電訊號，能在AI晶片與記憶體元件之間建立高速、低延遲的連線，以大幅提升 AI 運算效能。Photonic Fabric 平台涵蓋多層次光學互連解決方案，包括：OMIB(Optical Memory in the Box)，為封裝內光學互連技術，能支援多晶片整合；PFLink，為 AI 晶片與記憶體之間的高速光學互連技術，並可延伸至伺服器與機架間的連接；PFSwitch能在運算節點間靈活分配光訊號路徑，以協調資料傳輸並提升整體網路效率，構成高效率的光學互連架構。

Celestial AI 目前正與多家雲端運算與晶片製造商合作，將Photonic Fabric 技術整合於下一代的AI系統中，並持續探索該平台於資料中心、高效能運算(HPC)及網路基礎架構等領域的應用潛力。

(五) Ephos 以玻璃為基底的低損耗光子晶片
開發廠商：義大利 Ephos Inc.
義大利 Ephos 研發出先進的飛秒雷射刻寫技術(Femtosecond Laser Writing, FLW)，可在玻璃基板上直接製作高精度的光子電路。相較於傳統以矽為基底的晶片，該技術可避免在光纖與晶片介面間產生嚴重的光子損失，不僅可有效降低訊號損耗，亦能維持系統的高穩定性。此項低損耗特性對量子運算極為關鍵，可最大程度減少因光子流失造成的運算錯誤。Ephos的FLW技術亦可應用於人工智慧、資料中心、資安通訊與精密感測等領域。該公司計畫持續擴大產能並降低製造成本，已於今年7月宣布將在義大利建造第二座玻璃晶片製造工廠，同時計畫將技術應用從量子運算延伸至人工智慧與資料中心。未來發展重點包括開發更複雜的光子積體電路，以及發展符合北約標準的國防級光子應用。

(六) OpenLight 整合雷射光源的高效能光子晶片
開發廠商：美國 OpenLight
美國 OpenLight 致力於開發新一代光子積體電路(Photonic Integrated Circuit, PIC)，以提升資料中心與高效能運算系統的資料傳輸效能。其核心技術為將磷化銦(InP)雷射與矽光子元件整合於單一晶片，使光訊號可直接在晶片內產生並傳輸，取代傳統需外接雷射模組的架構，從而降低系統功耗、提升光傳輸穩定性，並減少外接雷射模組所需的封裝成本。另外，OpenLight 亦提供光子積體電路設計工具，內含磷化銦(InP)雷射、調變器、光波導(Waveguide)、光偵測器(Photodetector)等元件模組，讓開發者能依應用需求進行客製化晶片設計。

近期，OpenLight 推出首款內建雷射的光子積體電路樣品，並透過半導體代工廠 Tower Semiconductor 驗證其製程相容性與光學性能。同時，該公司亦與多家產業夥伴合作，推動光子積體電路(PIC)之客製化設計與量產服務，其中包括電子設計自動化(EDA)廠商Synopsys，以及晶片封裝與測試服務供應商Jabil。

(七) 以光偵測技術驅動的智慧健康手環 Bioptx
開發廠商：美國 Rockley Photonics
Rockley Photonics 專注於開發以矽光子技術為核心的生醫感測解決方案，其推出的 Bioptx 智慧手環，利用多波長雷射光結合光譜分析與人工智慧演算法，量測組織內的脫水狀態、血壓及代謝等相關生理訊號。Bioptx 內建高度整合的光子感測模組，其核心光譜儀晶片可產生多組不同波長的雷射光，並採用多微米波導(multi-micron waveguide)技術，將光源與偵測元件整合至微型電路中。相較於傳統可見光感測技術，Bioptx採用的矽光子平台具備更高訊號靈敏度與低雜訊特性，能在室溫下穩定運作，提升長時間監測的準確性與可靠度。

Bioptx 已完成多項人體試驗，並展現出良好的成果：在非侵入式脫水偵測研究中，裝置對脫水狀態的預測準確率達 99%；在血壓監測試驗中，其量測結果符合美國 FDA 所採用的臨床精度標準(誤差範圍介於−10 至 +25 mmHg)。Rockley Photonics 計畫在後續臨床階段中擴大血壓偵測範圍，並持續進行相關驗證。