光子晶片利用半導體發光，結合光的速度和頻寬，具備了抗干擾性和快速傳播的特性。光子技術在多個應用上的低功耗、低成本是最大的優勢。在執行平臺上，某一個區域可以同時完成很多的維納量級，以光子為載體的資訊功能分支機構，形成一個整體，具備大型綜合運算能力的光子晶片。由於資訊時代人工智慧大資料的發展，光子載體的各個分支資料流量已達到滿載，就要用整合技術將微納級的光子匯入到晶片內部，成為奈米級的光子晶片。

量子技術利用量子物理基本原理，透過操控光或物質的量子疊加和量子糾纏等內稟屬性，其資訊處理能力有望從根本上超越經典範疇的資訊科技。整合光量子晶片技術是一門結合了量子物理、量子資訊、整合光子學和微納製造等學科的前沿交叉技術，透過半導體微納加工製造，有望實現高效能且大規模整合的光量子器件和系統，達到對作為量子資訊載體的單光子進行高效處理、計算和傳輸等功能。

2008年，國際上首次實現了基於二氧化矽平面光波導體系的量子受控糾纏門和量子干涉，開創了整合光量子晶片領域的先河。在過去十年間，國內外對整合光量子晶片技術的研究,取得了許多重要進展，目前已實現了片上光量子態的製備、量子操控以及單光子探測等核心功能，並且器件整合度和功能複雜度也都得到了大幅度提高。綜述總結了整合光量子晶片的主流材料體系、核心量子光學元器件，及其量子資訊的前沿應用，包括量子金鑰分發和通訊、物理和化學系統的量子模擬、量子玻色取樣、光量子資訊處理和計算等。

整合光量子晶片的材料體系目前主要採用矽基絕緣體上、鈮酸鋰、鐳射直寫二氧化矽、氮化矽、氮化嫁、磷化銦等光波導材料。核心器件主要包括整合單光子源與糾纏光子源、可程式設計大規模整合光路、整合單光子探測器等，其中量子光源主要有非線性參量型量子光源和固態量子點型量子光源，而單光子探測主要透過超導奈米線探測和過度邊緣感應感測來實現。這些核心光量子整合器件的效能均取得了很大程度的提升。與此同時，整合光晶片平臺上也已經逐漸發展出一套可以將量子資訊精確載入在單光子的路徑、偏振、時間、空間、頻率等不同自由度的方法，為該技術的發展提供了廣闊的便利性和多樣化。

整合光電子器件在經典通訊系統中一直起著舉足輕重的作用，可以預期其也將在量子金鑰分發和量子通訊中起到重要作用，特別是微小型、低成本、高效能的量子通訊收發晶片的發展，將有助於進一步降低成本、提高可靠性，推進其實用化程序。目前，量子通訊的幾種主要協議，包括製備-測量類的通訊協議以及基於糾纏分佈和量子隱形傳態類的協議等，已先後在矽基、磷化銦、氮化矽等光子晶片上得到實驗驗證。另外，全整合型量子真隨機數發生器也有很多實驗實現，並有望在不遠的將來提供微小型、高速和低成本的真隨機數發生器。

量子線路模型和基於測量的單向量子計算模型是實現通用量子計算的主流模型。光學量子計算的線路模型實現方案存在擴充套件性困難，但基於測量的光量子計算可以大大降低需要的物理資源，並可實現通用量子計算。在可程式設計的光量子晶片平臺上，目前已成功實驗驗證了Shor因數分解演算法、Grover搜尋演算法、最佳化演算法等重要演算法，並可在單一晶片實現多種複雜量子資訊處理功能。近年來，片上製備並操控複雜量子態，包括高維量子態、多光子糾纏態、圖糾纏態等，均已在矽基和二氧化矽等平臺實現。值得一提的是，整合光量子晶片的高可程式設計性、高穩定性、高保真度，為通用量子計算的實現提供了基礎。

量子玻色取樣和量子模擬被認為是量子計算的短期實現目標和重要應用方向。觸發型玻色取樣和基於量子點光源的玻色取樣，被認為是實現具備“量子優勢”的玻色取樣量子計算的有效技術方案，有望超越經典計算機計算能力，其中前者已實現晶片上量子光源和線性網路的全整合，而後者最近在中科大發布的一個論文預印本中報道了20光子60模式玻色取樣的重要突破。整合光量子晶片體系已實驗驗證了離散型和連續型的量子漫步功能，並可用於模擬複雜的物理和生物過程。同時，整合光量子模擬器也成功驗證了多種典型的量子模擬演算法，有望有效地模擬化學分子動力學過程。