引言
量子计算领域正在经历深刻的技术演进，这一进程由光子技术的进步所驱动。随着研究人员和企业努力克服阻碍量子系统商业化的障碍，光子技术已经成为关键的使能技术，其作用类似于硅在经典计算中的基础地位。未来的发展依赖于精密光源、集成光子线路以及超低损耗互连技术，这些技术需要满足量子应用在计算、安全通信和高精度传感等领域的严格要求。
量子优势与光子特性
量子优势源于光子本身的特性。这些粒子具有内在的量子力学性质，并且对环境噪声表现出显著的抗干扰能力，使其成为量子信息的理想载体。在量子计算架构中，量子比特利用同时存在于多个状态的能力，这是经典系统无法实现的现象。量子传感应用利用类似的原理，采用诸如操纵固态色心的技术，其中经典光激发特定跃迁，通过荧光检测揭示量子自旋态。其他实现方案采用冷原子、压缩光或超导线路，但在所有这些方法中，光子都能实现经典系统根本无法达到的功能。
图1：Chilas Lasers器件的内部结构，展示了用于量子应用的超窄线宽激光系统所需的精密工程设计。
光子技术基础：窄线宽激光器
满足严格性能标准的专用光学元件构成了所有光量子技术应用的基础。窄线宽激光器代表了该领域的基础技术，为原子捕获、离子操纵和原子钟等应用中操纵量子态提供必要的精度。荷兰开发商Chilas Lasers制造的混合集成激光器将硅基光电子与半导体光放大器相结合，实现了亚千赫兹线宽。这些宽调谐系统满足量子传感和量子计量学的严格要求，同时支持可规模化制造，这对于从研究原型过渡到商业系统来说是一个关键考虑因素。
可扩展性挑战与集成光子线路
可扩展性已成为量子计算发展的决定性挑战。传统的体光学装置无法提供商业级系统所必需的小型化、稳定性和芯片级集成。这一现实促使光量子集成线路领域的密集创新。德国微电子研究机构IMS CHIPS开发专门针对量子应用定制的CMOS兼容光子集成平台。其工艺工具包涵盖硅和氮化硅光子技术，每种材料都针对不同的性能特性进行优化，包括光学损耗、开关速度和非线性响应。该研究所目前正在扩展到薄膜铌酸锂平台，业界重视这种材料的强电光特性和低传播损耗，这些特性对于高速量子调制和纠缠分发来说表现最优。
来自莱布尼茨汉诺威大学的衍生公司TwinPhotonics通过为量子网络设计的模块化光子系统来应对可扩展性挑战。该平台强调多量子比特架构所需的低串扰和高相干信号路由。模块化、即插即用的设计理念支持可扩展和可重构的光子子系统，使量子处理器更接近可在实际应用中部署的市场化形态。
图2：Modulight的综合制造设施，展示了支持光量子元件研究和批量生产的内部设计、外延生长和封装能力。
纠缠态生成技术
纠缠态生成代表另一个关键前沿领域。芬兰半导体激光器制造商Modulight探索将激光二极管与非线性材料相结合的集成平台，用于片上生成纠缠光子对。由于纠缠处于量子通信和分布式量子计算的核心，紧凑高效的纠缠光子对源对于驱动未来量子网络必不可少。Modulight利用垂直集成制造和单片集成专业知识，创建降低系统复杂性、功耗和物理尺寸的紧凑型光源，为可实地部署的量子器件创造条件。
长距离量子通信要求以最小损耗传输光子以保持信号完整性。超低损耗互连和先进光纤技术对于量子密钥分发和其他基于纠缠的协议来说不可或缺。总部位于瑞士的DIAMOND SA使用专有的有源芯对准技术构建超低损耗互连解决方案。这种方法最大限度地减少了插入损耗和背向反射，这两个因素对量子信号完整性影响极大。这些元件确保在长距离传输过程中保持相干性，使稳健且可扩展的量子通信基础设施得以发展。
图3：DIAMOND SA的有源芯光纤对准技术，采用双组分套圈（上图）以及公司位于瑞士的总部鸟瞰图（下图），展示了支持量子互连发展的精密工程和基础设施。
未来展望与市场分析
展望未来，尽管取得了显著进展，但仍存在若干挑战。光量子技术要求在制造、材料纯度和对准方面达到极高的精度。集成不同材料（例如用于激光器的III-V族半导体与用于无源光子器件的硅）为制造工作流程增加了相当大的复杂性。不过，行业和政府主导的标准化工作正在获得势头，致力于定义接口规范、设计库和性能基准，以促进互操作性并降低开发成本。随着这些标准的成熟，从研究原型到商业级量子系统的过渡将会加快。
光量子技术市场本身反映了这种技术势头。市场分析预测，该市场将从2025年的约7亿美元增长到2033年的约50亿美元，复合年增长率为33%。主要增长驱动因素包括国防和金融领域对安全通信技术的需求、医疗和地球物理领域的量子传感应用，以及物流、金融和制药领域对量子计算的采用。虽然美国目前通过强大的公共和私人投资、学术界与工业界的合作以及支持性政府政策而处于领先地位，但预计亚太地区将成为未来十年增长最快的市场，这得益于不断增长的研发努力和跨多个垂直领域的应用采用。
参考文献
[1] Nikitskiy, "Photonics: The Backbone of Scalable Quantum Technologies," Photonics.com, 2025. [Online]. Available: https://www.photonics.com/Articles/Photonics_The_Backbone_of_Scalable_Quantum/a71247. [Accessed: Sep. 30, 2025].
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