2025年中國量子通信行業(yè)元器件現(xiàn)狀 關(guān)鍵元器件的發(fā)展有利于支撐量子通信規(guī)模化部署【組圖】

行業(yè)主要上市公司：國盾量子(688027.SH);中天科技(600522.SH);亨通光電(600487.SH);科大國創(chuàng)(300520.SZ);電科網(wǎng)安(002268.SZ);神州信息(000555.SZ)等

本文核心數(shù)據(jù)：市場規(guī)模;國產(chǎn)化;競爭格局;

量子通信行業(yè)關(guān)鍵元器件眾多

目前，量子通信的關(guān)鍵元器件有光芯片、激光器、量子隨機數(shù)發(fā)生器、單光子探測器。除此之外，量子通信行業(yè)其他關(guān)鍵元器件還包括：量子安全路由器以及量子交換機等。

光芯片25Gbs國產(chǎn)化有待提升

光芯片，又稱光子芯片或光電芯片，是一種重要的集成光電子器件。光芯片按功能可以分為激光器芯片和探測器芯片，其中激光器芯片主要用于發(fā)射信號，將電信號轉(zhuǎn)化為光信號，探測器芯片主要用于接收信號，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。激光器芯片，按出光結(jié)構(gòu)可進一步分為面發(fā)射芯片和邊發(fā)射芯片，面發(fā)射芯片包括VCSEL芯片，邊發(fā)射芯片包括FP、DFB和EML芯片;探測器芯片，主要有PIN和APD兩類。從國產(chǎn)化率來看，截至2023年國內(nèi)相關(guān)企業(yè)僅在2.5G和10G光芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)核心技術(shù)的掌握，2.5G及以下速率光芯片國產(chǎn)化率超過90%;10G光芯片國產(chǎn)化率約60%;25Gbs及以上的光芯片國產(chǎn)化率低，僅有4%。

2025年，中國光子芯片產(chǎn)業(yè)迎來了產(chǎn)業(yè)化和創(chuàng)新體系的重大躍升。以“流星1號”光計算芯片量產(chǎn)、6英寸薄膜鈮酸鋰晶圓規(guī)模化、超復(fù)用光子張量處理器問世為代表的先進技術(shù)，正逐步融入華為昇騰等本土算力體系，為AI計算、高速通信、量子信息等關(guān)鍵領(lǐng)域構(gòu)筑了堅實的自主技術(shù)基礎(chǔ)。

激光器將支撐量子通信規(guī)模化部署

量子精密測量利用量子態(tài)的敏感性提升測量精度，其應(yīng)用涵蓋原子鐘、量子磁力儀、引力波探測等領(lǐng)域，激光器是這些系統(tǒng)的核心光源。量子級聯(lián)激光器是一種基于半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的超小型激光源，其工作原理依賴于電子在量子阱子能帶間的躍遷。與傳統(tǒng)激光器不同，量子級聯(lián)激光器通過多級有源區(qū)的級聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)電子重復(fù)利用，從而在單一電子穿過器件過程中產(chǎn)生多個光子，顯著提高電光轉(zhuǎn)換效率和輸出功率。這種獨特的工作機制使其在中紅外至太赫茲波段具有較高功率和較窄線寬，為量子通信領(lǐng)域提供了新的可能性。

近年來，由于光纖激光器性能優(yōu)異，適用性較強，近十年市場份額快速提升，未來光纖激光器將逐步成為激光器市場主導(dǎo)類型。根據(jù)Laser Focus World數(shù)據(jù)顯示，2018-2024年，我國在全球激光器市場中所占的比重呈波動上漲趨勢，市場規(guī)模從94.5億美元增長至172億美元，折合人民幣我國激光器市場規(guī)模約1229億元。

量子隨機數(shù)發(fā)生器在QKD中至關(guān)重要

QRNG(量子隨機數(shù)發(fā)生器)通過充分利用量子力學(xué)的隨機性質(zhì)，實現(xiàn)了真正的隨機數(shù)生成，為量子通信系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的安全基礎(chǔ)。在量子通信中，隨機數(shù)的生成對于QKD協(xié)議至關(guān)重要。QRNG通過基于量子態(tài)的測量利用不可預(yù)測的量子性質(zhì)，確保了生成的隨機數(shù)無法被經(jīng)典計算機所預(yù)測或推測。這種真正的隨機性為量子密鑰的生成提供了堅實的基礎(chǔ)，防范了潛在的信息竊聽和破解威脅。量子隨機數(shù)發(fā)生器的隨機性來源更加清晰，并可采用物理滴理論嚴格證明其隨機性，具有更高的安全性。隨機數(shù)在社會生活不同方面都有著重要的應(yīng)用，尤其是如今的計算機、信息安全等領(lǐng)域。更值得注意的是，隨機數(shù)在量子密鑰分發(fā)(QKD)技術(shù)中也有著至關(guān)重要的地位，是隨機密鑰安全性的來源，同時在后處理中也是必不可少的。量子隨機數(shù)的產(chǎn)生包括隨機源選擇、數(shù)字化采樣、數(shù)據(jù)后處理、隨機性檢驗四個步驟：

單光子探測器主要有五家頭部企業(yè)

單光子探測器是一種高靈敏度的光探測器，能夠在非常低的光照條件下工作，甚至能夠檢測單個光子。量子信號在傳輸過程中會因光纖衰減、散射等因素產(chǎn)生光子損耗。單光子探測器通過精確測量接收端光子的數(shù)量，與發(fā)射端發(fā)射的光子數(shù)量進行對比，能準確評估量子信道的損耗情況，為量子通信系統(tǒng)的性能優(yōu)化提供依據(jù)。探測器憑借其高靈敏度和低噪聲特性，能夠檢測到噪聲光子，通過對噪聲光子的統(tǒng)計分析，評估量子信道的噪聲水平，以便采取相應(yīng)的降噪措施，提高量子通信的質(zhì)量和可靠性。

目前，常用的單光子探測器件主要有光電倍增管(PMT)、雪崩光電二極管(APD)及超導(dǎo)納米線單光子探測(SNSPD)等。其中，光電倍增管和雪崩光電二極管都屬于傳統(tǒng)單光子技術(shù)的光電器件。光電倍增管由光窗、光電陰極、聚焦電極、倍增極及陽極等部分組成。雪崩光電二極管是具有內(nèi)部光電增益的半導(dǎo)體光電子器件，利用載流子的雪崩倍增效應(yīng)來放大光電信號。隨著光電探測技術(shù)以及新型結(jié)構(gòu)的發(fā)展，出現(xiàn)了基于量子點的單光子探測器、可見光子計數(shù)器、基于頻率上轉(zhuǎn)換技術(shù)的單光子探測器和超導(dǎo)單光子探測器等多種新穎光電探測器。目前，中國單光子探測器的供應(yīng)商主要有：國盾量子、問天量子、啟科量子、國騰量子、九州量子等。

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