光量子计算机硬件:技术核心、产业格局及未来展望
光量子计算是量子计算赛道中最接近规模化商用的技术路线之一，凭借室温运行、长相干、光速互连的天然优势，正迎来技术突破与商业化落地的关键节点。本文从技术本质、核心架构、产业格局、最新进展及投资方向展开，为行业研究与投资布局提供参考。
图：量子叠加 / 纠缠 / 干涉示意图
光量子计算以光子为量子信息载体，属于“飞行的量子比特”范式，与超导、离子阱的“静止”比特形成本质差异，核心物理优势显著：光子相干时间长，抗退相干能力强；多数操作室温完成，降低设备成本；可无缝衔接光纤通信，适配量子互联网构建。
其运行依托量子力学三大核心特性：量子叠加实现量子并行计算，量子纠缠达成远距离量子关联，量子干涉引导正确计算结果，三者共同构成光量子计算的原理根基。
光量子计算核心流程示意图（单光子源+可编程干涉仪+纳米线单光子探测器）
光量子计算机的硬件体系由量子光源层、集成光操纵网络层、超导单光子探测层组成，三层链路依次承担“产生高质量光子、精准操控光子、读取计算结果”的核心功能，各环节的技术成熟度直接决定系统保真度与运行效率，核心瓶颈与研发方向清晰。
（一）量子光源层：计算 “源头”，离散 / 连续变量路线各有优劣
图：量子光源主流类型
量子光源层是光量子计算的起点，核心任务是产生高纯度、高纠缠度的光子/纠缠光子对，分为离散变量（DV）和连续变量（CV）两大技术路线，适配不同计算架构，技术优势与挑战高度分化：
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离散变量光源：包括确定性单光子源（半导体量子点）和概率性纠缠光子源（SPDC自发参量下转换）。量子点光源可“按需”发射单光子，纯度、不可分辨性近乎完美，但需4K极低温工作，芯片集成难度大；SPDC技术成熟、可室温运行，能产生高纠缠保真度光子对，是当前主流方案，但光子产生具有随机性，存在多光子噪声干扰，需额外资源筛选有效光子。
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连续变量光源：以压缩态光源为核心，通过光学参量振荡器产生量子噪声被“压缩”的特殊光场，具备室温稳定运行、高亮度、易大规模阵列扩展的优势，是高斯玻色采样的核心光源，但受限于探测器技术门槛高、量子态易受环境干扰退相干，算法普适性不及离散变量系统。
核心挑战：实现确定性、高纯度、高亮度的单光子源，是全球光源领域的核心研发目标。
（二）集成光操纵网络层：计算“CPU”，可编程干涉仪是核心载体
集成光操纵网络层是光量子计算的核心环节，通过光子芯片上的波导、分束器、相位调制器等元件构建复杂干涉网络，实现对光子的精准操控与计算，可编程光量子干涉仪是该环节的核心载体。
其基础单元为马赫-曾德尔干涉仪（MZI），通过分束、相位调控、合束实现光子干涉，进而执行计算逻辑；相位调制器作为“可编程”关键，分热光效应（技术成熟、响应慢、功耗高）和电光效应（纳秒级响应、适合实时反馈、材料工艺要求高）两类。
MZI的集成主流拓扑结构分三种：方形网格架构（效率高、损耗低，QuiX Quantum为代表）、六边形网格架构（灵活性强、可重构逻辑门，iPronics 为代表）、时域循环架构（以时间换空间，规避空间连接难题，Xanadu为代表，适配连续变量计算）。
核心挑战：扩大干涉仪模数（光路数量）的同时，控制光子损耗与元件间串扰；实现高速、低功耗的相位调控；解决线性光学量子门的概率性问题，减少物理资源开销。
（三）光子探测层：量子 - 经典 “桥梁”，SNSPD 成主流方案
图：SNSPD原理、组成结构及性能作用
SNSPD 核心结构包括超导纳米线、螺旋线圈、读出电路和4K以下低温制冷系统，虽性能优异，但工程化落地仍面临三大难题：极低温工作环境增加系统复杂度与成本；高密度集成/阵列化过程中，散热与信号串扰问题突出；面向高速量子计算需求，响应速度与实时处理能力仍需提升。
光量子计算全球产业布局呈现“国际企业主导核心架构与高端器件创新，国内企业聚焦工程化落地与量产突破，科研机构为核心技术提供理论与实验支撑”的格局，核心环节（光源、干涉仪、SNSPD）玩家差异化竞争，上下游配套逐步完善。
量子光源：
可编程干涉仪：
SNSPD：
图：全球光量子计算最新进展
图：光量子计算未来持续发展方向展望
2025-2026年，光量子计算领域国内外迎来多项关键技术突破，芯片量产、量子优越性、商业化落地同步推进，标志着产业从技术研发向工程化、商用化正式迈进。
笔者认为2026-2028年主要仍在通用原型机、逻辑比特与量子云服务的集中落地，2030年前后有望实现百万比特级容错系统与行业规模化应用。
量子之光，方兴未艾；计算未来，步履不停。
本文仅为光量子计算领域的浅度梳理，是行业深度报告的精简版本，诸多技术细节与产业深度分析均在完整版报告中。若需要获取这份光量子计算报告的完整版，欢迎私信联系本人。
本文并未涉及超导、离子阱等其他量子计算路线，也未对量子算法的更多方向展开介绍，后续笔者还将持续更新内容，围绕量子计算的其他技术路线、量子算法等方向展开详细解读。
【参考文献及参考新闻】[1] Photonic Hybrid Quantum Computing，https://arxiv.org/html/2510.00534v1
[2]专访潘建伟：2035年中国有望造出容错通用量子计算机-未来科学大奖, https://www.futureprize.org/cn/nav/detail/1731.html
[3] Superconducting nanowire single-photon detector，Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Superconducting_nanowire_single-photon_detector
备注：本文使用了notebooklm、Gemini进行深度文献整理和知识梳理。
濮伟雯
临创司南投资经理
上海科技大学物理学博士
研究方向：AI，新材料，新能源，泛半导体
联系方式：18121213478
微信：_wwp233
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