引言

量子材料和量子器件（QMDs）领域正进入一个决定性阶段，可扩展性、稳健性以及与现有技术的无缝集成已成为核心目标。受量子信息科学快速进步推动——包括通信、计算、计量和传感——量子力学正从概念验证实验发展为具有变革潜力的实用平台。这一转变得益于两个关键领域的进步：新型量子光源和探测器的发展，实现高保真度的量子态生成与测量;以及集成量子电路和先进材料的工程化，这些材料提供了前所未有的量子态控制，尤其是在光-物质相互作用中。这些突破共同奠定了可扩展量子架构的基础，有望彻底革新安全通信、信息处理和精密测量。
本文转载自《IEEE 量子电子学精选专题期刊》，第 31 卷第 5 期，2025 年 9-10 月《社论访谈：连接学术界与产业界，推动量子器件实现实际应用价值》，通过中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星研究员与科大国盾量子唐世彪副总裁的深度访谈，看他们如何拆解量子技术产业化的核心密码，如何让学术与产业携手，让量子力量真正服务于现实世界。

1、2025年的特点是对量子技术的投资和媒体关注度激增——这个里程碑对量子科技领域意味着什么?您认为这是一个转折点吗?

回应（尤）:

2025年被联合国定为“国际量子科学与技术年”。事实上，十多年来，量子技术一直是科技领域的重点关注对象。一方面，量子信息技术发展迅速；另一方面，它持续吸引着大量投资和媒体关注。因此，无论是在投资还是媒体报道方面，量子技术始终保持着较高的关注度。所以，2025年并非特例。

2、您如何看待欧洲、亚洲和美国在量子通信和量子计算的战略投资方面存在的异同?

回应（唐）：

总体而言，欧洲、亚洲和美国均制定了国家级战略规划。例如，美国于 2018 年通过《国家量子计划法案》，欧盟则在 2017 年启动 “量子旗舰计划”。在战略投资重点上，欧洲与亚洲思路相近，均同等重视量子通信和量子计算；而美国更侧重量子计算。这一点体现在，欧洲和亚洲发表了更多量子通信相关学术论文，网络建设相关报道也更为丰富；相比之下，美国在量子计算领域的研究论文更多，量子计算机相关成果报道也更突出。更多详细信息可参见兰德公司 2022 年发布的报告《量子技术领域美国与中国产业基础评估》。

此外，美国近期已加大对量子通信技术及网络的关注，但可能会采用量子密钥分发（QKD）之外的技术路径。更多相关见解可参考美国国防高级研究计划局（DARPA）2023 年推出的 “量子增强网络” 项目。

最后，这种战略投资差异可能受各地区技术与产业基础影响。例如，美国在后量子密码学（PQC）领域已处于领先地位，对量子密钥分发（QKD）的迫切需求相对较低，因此可能更重视量子计算在密码破解、人工智能增强等领域的作用。

3、与谷歌、IBM、微软等全球科技巨头相比，您认为初创企业和私人资本在构建量子生态系统中应发挥怎样的作用？

回应（尤）:

量子信息技术的发展最终将形成多领域技术融合的综合生态系统。一方面，需要谷歌、IBM、微软等大企业在系统层面提供全面推动与支持；另一方面，需要大量创新型小微企业和私人资本在不同单一技术及关键仪器领域开展研发与投资。硬件方面包括量子源、量子探测器、制冷设备、线缆、控制仪器等；软件方面包括工艺技术、设计工具、算法、操作系统、通用及专用应用程序等。这些研发与投资也将为量子生态系统的发展起到决定性支撑作用。

回应（唐）：

初创企业、私人资本与大型科技企业应保持互补共生关系。前者在发掘新技术、新应用、新市场方面灵活性更强；后者则专注力和组织能力更突出，尤其擅长突破需要大量投入的技术路径和基础平台研发。此外，前者能更高效地发挥筛选机制作用，助力识别并推广最具潜力的技术方向。

4、迄今为止，是否出现了您认为能推动量子器件从实验室走向实际部署的里程碑式技术突破？

回应（尤）:

量子器件可在众多领域发挥关键作用，但市场规模与成熟度仍需一定培育期，目前整体市场规模尚小。一方面，量子技术广阔的应用前景推动了众多关键量子组件的小规模产业化。已走出实验室的量子器件，如窄线宽脉冲激光器、单光子探测器、低噪声放大器等，正持续支撑量子技术的研发与产业发展。另一方面，部分量子器件在量子技术之外的特定领域已发挥不可替代的关键作用。以我熟悉的超导单光子探测器（SSPD）为例：美国国家航空航天局（NASA）分别于 2013 年和 2023 年两次将超导单光子探测器（SSPD）应用于深空通信项目，包括月球激光通信演示（LLCD）项目和深空光通信（DSOC）项目。这些项目通过在地面接收望远镜系统中采用高速超导单光子探测器（SSPD）阵列，使通信距离和下行数据接收速率实现了数量级提升，成为深空探测领域的里程碑事件。这也印证了光子通信将成为未来深空通信的主流技术（Proc of SPIE, 2015, 9492: 949208;

https://www.nasa.gov/mission/deep-space-optical-communications-dsoc/）。

回应（唐）：

所谓 “能推动量子器件从实验室走向实际部署的里程碑式技术突破”，必须满足两个条件：一是实际应用中不可或缺，二是技术实现极具挑战性。我认为量子通信已进入实际应用阶段，该领域确实存在此类突破——尤其是中国取得的多项成果。相比之下，量子计算尚未实现实际应用，尽管已取得量子优越性、纠错等重要技术突破，但仍未达到里程碑式突破的标准。以下是推动量子通信实际应用的里程碑式技术突破：

适配各类实际光纤部署场景的长距离量子密钥分发（QKD）器件工程化。典型案例是中国 2017 年建成的 “京沪干线” 量子保密通信骨干网，其量子密钥分发（QKD）设备体积紧凑、性能稳定，在标准通信光纤上实现了超 120 公里的实用化工作距离。

具备实用性能的星载量子密钥分发（QKD）系统，例如中国 2017 年成功测试的 “墨子号” 量子科学实验卫星，以及近期发射的 “济南一号” 微纳卫星。后者进一步提升了密钥生成速率和实时通信能力，同时降低了部署成本。

基于集成光子量子芯片的量子密钥分发（QKD）技术，该技术显著提升了系统稳定性和性价比。欧洲、美国和中国均在该方向推进，并取得了阶段性成果。

5、在当今技术格局下，推进量子材料与器件研发的根本意义是什么？您预计这些进展将如何重塑产业实践与社会结构？

回应（尤）:

量子态的产生、操控与探测是量子信息处理的核心技术，而所有这些基础量子能力都依赖于量子材料与器件。例如，没有超导薄膜，就无法实现超导单光子探测器（SSPD）或超导量子比特；没有超导单光子探测器（SSPD），就无法实现千公里级光纤量子通信（Physical Review Letters 130(21):210801. (2023)）和光量子计算原型机 “九章”（Science 370(6523): 1460–1463. (2020)）。同时，这也为人类重新认识和改造世界提供了另一种途径。传统材料与器件的功能实现，大多通过宏观尺度的自上而下加工和宏观物理态的操控完成。量子材料与器件为我们提供了量子尺度下自下而上的生长加工方式，以及对新型量子态的操控手段。这不仅满足了量子材料与器件的发展需求，还有望提升传统材料与器件的性能、降低功耗，并可能催生出一些颠覆性的新型材料与器件技术。

6、您是否观察到量子技术与其他前沿领域（如人工智能、材料科学或生物技术）的有意义融合？

回应（唐）:

目前尚未出现实质性融合，但已呈现一些新兴趋势。例如，已有研究论文和报道涉及量子计算用于分子模拟、人工智能优化量子密钥分发（QKD）参数配置、人工智能微调量子计算控制参数等主题。

7、您认为下一波量子技术创新的最关键因素是什么？这些未来突破可能会如何改变学术研究与产业投资的方向？

回应（唐）:

创新的关键因素与技术发展阶段密切相关。在基础研究阶段——技术路径、时间线和成果均存在较大不确定性，最关键的因素是良好的学术环境。这种环境应给予研究者充分自由，对研究方向限制少，并鼓励跨学科交流。

在工程或应用技术阶段——目标和路径相对明确，关键因素则变为产业引导，包括大规模项目投入和专业人才集聚。

当前，量子计算仍主要处于基础研究阶段，尤其是在算法、技术路线和架构等领域。相比之下，量子通信已更明显地进入工程化和应用研究阶段。

我认为量子芯片是最关键的突破方向——它不仅能极大加速产业应用，还能为科学创新提供重要支撑和方向指引。

8、随着大型科技企业持续加大对量子计算的投资，您如何看待学术界在量子技术发展中的作用？您是否担心产业主导的项目会挤压基础研究空间？

回应（尤）:

量子计算距离成熟仍有较大差距，仍存在大量科学和工程问题亟待解决。量子领域的科学家和工程师均严重短缺。学术界需要在新型量子原理、新型材料、新型器件以及人才培养方面发挥不可或缺的作用。产业界主导的研发工作将推动量子技术发展和量子工程技术进步，同时也会提出更多量子技术领域的基础性科学问题——即 “真正的” 问题。产业界提出问题，学术界研究者提供答案。通过做好分工协作，这实际上是最理想、最高效、最科学的发展模式。

回应（唐）:

我不担心大型科技企业会挤压学术界的基础研究空间。相反，我认为学术界的作用将变得更独特、更不可或缺。这是因为学术界在前沿探索、理论研究和人才培养等方面发挥着不可替代的核心作用——这些对于科技企业的持续发展至关重要。虽然当技术达到高度成熟阶段时，可能会出现产业主导、学术界相对退居次要地位的情况，但目前我们显然尚未进入该阶段。

9、在您看来，学术界与产业界应如何更有效地合作，以加速量子技术的商业化进程？是否有值得借鉴的成功合作模式？

回应（尤）:

我将通过超导单光子探测器的研发与产业化案例来回答这个问题。2017 年，我和团队创办了赋同量子科技，推进超导单光子探测器技术的产业化。过去几年间，我们已向国内外用户提供了 200 余套超导单光子探测器系统，实现销售收入2亿元人民币。我认为这是量子器件技术产业化的成功案例，对此我深感自豪。

高性能超导单光子探测器产品不仅包括高性能超导单光子探测器芯片，还涵盖成熟的低温制冷系统和电子学系统。高性能超导单光子探测器芯片依赖先进的超导制备工艺平台，这类平台主要由高校和科研院所运营，目前尚无商业化工艺平台可用。作为初创小企业，自建生产线既不现实也不经济。因此，赋同量子科技与中科院上海微系统所开展了紧密合作：赋同量子科技聚焦超导单光子探测器系统的外围技术研发、工程化、商业推广及服务；中科院上海微系统所主要开展器件技术研究，提供各类性能的超导单光子探测器器件；同时，双方合作探索超导单光子探测器的应用场景。商业收入不仅支撑了公司的发展运营，还部分反哺超导单光子探测器芯片的研发和团队的可持续发展。

图 ：产学研合作模式

回应（唐）:

有效合作的关键条件，一是确立共同目标，二是开展互动式技术研发。要实现这些条件，我认为最有效的方式是联合搭建研究平台与设施。例如，产业界可在高校内投资建立联合实验室或研究中心；或由政府牵头组建研究中心，引导学术研究者参与产业转化，同时鼓励人才双向交流。典型案例是美国的半导体制造技术联盟（SEMATECH），该联盟由美国政府发起，多家竞争企业（如 IBM、英特尔、德州仪器等）联合出资，联合高校和国家实验室开展先进制造工艺的联合研究。