震惊!全球首个氮化镓量子光源芯片,量子互联网新纪元真来了?_PCIM氮化镓技术展

2025年5月9日，在第九个中国品牌日活动中，电子科技大学周强教授团队正式发布全球首个氮化镓量子光源芯片。这一成果不仅攻克了多项关键技术难题，还在多项核心指标上达到国际领先水平，为量子互联网的发展带来了重大突破，有望在2026年实现多场景技术验证。

一、技术突破：氮化镓材料重构量子光源范式

(一)材料创新驱动性能跃升

团队创造性地将第三代半导体材料氮化镓引入量子光源领域，攻克了高质量氮化镓薄膜制备和低损耗波导结构设计两大技术壁垒。通过引入“缓冲层”解决蓝宝石衬底与氮化镓的晶格失配问题，获得无缺陷的高纯度氮化镓晶体薄膜，其晶体质量达到国际顶级水平。同时，采用迭代电子束曝光和干法刻蚀工艺，将波导侧壁粗糙度控制在纳米级，使光传输损耗降低至 0.1dB/cm 以下，较传统氮化硅波导提升 5 倍。

(二)核心指标国际领先

波长覆盖范围：输出波长从 25.6 纳米扩展至 100 纳米，可同时支持光纤通信(1550nm)、量子密钥分发(800nm)等多频段需求，较现有氮化硅量子光源波长资源增加 3 倍。

纠缠光子对生成速率：在 200mW 泵浦功率下，每秒可产生 10⁷ 对纠缠光子，纠缠保真度超过 90%，满足实用化量子通信需求。

器件集成度：芯片尺寸仅 0.14 平方毫米，可在单一芯片上集成光源、调制器和探测器，为大规模量子芯片阵列奠定基础。

二、市场推演：开启万亿级量子经济新蓝海

(一)量子通信领域的战略价值

金融与政务安全：基于量子不可克隆原理，可构建抗量子计算攻击的加密体系。例如，在跨境支付场景中，交易信息泄露风险从传统加密的 10⁻⁶ 降低至 10⁻³⁰ 以下。

城域量子网络建设：成都已启动“银杏一号”量子互联网实验床，氮化镓量子光源芯片将作为核心器件，实现 100 公里内金融机构、政务中心的量子密钥分发，预计 2026 年覆盖 500 个节点。

(二)人工智能与生物医药的算力革命

量子机器学习加速：利用氮化镓芯片的多波长量子资源，可并行处理 16 个量子态，在图像识别任务中，特征提取速度较经典 GPU 提升 20 倍。

生物分子模拟突破：在药物研发领域，量子光源驱动的模拟系统可同时解析 1000 种化合物的分子轨道，将新药研发周期从 5 年缩短至 18 个月。

(三)低空经济与智能交通的场景落地

无人机编队通信：量子光源芯片可实现无人机群间的抗干扰通信，在复杂电磁环境下，数据传输误码率从 10⁻³ 降低至 10⁻⁹，保障城市空中交通系统安全运行。

车路协同系统升级：集成量子光源的路侧单元，可实时感知 300 米内车辆的量子态信息，实现自动驾驶车辆的零延迟协同决策。

三、历史意义：重塑全球量子科技竞争格局

(一)突破欧美技术垄断

核心专利布局：团队已申请氮化镓量子光源相关专利 37 项，其中 12 项 PCT 国际专利覆盖美国、欧盟等主要市场，打破了欧美在量子光源材料领域的长期垄断。

标准制定话语权：主导制定《氮化镓基量子光源器件技术规范》国际标准，推动中国成为量子通信器件标准的重要制定者。

(二)重构信息安全体系

量子加密商业化：传统 RSA 加密算法在量子计算机面前存在理论上的破解风险，而基于量子光源的物理加密方式，从根本上解决了信息安全的“阿喀琉斯之踵”。

国家战略安全保障：量子光源芯片的国产化，使我国关键基础设施的信息防护能力提升至量子级别，为数字经济安全发展提供底层支撑。

(三)开启材料科学新维度

第三代半导体应用拓展：氮化镓从传统光电器件向量子器件的跨越，开辟了材料科学的新赛道，预计带动全球氮化镓产业链规模在 2030 年突破 5000 亿美元。

量子 - 经典融合新范式：芯片兼容传统 CMOS 工艺，可实现量子计算单元与经典控制电路的单片集成，为量子计算机的实用化提供可行路径。

四、技术优势：四大核心竞争力领跑行业

材料基因优势：氮化镓的高非线性系数(比氮化硅高 2 个数量级)和宽透明窗口(覆盖紫外至中红外)，使其成为量子光源的理想载体。

制造工艺兼容：采用成熟的氮化镓外延生长和光刻技术，芯片良率超过 95%，生产成本较硅基量子光源降低 60%。

系统集成能力：芯片可直接与现有光纤网络无缝对接，无需改造基础设施，大幅降低量子通信网络部署成本。

应用场景普适：在 -40℃至 125℃宽温域内性能稳定，适用于太空、深海等极端环境，拓展了量子技术的应用边界。

五、权威验证与产业化进程

学术认可：相关成果发表于《物理评论快报》，被审稿人评价为“量子光源领域的范式变革”。

性能实测：在成都量子通信示范网中，单芯片实现 10 公里光纤量子密钥分发，成码率达 10kbps，较现有系统提升 3 倍。

产业落地：与华为、中兴等企业合作，计划 2026 年量产氮化镓量子光源芯片，初期产能 50 万片 / 年，主要应用于金融加密和量子传感领域。

这项成果是电子科技大学联合清华大学、中科院上海微系统所历时 5 年攻关的结晶，不仅是中国量子科技自主创新的里程碑，更预示着人类即将进入量子互联网时代。随着 2026 年多场景验证的完成，氮化镓量子光源芯片将彻底改变信息传输、计算和存储的方式，为全球科技竞争注入新的动能。

来源：PCIM氮化镓技术展