单光子源是一种能够按需发射单个光子的光源，在量子通信、量子计算和精密测量等领域具有不可替代的作用。与传统激光光源不同，理想的单光子源每次仅释放一个光子，具备高纯度、高不可分辨性和高效率等特性。在这些要求中，半导体单光子源因其可集成性、室温工作潜力以及与现有微电子工艺兼容等优势，成为当前研究和产业化的热点方向。尤其在构建大规模量子网络和片上量子处理器方面，半导体单光子源展现出独特价值。
目前，主流的半导体单光子源技术路线包括量子点（如InAs/GaAs）、色心（如金刚石中的SiV或GeV）以及二维材料（如WSe₂中的局域激子态）。其中，基于III-V族半导体的自组装量子点技术最为成熟，已实现接近完美的单光子纯度（g²(0) < 0.01）和较高的不可分辨性（>95%），但通常需要低温环境（4K以下）运行。近年来，研究人员通过光子晶体微腔、等离子体结构及电泵浦方案显著提升了光子提取效率和工作稳定性，并逐步向室温、电驱动、可扩展集成的方向迈进。
根据新思界产业研究中心发布的
《2025年中国半导体单光子源市场专项调研及企业“十五五规划”建议报告》显示，全球范围内，半导体单光子源的研发呈现“高校引领、企业跟进”的格局。美国麻省理工学院、斯坦福大学、荷兰代尔夫特理工大学以及中国科学技术大学等机构在基础研究方面处于领先地位；而在产业化方面，包括PsiQuantum（美国）、Xanadu（加拿大）、Quandela（法国）以及中国的本源量子、国盾量子等公司正加速布局相关技术。尽管尚未形成统一标准，但围绕材料体系、器件结构和系统集成的竞争日趋激烈，专利和技术壁垒正在快速构筑。
从市场需求看，随着量子密钥分发（QKD）网络在全球范围内的试点部署，以及各国对量子计算战略投入的加大，对高性能单光子源的需求持续增长。特别是在国防安全、金融加密和云计算等高敏感领域，具备高安全性与低误码率的量子通信系统亟需可靠、稳定的单光子源作为核心组件。此外，科研机构和高校对定制化单光子源设备的需求也保持稳定，推动了小批量、高精度产品的市场发展。
新思界
产业研究员认为，未来，半导体单光子源有望在5–10年内实现从实验室走向规模化应用。随着材料生长技术、纳米加工工艺和光电集成能力的进一步突破，室温电驱动、高亮度、高一致性的单光子芯片将成为可能。同时，其与硅基光子学、CMOS工艺的深度融合，将为构建低成本、可量产的量子信息处理平台奠定基础。长远来看，半导体单光子源不仅是量子科技基础设施的关键一环，更可能催生新一代光子集成电路和量子互联网生态。
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