2025年8月14日，九章团队与国际合作者受邀在《自然·材料》上发表题为“可扩展光量子技术”（Scalable photonic quantum technologies）的长篇综述论文^[1]。论文系统回顾了光量子技术从基础验证走向规模化、实用化的最新进展，并勾勒出未来发展路线。

论文指出，光量子技术正从基础物理现象的验证阶段，稳步走向具有足够规模与性能的系统。这些系统已在量子通信、量子计算与模拟、量子计量等领域展现出实现“量子优势”的应用潜力。随着基础能力的不断增强，如何迈向更广泛、更具影响力的应用，已成为学界和产业界关注的焦点，因此论文对未来发展的展望尤为值得关注。

量子通信：天地一体化网络成为先行突破口

在量子通信方面，点对点和短距离量子密钥分发产品已实现商用化应用。“墨子号”量子科学实验卫星首次验证了天地一体化量子通信的可行性，但由于低地球轨道覆盖时间有限，每天对地通信仅能维持约十分钟。论文指出，下一代量子通信网络将采用低轨量子密钥分发卫星与高轨平台相结合的星座架构，实现全球连续覆盖。这一架构有望成为量子技术率先实现商业化的突破口。未来，量子中继器的开发将成为关键，先进的空间平台还将催生一系列创新应用，如基于地球静止轨道的光学钟和高精度卫星时频传递，为全球光频标准建设提供基础。

光量子计算：跨越光子损耗挑战，迈向容错时代

光量子计算方面，“九章”等实验已展示出量子计算优势。下一步研究重点将是探索含噪声中等规模光量子器件的实际应用，并更具挑战地迈向容错量子计算。在光量子计算中，光子损耗是制约整体性能的最大瓶颈。论文强调，要实现未来的容错量子计算，需要对量子光源、光学电路与开关、探测器等环节进行系统化工程优化，使整体损耗降至容错阈值以下。实现容损编码与解码不仅是光量子计算的重要里程碑，也为构建全光子量子中继器提供关键支撑。

量子计量：突破经典极限，服务精密科学与应用

量子计量利用光学干涉仪和量子传感技术，已在增强型引力波探测等领域取得实用成果，并在生物成像、光学钟等新兴方向展现潜力。论文展望，集成光子电路和混合量子系统将进一步提升量子计量技术的可扩展性与鲁棒性，量子增强成像有望在亚衍射显微术、低光诊断等前沿领域实现突破。材料改进、量子纠错协议及自适应测量方法将有助于克服光子损耗与探测器效率低下等关键挑战。未来，光量子计量有望在基础科学与实际应用之间架起桥梁，例如提升基本常数测量精度、改进导航系统，并在医学诊断等领域发挥作用。

展望：构建完全量子化的未来网络

随着这些技术的持续演进，研究团队提出了一幅清晰的发展蓝图：未来的大规模量子网络将以光子为核心，实现信息安全、精密测量和强大计算的无缝融合。机密通信由量子密钥分发保障，测量精度由纠缠光子提升，经典计算无法解决的问题由量子计算机求解，且各节点通过量子隐形传态与天地一体化架构实现高效互联。

在这一背景下，九章量子作为国际领先的光量子计算公司，专注于推动光量子计算技术在科研和产业中的实际应用。公司提供完整的光量子计算实验系统和解决方案，助力高校、科研机构及企业探索量子计算在复杂优化、模拟与创新研发等方面的应用价值，实现技术从实验室到实际场景的落地转化。

参考文献：

[1] Wang, H., Ralph, T.C., Renema, J.J. et al. Scalable photonic quantum technologies. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-025-02306-7