Квантова інженерія хвилеводів 2025: Прихована технологічна революція, що має на меті трансформувати фотоніку та обчислення

Зміст

• Виконавче резюме: Квантові хвилеводи на межі прориву
• Прогноз ринку 2025–2030: Прогнози зростання та ключові фактори
• Основні технології: Прогрес у матеріалах і виготовленні квантових хвилеводів
• Проривні застосування: Квантова фотоніка, сенсори та обчислення
• Ведучі гравці та партнерства: Рухи в індустрії та співпраця
• Інновації в виробництві: Точне інженерне проектування та виклики інтеграції
• Регуляторне середовище та галузеві стандарти
• Інвестиційні тенденції: Фінансування, активність злиттів та поглинань, і стартап-екосистема
• Перспективи на майбутнє: Дорожня карта до 2030 року та потенційні порушення
• Кейс-стаді: Піонерські впровадження та реальний вплив (з посиланнями на e.g. ibm.com, intel.com, ieee.org)
• Джерела та посилання

Виконавче резюме: Квантові хвилеводи на межі прориву

Інженерія квантових хвилеводів перебуває на вирішальному етапі в 2025 році, що зумовлено проривами в нанообробці, матеріалознавстві та фотонній інтеграції. Квантові хвилеводи — це структури, які направляють квантові частинки, такі як фотони або електрони, і є основою для масштабованих квантових обчислень, безпечних комунікацій та вдосконалених сенсорів. Протягом минулого року лідери галузі та дослідницькі консорціуми прискорили перехід технологій квантових хвилеводів від лабораторних прототипів до передкомерційних платформ, готуючи сектор до значного зростання в найближчі кілька років.

Ведучі компанії продемонстрували дизайни хвилеводів наступного покоління з безпрецедентно низькими втратами та високими характеристиками когерентності. Наприклад, Інститут Пауля Шеррера повідомив про досягнення в області хвилеводів з кремнієвого нітриду, досягнувши втрат поширення нижче 0,1 дБ/см, критичного порогу для інтегрованих квантових фотонних схем. На комерційному фронті LioniX International продовжує розширювати свою платформу TriPleX, що дозволяє інтегрувати квантові джерела, модулятори та детектори на одному чіпі для застосувань у квантовій розподілі ключів та фотонних квантових обчисленнях.

2025 рік також відзначається конвергенцією інженерії хвилеводів з іншими технологіями, що сприяють квантовим досягненням. ams OSRAM та Infineon Technologies AG інвестують у гібридні платформи, які поєднують хвилеводи з надпровідними та напівпровідниковими квантовими пристроями, прагнучи підвищити часи когерентності та забезпечити генерацію заплутаності на чіпі. Крім того, ініціативи, очолювані EUROQIC (Європейським альянсом квантового Інтернету), зосереджені на стандартизації квантових фотонних з’єднань на основі хвилеводів, з польовими випробуваннями, запланованими на кінець 2025 року.

Що стосується ринкових перспектив, сектор очікує збільшення комерційного впровадження, оскільки надійність компонентів і масштабованість покращуються. CSEM прогнозує, що до 2027 року платформи квантових хвилеводів стануть основою для нового покоління квантових сенсорів та мережевого обладнання, що зумовлено попитом у сфері кібербезпеки, точного метролого та хмарних квантових обчислень. Тим часом Thorlabs та Hamamatsu Photonics K.K. розширюють свої асортимент продукції для підтримки швидкого прототипування та пілотних впроваджень серед системних інтеграторів та квантових стартапів.

Дивлячись у майбутнє, очікується, що спільні зусилля між промисловістю та академічними установами прискорять стандартизацію інтерфейсів квантових хвилеводів та розширять межі щільності інтеграції та продуктивності. Завдяки міцним інвестиціям та розширеній екосистемі, інженерія квантових хвилеводів готова зайняти центральну роль у комерціалізації квантових технологій у найближчі кілька років.

Прогноз ринку 2025–2030: Прогнози зростання та ключові фактори

Інженерія квантових хвилеводів, основний елемент для квантової фотоніки та квантових інформаційних технологій наступного покоління, готова до помітного зростання на ринку в період 2025–2030 років. Сектор характеризується швидкими досягненнями в дизайні, виготовленні та інтеграції низьковтрачених, високо когерентних фотонних структур, здатних маніпулювати квантовими станами з високою точністю та масштабованістю. Ці хвилеводи є критично важливими для квантових обчислень, безпечного зв’язку та вдосконалених сенсорних платформ.

З 2025 року ринок очікує прискорення, оскільки основні постачальники технологій та дослідницькі установи переходять від лабораторних прототипів до масштабованих, виробничих архітектур. Ключовими факторами є зростаючі глобальні інвестиції в інфраструктуру квантових обчислень та зростаючий попит на надзвичайно безпечні квантові комунікаційні мережі. Ведучі компанії, такі як Carl Zeiss AG та Hamamatsu Photonics, просувають інтегровані фотонні платформи, використовуючи написання фемтосекундними лазерами та вдосконалену літографію для реалізації надійних квантових хвилеводних схем.

У 2024 році Inphi Corporation (тепер частина Marvell Technology) представила нові інтегровані фотонні схеми з вбудованими масивами квантових хвилеводів, що вказує на перехід до комерційного виробництва квантових з’єднань. Аналогічно, Lumentum Holdings Inc. та Thorlabs розширили свої можливості виготовлення хвилеводів, зосередившись на наднизьких втратах та високій надійності платформ, придатних для квантових застосувань.

Перспективи на 2025–2030 роки підкріплені кількома тенденціями:

• Державне та інституційне фінансування: Ініціативи, такі як Квантовий технологічний флагман ЄС та Національна квантова ініціатива США, очікується, що вкладуть значні кошти в дослідження та розробки хвилеводів, сприяючи співпраці між академією та промисловістю.
• Інновації в матеріалах: Компанії, такі як Corning Incorporated, розробляють нові скляні та кристалічні підкладки, оптимізуючи властивості передачі та когерентності для квантових фотонних схем.
• Стандартизація та розвиток екосистеми: Виникнення відкритих заводських моделей, підтримуваних такими організаціями, як Група квантової оптики та фотоніки Лондонського імперського коледжу, прискорює комерціалізацію технології хвилеводів та забезпечує взаємодію між платформами.

До 2030 року впровадження інженерії квантових хвилеводів, як очікується, стане основою масштабованого квантового обладнання, з міцними ланцюгами постачання та стандартизованими процесами виробництва. Зростання сектору буде тісно пов’язане з темпами впровадження квантового обладнання в обчисленнях та криптографії, а також з постійними проривами в матеріалах і виготовленні від лідерів галузі та консорціумів.

Основні технології: Прогрес у матеріалах і виготовленні квантових хвилеводів

Інженерія квантових хвилеводів є на передньому краї можливостей масштабованих квантових фотонних схем, з помітними досягненнями в матеріалах та методах виготовлення, які сприяють розвитку сектора в 2025 році. Хвилевод, структура, що обмежує та направляє світло на квантовому рівні, є основою для обробки квантової інформації на чіпі, квантових комунікацій та нових квантових сенсорів. Останні роки відзначилися переходом від традиційних кремнієвих хвилеводів до нових матеріалів, таких як кремнієвий нітрид (SiN), літійні ниобати (LiNbO₃) та напівпровідники III-V, які пропонують низькі втрати при поширенні, високу нелінійність та сумісність з активними квантовими пристроями.

Серед них хвилеводи SiN набули значної популярності завдяки своїм низьким втратам при поширенні та широкому діапазону прозорості, що робить їх ідеальними для квантових фотонних застосувань. Поліпшення виготовлення, такі як використання літографії з глибоким ультрафіолетом (DUV) та оптимізовані процеси відпалу, дозволили створити надгладкі поверхні хвилеводів, зменшуючи втрати розсіювання нижче 0,5 дБ/м, як продемонстровано imec. Паралельно LioniX International просуває свою запатентовану технологію TriPleX^®, інтегруючи хвилеводи SiN для квантових фотонних чіпів з високою продуктивністю в генерації та маніпуляції заплутаністю.

Платформи літійного ниобату на ізоляторах (LNOI) є ще однією областю швидкого прогресу. Сучасні технології виготовлення тонких плівок дозволили створити дуже ефективні, низьковтрачені хвилеводи LiNbO₃ з можливостями електрооптичної модуляції, що є важливими для швидких операцій квантових вентилів. Компанії, такі як Covesion та Sicoya, комерціалізують хвилеводи LNOI, повідомляючи про втрати поширення нижче 0,03 дБ/см та масштабовану інтеграцію з іншими фотонними компонентами.

Також ведуться зусилля з інтеграції джерел та детекторів одиночних фотонів безпосередньо на платформи хвилеводів. Single Quantum розробляє надпровідні детектори одиночних фотонів, які можуть бути інтегровані з різними матеріалами хвилеводів, покращуючи ефективність виявлення та масштабованість для квантових фотонних схем.

Дивлячись у майбутнє, очікується, що гібридна інтеграція стане центральною, поєднуючи переваги різноманітних матеріалів (наприклад, SiN, LiNbO₃, InP) на одному фотонному чіпі для багатофункціональних квантових пристроїв. Зусилля організацій, таких як EUROPRACTICE, полегшують доступ до передових виробничих ліній для академії та промисловості, прискорюючи прототипування та впровадження квантових хвилеводів наступного покоління. Коли ці матеріальні та виготовлювальні досягнення зливаються, інженерія квантових хвилеводів готова забезпечити перехід від лабораторних прототипів до комерційно життєздатних квантових фотонних технологій.

Проривні застосування: Квантова фотоніка, сенсори та обчислення

Інженерія квантових хвилеводів швидко розвивається як основна технологія для наступного покоління квантової фотоніки, сенсорів та обчислень. Хвилеводи — це структури, які обмежують і направляють світло на нано-рівні — є центральними для інтегрованих квантових схем, дозволяючи точний контроль над поширенням та взаємодією фотонів. Інженерія цих компонентів зазнала значних проривів у 2025 році, зумовлених як академічними дослідженнями, так і промисловими інноваціями.

У квантовій фотоніці інженеровані хвилеводи є ключовими для масштабованих платформ. Inphi Corporation та Intel Corporation стають піонерами інтеграції кремнієвої фотоніки, використовуючи зрілі процеси CMOS для виготовлення ультранизьковтрачених хвилеводів та квантових джерел світла на чіпі. Ці досягнення підтримують генерацію та маніпуляцію заплутаними парами фотонів, що є необхідними для квантових комунікацій та мереж. Lumentum Holdings Inc. також розробляє масиви хвилеводів з індій-фосфіду (InP) для високоточних маршрутів та мультиплексування одиночних фотонів, вирішуючи ключові проблеми масштабованості.

У квантовому сенсінгу пристрої на основі хвилеводів дозволяють встановлювати нові рекорди чутливості та мініатюризації. Національний інститут стандартів і технологій (NIST) продемонстрував квантові сенсори масштабу чіпа, використовуючи інтегровані хвилеводи з літійного ниобату та кремнієвого нітриду, досягнувши рекордно низьких порогів виявлення для магнітних та електричних полів. Ці сенсори на основі хвилеводів далі розробляються для впровадження в біомедичній візуалізації та навігаційних системах.

Квантові обчислення безпосередньо виграють від інженерії хвилеводів завдяки покращеній маніпуляції фотонними кубітами та складності схем. Інститут Пауля Шеррера співпрацює з європейськими партнерами над гібридними платформами хвилеводів, які поєднують надпровідні схеми з фотонними з’єднаннями для реалізації масштабованих квантових процесорів. Паралельно компанія Aisin Corporation розробляє ультракомпактні перехрестя та сполучники хвилеводів для зменшення втрат та перешкод в щільних квантових фотонних схемах, що є критичним кроком для корекції помилок та операцій з кількома кубітами.

Дивлячись у майбутнє, сектор очікує подальшої інтеграції нових матеріалів, таких як алмаз та 2D-матеріали, в архітектури хвилеводів, як досліджує Element Six. Ці матеріали обіцяють покращені інтерфейси фотон-спін та підвищені часи когерентності, що є важливими для надійних квантових мереж. У найближчі кілька років ми, ймовірно, побачимо комерціалізацію багатофункціональних квантових чіпів, де інженерія хвилеводів буде в основі, підтримуючи безпечні комунікації, вдосконалений сенсинг та квантово-покращені обчислення.

Ведучі гравці та партнерства: Рухи в індустрії та співпраця

Інженерія квантових хвилеводів виходить на передній план квантових технологій, зростаючи екосистемою гравців, що охоплює квантове обладнання, фотоніку та напівпровідникову промисловість. У 2025 році галузь характеризується хвилею співпраці між усталеними корпораціями, інноваційними стартапами та академічними дослідницькими центрами, які працюють над подоланням викликів у масштабованій, низьковтраченій передачі та обробці квантової інформації.

Серед світових лідерів IBM продовжує просувати інтеграцію фотонних схем на основі хвилеводів у свої платформи надпровідних квантових обчислень. Нещодавні партнерства IBM з академічними консорціумами в США та Європі зосереджені на гібридних квантово-класичних системах, використовуючи інженерію хвилеводів для покращення з’єднань між кубітами та фотонними пристроями.

У секторі фотоніки Infinera та Lumentum прискорили розробку низьковтрачених, високоякісних технологій хвилеводів, придатних для квантових комунікацій та обчислень. Співпраця Infinera з європейськими квантовими тестовими майданчиками має на меті розробку інтегрованих фотонних чіпсетів, спеціально адаптованих для квантової розподілі ключів (QKD) та квантових мережевих вузлів, що також відображає тенденцію спільних підприємств Lumentum з провідними стартапами в галузі квантової безпеки.

Стартапи відіграють критичну роль у розширенні меж. PsiQuantum оголосила про триваючі співпраці з партнерами-заводами та постачальниками кремнієвої фотоніки для виготовлення ультранизьковтрачених хвилеводів, які є необхідними для масштабування їх фотонної квантової обчислювальної архітектури. Тим часом Quantinuum (створений на основі Honeywell Quantum Solutions та Cambridge Quantum) тісно співпрацює з фахівцями в галузі матеріалознавства для покращення інтеграції оптичних хвилеводів з системами іонних пасток та надпровідних кубітів.

Партнерства між академічними та промисловими установами продовжують стимулювати інновації. Національний інститут стандартів і технологій (NIST) залишається центром багатосторонніх досліджень квантових хвилеводів, сприяючи передачі технологій між університетами та комерційними партнерами. В Азії група NTT Research у співпраці з провідними університетами просуває інтеграцію хвилеводів на чіпах для квантових фотонних схем, націлюючись на квантові обчислення та безпечні комунікаційні мережі.

Дивлячись у майбутнє, наступні кілька років очікується глибша інтеграція між інженерією хвилеводів та виробництвом квантових пристроїв, оскільки промислові консорціуми та ініціативи, підтримувані урядом, сприяють стандартизованим платформам та міждисциплінарній експертизі. Швидкий темп інновацій, що базуються на партнерствах, позиціонує інженерію квантових хвилеводів як ключовий елемент комерційних квантових технологій кінця 2020-х років.

Інновації в виробництві: Точне інженерне проектування та виклики інтеграції

Інженерія квантових хвилеводів є основою технологій наступного покоління в фотоніці та квантовій інформації, що сприяє прогресу як у фундаментальних дослідженнях, так і в комерціалізації. У 2025 році сектор спостерігає швидку еволюцію у виробничих інноваціях, особливо в точному інженерному проектуванні та інтеграції квантових хвилеводів з іншими оптичними та електронними компонентами.

Одним із найважливіших викликів залишається виготовлення хвилеводів з точністю на нанометровому рівні, щоб забезпечити низькі втрати при поширенні та мінімальну декогерентність для квантових сигналів. Компанії, такі як Лондонський імперський коледж, Нанофабрика та CSEM, розширюють межі, використовуючи передові методи літографії, реактивного іонного травлення та атомного шарового осадження. Ці методи дозволяють визначати геометрії хвилеводів, що підтримують передачу одиночних фотонів з високою точністю, критично важливою для застосувань у квантових обчисленнях та безпечних комунікаціях.

Виклики інтеграції вирішуються через розробку гібридних платформ, які поєднують різні матеріали — такі як кремній, кремнієвий нітрид та літійний ниобат — щоб використати їх відповідні оптичні, механічні та електрооптичні властивості. LioniX International та imec демонструють багатоматеріальну інтеграцію на одному чіпі, що є важливим для масштабування квантових фотонних схем. У 2025 році платформа кремнієвої фотоніки imec продовжує вдосконалюватися, пропонуючи надійні заводські процеси для індивідуальних макетів квантових хвилеводів, тоді як LioniX International просуває свою запатентовану платформу TriPleX для ультранизьковтрачених хвилеводів, що підтримують великомасштабні квантові оптичні мережі.

Упаковка та з’єднання квантових хвилеводів з оптоволокном та детекторами залишаються значним бар’єром. Teledyne та Hamamatsu Photonics впроваджують рішення для високоточної вирівнювання та з’єднання, зменшуючи втрати вставки та покращуючи вихід у масовому виробництві. Нещодавні розробки Hamamatsu в детекторах одиночних фотонів, сумісних з інтегрованими фотонними чіпами, забезпечують більш практичні модулі квантових хвилеводів для реального впровадження.

Дивлячись у майбутнє, перспективи інженерії квантових хвилеводів у найближчі кілька років відзначені подальшим удосконаленням допусків виготовлення, більшою автоматизацією в зборці та зростаючою співпрацею між заводами та стартапами в галузі квантового обладнання. Основна увага приділяється досягненню відтворюваних, масштабованих процесів виробництва, які можуть відповідати суворим вимогам науки про квантову інформацію. Коли стандарти виробництва еволюціонують і з’являються нові техніки інтеграції, технологія квантових хвилеводів, як очікується, перейде від демонстрацій лабораторного масштабу до широкомасштабного впровадження в квантових комунікаціях, сенсингу та обчислювальних платформах.

Регуляторне середовище та галузеві стандарти

У 2025 році регуляторне середовище та галузеві стандарти для інженерії квантових хвилеводів швидко еволюціонують у відповідь на зростаючу комерціалізацію та практичне впровадження квантових технологій. Квантові хвилеводи, які є критично важливими для маршрутизації та маніпуляції квантовими станами світла та матерії, становлять основу нових галузей, таких як квантові комунікації, квантовий сенсинг та квантові обчислення. Їх широке впровадження вимагає гармонізованих технічних стандартів та чітких регуляторних вказівок, особливо в сферах безпеки, взаємодії та міжнародної співпраці.

Кілька галузевих організацій активно займаються встановленням основних стандартів. Міжнародний союз електрозв’язку (ITU) продовжує очолювати зусилля з стандартизації квантових інформаційних технологій, включаючи інтерфейси квантових хвилеводів для безпечних комунікаційних мереж. У 2024–2025 роках група ITU з фокусом на квантові інформаційні технології для мереж (FG-QIT4N) пріоритетно визначає архітектури посилань та вимоги до взаємодії для систем на основі квантових хвилеводів, прагнучи полегшити їх інтеграцію в існуючі волоконно-оптичні та фотонні інфраструктури.

У сфері обладнання компанії, такі як AISthesis та NKT Photonics, активно розробляють квантові фотонні хвилеводи. Їхня участь у міжнародних стандартах забезпечує, щоб специфікації пристроїв — такі як атенюація, ефективність з’єднання та чистота моди — відповідали новим стандартам квантової продуктивності. Квантовий економічний розвиток консорціуму (QED-C) співпрацює з учасниками галузі для встановлення вказівок щодо тестування та сертифікації квантових фотонних компонентів, включаючи хвилеводи, щоб підтримувати взаємодію та довіру в ланцюгах постачання.

З боку регуляторів національні агенції починають розглядати контроль за експортом та наслідки кібербезпеки, пов’язані з технологіями квантових хвилеводів. Наприклад, Бюро промисловості та безпеки США (BIS) оновило свої контролі щодо квантового обладнання, відображаючи занепокоєння щодо двосторонніх застосувань та технологічного суверенітету. Подібні ініціативи реалізуються в Європейському Союзі, де Європейська комісія підтримує програму Квантового флагмана для узгодження регуляторних та стандартизаційних дій між державами-членами.

Дивлячись у майбутнє, наступні кілька років свідчитимуть про глибшу координацію між глобальними організаціями зі стандартів, виробниками та регуляторами для вирішення унікальних викликів інженерії квантових хвилеводів. Особлива увага буде приділена гармонізації стандартів для характеристик пристроїв, безпеки та взаємодії, одночасно балансуючи інновації з геополітичними та етичними аспектами. Сектор, ймовірно, побачить запровадження нових схем сертифікації та рамок міжкордонного співробітництва для прискорення безпечного та масштабованого впровадження технологій квантових хвилеводів у всьому світі.

Інвестиційні тенденції: Фінансування, активність злиттів та поглинань, і стартап-екосистема

Інженерія квантових хвилеводів, основа масштабованої квантової фотоніки та обробки квантової інформації, зазнає значного зростання інвестицій та активності стартапів станом на 2025 рік. Цей сплеск зумовлений зростаючим визнанням інтегрованої квантової фотоніки як шляху до практичних квантових технологій для комунікацій, обчислень та сенсингу.

В останні роки значні венчурні капітали та корпоративні інвестиції надійшли в стартапи, зосереджені на виготовленні, інтеграції та інженерії пристроїв квантових хвилеводів. На передньому краї стоять компанії, такі як Інститут Пауля Шеррера, який, хоча й є дослідницьким інститутом, співпрацює з кількома компаніями, що розробляють передові платформи кремнієвої фотоніки та квантових хвилеводів. У 2023–2024 роках стартапи, такі як PsiQuantum (США/Великобританія), залучили високопрофільні раунди фінансування, з інвестиціями, що перевищують 700 мільйонів доларів для прискорення розвитку фотонних квантових комп’ютерів, що покладаються на низьковтрачені та масштабовані архітектури хвилеводів.

На європейському фронті Qnami та QuiX Quantum обидва закрили значні раунди фінансування серії A з 2023 року, зосереджуючись на інтегрованих фотонних схемах та перетворюваних квантових процесорах на основі передової інженерії хвилеводів. QuiX Quantum, наприклад, оголосив про доставку найбільшого у світі фотонного квантового процесора у 2024 році, використовуючи запатентовану технологію низьковтрачених хвилеводів.

Активність злиттів та поглинань також посилюється, оскільки усталені фотонні та напівпровідникові компанії прагнуть включити можливості квантових хвилеводів. ams OSRAM, світовий лідер в оптоелектроніці, розширив своє портфоліо квантових технологій наприкінці 2023 року, придбавши стартапи, що спеціалізуються на виготовленні хвилеводів для квантових джерел світла. Аналогічно, Intel Corporation та IBM Quantum збільшили стратегічні інвестиції в партнерства та придбання, націлюючись на інтегровану фотоніку, з акцентом на масштабовані платформи хвилеводів для квантових чіпів.

Стартап-екосистема стає все більш глобальною, з помітною активністю в Канаді, Нідерландах та Ізраїлі. Організації, такі як Québec Quantique, сприяють регіональним кластерам, підтримуючи стартапи на ранніх етапах у сфері інженерії квантових хвилеводів та полегшуючи доступ до державних фінансових схем.

Дивлячись у 2025 рік та далі, перспективи інвестицій в інженерію квантових хвилеводів залишаються міцними. Перетворення передових матеріалів, обробки напівпровідників та науки про квантову інформацію, як очікується, призведе до подальших злиттів та поглинань і залучення нових учасників. Оскільки квантова фотоніка рухається до комерційної життєздатності, стартапи в галузі інженерії хвилеводів, ймовірно, залишаться пріоритетними об’єктами інвестицій для венчурного капіталу та стратегічних корпоративних інвесторів.

Перспективи на майбутнє: Дорожня карта до 2030 року та потенційні порушення

Інженерія квантових хвилеводів, як очікується, зазнає значних досягнень у 2025 році та в другій половині десятиліття, каталізованих глобальними інвестиціями в квантові технології та зрілістю можливостей виготовлення. Ця сфера, яка підкріплює контроль фотонних та електронних квантових станів у мініатюризованих схемах, стає все більш основоположною для масштабованих квантових обчислень, безпечних комунікацій та точного сенсингу.

Станом на 2025 рік кілька важливих етапів формують дорожню карту індустрії. Національний інститут стандартів і технологій (NIST) досяг значного прогресу в зменшенні втрат та інтеграції кремнієвих квантових хвилеводів, що є критично важливими для високоякісних квантових операцій. Співпраця між Intel Corporation та провідними дослідницькими установами прискорила розробку фотонних хвилеводів, сумісних з процесами CMOS, що є ключовим кроком для масового виробництва квантових процесорів.

Комерційні підприємства також сприяють прискоренню технологій квантових хвилеводів. Інститут Пауля Шеррера та IBM Quantum продемонстрували інтеграцію на чіпі надпровідних та фотонних хвилеводів, що дозволяє багатокубітне з’єднання та надійніші квантові з’єднання. Infinera Corporation повідомила про досягнення в ультранизьковтрачених оптичних хвилеводах, які є необхідними для квантових мереж і технологій повторювачів, з триваючими дослідженнями в упаковці та стабільності.

Перспективи до 2030 року вказують на кілька ключових траєкторій:

• Гібридна інтеграція: Очікується, що конвергенція фотонних, надпровідних та напівпровідникових хвилеводів призведе до створення гібридних квантових систем, як це переслідують Xanadu Quantum Technologies та Rigetti Computing. Ці платформи можуть запропонувати нові протоколи для корекції помилок та модульного масштабування.
• Стандартизація: Зусилля промисловості, включаючи ті, що очолюються IEEE та Асоціацією стандартів з підключення, прагнуть визначити взаємодію та бенчмаркінг для квантових фотонних компонентів, що полегшить більш широке впровадження та надійність ланцюга постачання.
• Виробничі порушення: Перехід від лабораторних прототипів хвилеводів до промислового виробництва залишається викликом. Однак ініціативи від GlobalFoundries та Імперського коледжу Лондона з квантової інженерії зосереджені на масштабованій літографії та високопродуктивному тестуванні, що потенційно може порушити традиційні цикли розробки пристроїв.

До 2030 року інженерія квантових хвилеводів готова підкріпити надійне, виробниче квантове обладнання, з проривами, ймовірно, що виникнуть з міждисциплінарних співпраць та міжнародних зусиль зі стандартизації.

Кейс-стаді: Піонерські впровадження та реальний вплив (з посиланнями на e.g. ibm.com, intel.com, ieee.org)

Інженерія квантових хвилеводів стоїть на передньому краї інновацій квантових технологій, забезпечуючи точний контроль та маніпуляцію квантовими станами для застосувань у обчисленнях, сенсингу та безпечних комунікаціях. У 2025 році кілька піонерських кейсів підкреслюють зрілість цієї сфери, відзначеної конкретними впровадженнями та демонстративним реальним впливом.

Однією з найзначніших ініціатив є інтеграція фотонних хвилеводів у платформи квантових обчислень. IBM досягла значних успіхів, інтегруючи кремнієві квантові хвилеводи у свої квантові процесори, прагнучи поліпшити з’єднання кубітів та масштабованість. Їхня остання квантова дорожня карта підкреслює важливість інженерії хвилеводів для досягнення низьковтрачених, високоякісних фотонних з’єднань, які є критично важливими для багаточіпових квантових систем. Ці досягнення відображені у нещодавньому випуску квантових процесорів IBM Eagle та Condor, де фотонна інтеграція відіграє ключову роль у зменшенні шуму та помилок.

Аналогічно, Intel продемонструвала практичне впровадження масивів квантових хвилеводів, виготовлених за допомогою передових процесів CMOS. Кріогенний контролер Intel Horse Ridge II, представлений у 2024 році та вдосконалений до 2025 року, використовує хвилеводи на чіпі для доставки точних радіочастотних сигналів до кубітів у масштабі. Ця інновація не лише спрощує архітектуру управління, але й закладає основу для промислових квантових процесорів з тисячами з’єднаних кубітів.

На фронті квантової фотонної комунікації Toshiba Corporation провела польові випробування з використанням інтегрованих квантових хвилеводних схем для квантової розподілі ключів (QKD) через метропольні волоконно-оптичні мережі в Японії та Великій Британії. Їхні впровадження демонструють хвилевідні QKD-з’єднання, що перевищують 600 км, показуючи надійність та масштабованість інженерованих платформ хвилеводів у реальних телекомунікаційних середовищах.

Галузеві організації, такі як IEEE, активно формують стандарти для інтегрованої квантової фотоніки, при цьому Фотонне товариство IEEE сприяє колабораційним рамкам для характеристики хвилеводів та їх взаємодії. Ця стандартизація сприяє зростаючій екосистемі, що дозволяє стартапам та усталеним гравцям прискорити продукцію та впровадження технологій квантових хвилеводів.

Дивлячись у майбутнє, наступні кілька років, ймовірно, стануть свідками подальшого розширення інженерії квантових хвилеводів у гібридні квантові системи, де фотонні та надпровідні кубіти з’єднуються через низьковтрачені, регульовані хвилеводи. Завдяки триваючим інвестиціям з боку приватного та державного секторів, реальні впровадження у безпечних комунікаціях, квантовому сенсингу та масштабованих архітектурах обчислень очікуються на зростання, закріплюючи інженерію квантових хвилеводів як основоположний елемент ландшафту квантових технологій.

Джерела та посилання

• Інститут Пауля Шеррера
• LioniX International
• ams OSRAM
• Infineon Technologies AG
• CSEM
• Thorlabs
• Hamamatsu Photonics K.K.
• Carl Zeiss AG
• Inphi Corporation
• Lumentum Holdings Inc.
• Група квантової оптики та фотоніки Лондонського імперського коледжу
• imec
• Covesion
• Sicoya
• EUROPRACTICE
• Національний інститут стандартів і технологій (NIST)
• IBM
• Infinera
• Quantinuum
• NTT Research
• Teledyne
• Міжнародний союз електрозв’язку (ITU)
• NKT Photonics
• Квантовий економічний розвиток консорціуму (QED-C)
• Бюро промисловості та безпеки США (BIS)
• Європейська комісія
• Qnami
• QuiX Quantum
• Xanadu Quantum Technologies
• Rigetti Computing
• IEEE
• Асоціація стандартів з підключення
• Toshiba Corporation