單光子源是一種能夠按需發射單個光子的光源，在量子通信、量子計算和精密測量等領域具有不可替代的作用。與傳統激光光源不同，理想的單光子源每次僅釋放一個光子，具備高純度、高不可分辨性和高效率等特性。在這些要求中，半導體單光子源因其可集成性、室溫工作潛力以及與現有微電子工藝兼容等優勢，成為當前研究和產業化的熱點方向。尤其在構建大規模量子網絡和片上量子處理器方面，半導體單光子源展現出獨特價值。
目前，主流的半導體單光子源技術路線包括量子點（如InAs/GaAs）、色心（如金剛石中的SiV或GeV）以及二維材料（如WSe₂中的局域激子態）。其中，基于III-V族半導體的自組裝量子點技術最為成熟，已實現接近完美的單光子純度（g²(0) < 0.01）和較高的不可分辨性（>95%），但通常需要低溫環境（4K以下）運行。近年來，研究人員通過光子晶體微腔、等離子體結構及電泵浦方案顯著提升了光子提取效率和工作穩定性，并逐步向室溫、電驅動、可擴展集成的方向邁進。
根據新思界產業研究中心發布的
《2025年中國半導體單光子源市場專項調研及企業“十五五規劃”建議報告》顯示，全球范圍內，半導體單光子源的研發呈現“高校引領、企業跟進”的格局。美國麻省理工學院、斯坦福大學、荷蘭代爾夫特理工大學以及中國科學技術大學等機構在基礎研究方面處于領先地位；而在產業化方面，包括PsiQuantum（美國）、Xanadu（加拿大）、Quandela（法國）以及中國的本源量子、國盾量子等公司正加速布局相關技術。盡管尚未形成統一標準，但圍繞材料體系、器件結構和系統集成的競爭日趨激烈，專利和技術壁壘正在快速構筑。
從市場需求看，隨著量子密鑰分發（QKD）網絡在全球范圍內的試點部署，以及各國對量子計算戰略投入的加大，對高性能單光子源的需求持續增長。特別是在國防安全、金融加密和云計算等高敏感領域，具備高安全性與低誤碼率的量子通信系統亟需可靠、穩定的單光子源作為核心組件。此外，科研機構和高校對定制化單光子源設備的需求也保持穩定，推動了小批量、高精度產品的市場發展。
新思界
產業研究員認為，未來，半導體單光子源有望在5–10年內實現從實驗室走向規模化應用。隨著材料生長技術、納米加工工藝和光電集成能力的進一步突破，室溫電驅動、高亮度、高一致性的單光子芯片將成為可能。同時，其與硅基光子學、CMOS工藝的深度融合，將為構建低成本、可量產的量子信息處理平臺奠定基礎。長遠來看，半導體單光子源不僅是量子科技基礎設施的關鍵一環，更可能催生新一代光子集成電路和量子互聯網生態。
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