与传统传感器相比，量子传感器的灵敏度大幅提升，甚至能够实现全新的传感功能。预计多个行业将受益于量子传感创新，包括原子钟、量子磁力仪、量子陀螺仪等。

然而，将量子传感器从实验室原型转化为商业产品需要优化其尺寸、重量、功率和成本（简称 SWaP-C）。正如 IDTechEx 最近的一份报告所探讨的那样，实现这一目标的最成功方法是尽可能多地在高度可扩展的半导体制造工艺中制造传感器。通过现在更高效地生产量子传感所必需的组件，那些融入价值链的半导体工厂将获得最大的回报。

蒸汽室是许多量子传感器的核心

玻璃蒸汽室使激光能够与所含的原子气体样本相互作用。它们是使用原子干涉法的量子传感器的核心。这些传感器包括早期的量子射频传感器、加速度计和陀螺仪，也包括更先进的芯片级原子钟和 OPM（光泵磁力计）。蒸汽室的可扩展制造对于这些量子传感器的大规模生产至关重要。

吹制玻璃是制造蒸汽室的传统技术，虽然吹制玻璃可用于微制造球形蒸汽室，但是其曲面会散射入射光，因此其制造尺寸的微小程度存在限制。

相反，在晶圆级半导体制造工艺中生产蒸汽室已经得到证实，并有可能为量子传感器批量生产高度规则的蒸汽室。该工艺涉及将每个单元腔蚀刻到玻璃晶片中，然后用原子物种填充该晶片，然后与另一个玻璃表面粘合以实现密封。该领域充满了创新，包括使用替代玻璃、各种蚀刻和粘合技术以及保护或增强性能的薄膜涂层。

激光技术的进步对于量子传感器至关重要

量子传感器中最常用的组件之一是激光器。相干窄带光对于操纵金刚石中的原子状态和氮空位中心至关重要。然而，在降低激光器尺寸和成本的同时，保持所需波长的稳定性和功率是一项艰巨的任务。激光技术的创新影响着量子技术以外的行业，包括电信、医疗设备、激光雷达等。

垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 是一种可在晶圆级上大规模制造的半导体激光二极管。与传统的边发射半导体激光器不同，VCSEL 会从芯片中直接发射出垂直于其顶面的光束。除了制造和测试方面的优势外，这还允许将其他组件直接堆叠在 VCSEL 顶部，从而实现芯片级量子传感器。

尽管 VCSEL 发明于 20 世纪 70 年代末，但随着 2010 年代末 VCSEL 在智能手机中的应用，以及其在汽车红外摄像头和数据中心互连中的广泛应用，近年来 VCSEL 的需求大幅增长。VCSEL 在其他应用中的普及直接惠及气体激光雷达等量子成像技术，这些技术也需要紧凑型聚焦 SWIR（900-1550nm）光源。

然而，用于原子量子传感器的 VCSEL 的要求略有不同。控制相关原子跃迁所需的波长通常在 700-900nm 范围内，并且通常需要窄线宽和对环境变化的高稳定性。