量子传感器凭借超高的灵敏度和突破性功能，在原子钟、惯性导航、磁场探测等领域展现出革命性潜力。然而，其大规模商业化需克服尺寸、重量、功耗与成本（SWaP-C）的限制。本文剖析了通过半导体制造工艺实现量子传感器量产的关键路径：晶圆级蒸汽室微加工技术解决了传统玻璃吹制的光散射问题；垂直腔面发射激光器（VCSEL）的创新降低了激光系统成本并支持芯片级集成。同时，半导体代工厂与产学研协作将成为推动量子传感技术落地的核心驱动力，为计时、医疗成像和自动驾驶等领域创造新市场。
尽管如此，微波芯片级原子钟已经通过使用 VCSEL 和微加工蒸汽室成功实现量产。随着量子传感市场的成熟，VCSEL 等芯片级激光二极管将成为实现芯片级量子陀螺仪、加速度计和下一代原子钟的关键。
诸如 Trumpf 等老牌公司以及 III-V Epi 和 ICS（集成化合物半导体）等衍生公司现已专门为量子传感市场开发了 VCSEL。将主要半导体工厂的能力与激光技术的创新相结合将成为实现量子传感器商业化的关键。
量子传感器以及更广泛的量子技术的专用组件面临着一个反复出现的问题：高昂的生产成本限制了最终产品的目标市场，这反过来又限制了生产规模的扩大以降低成本。
最近从研究中衍生出来的量子技术通常依赖于小批量制造专用组件，这些组件要么在内部完成，要么在当地研究机构完成。由于控制高度敏感的量子系统需要达到一定的精度，因此使用更便宜的现有组件通常不是一种选择。
晶圆级蒸汽电池制造的最大障碍是实现量产所需的规模。目前，这种复杂、多阶段工艺的小批量制造成本很高，而且蒸汽电池除了量子传感之外，还有相对小众的应用。
为了解决这一问题，业界正在发起一些举措，将产学研结合起来，支持新兴量子技术的半导体制造发展。将生产设施集中到“量子代工厂”是一种更有效的解决方案，而促进量子行业内部的对话可以减少在内部开发组件上花费的资源，从而更快地实现可扩展生产。
通过蒸汽室和垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 制造方面的创新，原子钟的芯片级微型化已经实现。例如，Microchip 自 2011 年以来使用这些组件实现了芯片级微波（铯和铷）原子钟的商业化，为其他量子传感器向量产过渡提供了蓝图。
展望未来，半导体代工厂有机会成为量子传感器价值链中的关键参与者。现在投资降低量子传感器的制造成本，可以在不久的将来打开更大的可进入市场。这些潜在市场源于对更好的传感解决方案的实际需求，包括计时、磁场（远程电流）传感和惯性传感，这些都可以通过量子传感器实现。
参考链接https://www.ept.ca/2025/04/quantum-sensors-move-from-lab-to-chip/
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