光子计算的“最后一厘米”：精密封装如何定义光互连未来
光量子计算正在快速发展——但硬件平台的扩展需要的不仅仅是量子比特的创新。特别是光纤到芯片的连接，正逐渐成为一个工程上的制约因素。
光量子计算机依赖多通道光纤阵列将光耦合到光子集成电路中。即使是纳米级的对准误差，也可能导致光子损失、降低纠缠保真度，并影响整体系统性能。虽然为数据通信和电信应用开发的传统光纤阵列具有高吞吐量，但它们并非为满足量子架构的超低损耗要求而设计。随着行业从研究原型过渡到早期商业系统，封装精度必须从实验室挑战发展为工业化能力。
主动对准所带来的精度优势远不止于量子系统。任何在严格光损耗预算下运行的光子应用——无论是用于空间通信、国防传感、数据通信还是电信基础设施——都能直接从更低的插入损耗和更紧密的通道间一致性中受益。对于模拟光学传感应用而言，降低耦合损耗可以检测到更微弱的信号，并能更有效地利用激光器的全带宽，例如超辐射发光二极管（如图所示，分别为右图和左图）。更低的损耗也意味着在满足给定光预算的前提下，所需的激光驱动功率更小：激光器运行温度更低，产生的废热更少，使用寿命更长。其结果是，整体上减小了热影响，降低了冷却开销，并延长了产品寿命。
左侧两幅图展示了将 MicroAlign 光纤阵列与宽带激光源（例如超辐射发光二极管）结合使用，从而降低光损耗的效果。右侧两幅图则展示了将其与光谱输入结合使用的效果。
挣脱被动对准的“牢笼”
MicroAlign 公司开发了一种微操控平台，能够以纳米级精度主动对准单根光纤。传统的光纤阵列依赖于将光纤被动放置在精密的 V 形槽中，机械公差会在各通道之间累积。相比之下，主动对准在组装过程中动态调整光纤位置，在永久固定之前修正间距偏差。这种方法能够制造出针对最小插入损耗进行优化的多通道阵列。
随着性能目标日益严格，在量子和其他高端光子应用中，低于 0.5 dB 的光学耦合损耗正逐渐成为市场期待。要在批量生产中持续保持这种损耗水平，不仅需要精度，还需要可重复的工艺控制。
扩大生产以满足新兴需求
为了支持产业化进程，MicroAlign 获得了 250 万欧元（280 万美元）的欧洲创新理事会加速器资助（含股权部分），以加速其光纤阵列制造的自动化。这笔资金支持在保持高质量稳定产出的同时，扩大生产吞吐量。随着量子计算公司开始规划更大规模的部署，这一转变至关重要。光纤阵列并非光量子计算机中的边缘子系统。单个大规模系统可能就需要数千个阵列。随着应用加速，建立可靠且可扩展的供应链具有战略意义。
更高密度与更小间距
除了扩大生产规模，我们还在解决密度问题。在 2026 年，MicroAlign 计划推出一款新一代超高精度光纤阵列，其通道间距可低至 127 微米。减小间距可以实现更紧凑的光子封装，并支持集成芯片上更高的输入/输出密度。随着光子电路集成的通道数量不断增加，高密度光纤阵列对于控制可管理的尺寸和布线复杂度至关重要。在这种密集配置中，微小的位置误差会显著影响多个通道的累积光损耗，而主动对准技术在此类场景下优势明显。
超越量子应用
尽管量子计算是主要驱动力，但对超低损耗连接的需求也延伸到了许多其他先进光子学领域——而这些市场的商业机会可能同样巨大。
在光交换和路由领域，微机电系统开关和波长选择开关是数据中心和电信骨干网可重构网络的核心组件。这些器件对插入损耗高度敏感：光纤-芯片界面每增加 0.1 dB 的耦合效率损失，都会直接侵蚀系统余量，并可能迫使使用更昂贵的光放大技术。能够持续实现低于 0.5 dB 损耗目标的主动对准阵列，使系统设计者能够放宽对放大器的要求，降低功耗，并在不增加基础设施的情况下延长传输距离。
国防和航天光子学同样提出了令人信服的需求。自由空间光通信终端、激光雷达传感器和卫星有效载荷都要求尽可能高的耦合效率，以在受限的尺寸、重量和功耗预算下可靠运行。对于这些应用环境，在光纤-芯片界面节省的零点几分贝，可以直接转化为更小、更轻、更远距离的系统。所有通道间的性能一致性——主动对准阵列的显著特点——对于多通道传感器阵列尤其关键，因为通道间的差异会降低测量精度。
到 2029 年，MicroAlign 的目标是利用其超高精度光纤阵列，为全球相当一部分光量子计算系统提供支持。我们的发展路线图也瞄准了快速增长的量子以外的领域，包括光交换、相干通信、传感和国防光子学——在这些领域，同样精密的制造能力可以满足明确且紧迫的客户需求。
精密封装：作为竞争差异化优势
主动对准的产业化反映了光子学制造领域的一个更广泛的转变。光纤阵列正从商品化的电信组件，演变为对系统性能至关重要的精密工程子系统——应用于量子计算、先进传感、光通信和国防光子学。
新兴的量子与高端光子学市场正在重新定义行业期待：纳米级的间距精度、低于 0.5 dB 的耦合损耗、高通道密度以及可扩展的自动化。要同时满足这四点，需要重新思考组装方法。
随着光量子计算走向商业部署，封装技术的可扩展性可能被证明与量子比特架构的进步同等关键。而对于众多不涉及量子比特的高性能光子学市场而言，同样的道理也适用。在一个每零点几分贝都至关重要的行业里，精密封装不再只是一个细节——而是一项战略优势。
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