目录
- 引言：2025年低温波导电路的现状
- 核心技术与近期突破
- 关键参与者与行业合作
- 市场规模、增长预测与区域趋势（2025-2030）
- 应用：量子计算、天文学及其他
- 低温下的制造挑战与解决方案
- 新兴材料与超导器件的集成
- 监管环境与标准（IEEE，IEC）
- 投资情况：资金、并购与初创活动
- 未来展望：创新路线图与战略建议
- 来源与参考资料
引言：2025年低温波导电路的现状
截至2025年，低温波导电路已成为量子计算、深空通信和敏感仪器技术进步的关键技术。这些在接近绝对零度的温度下运行的系统对于最小化热噪声和实现高保真信号传输至关重要，这些因素是可扩展量子处理器和超低噪声接收器所必需的。在当前的市场环境中，对高性能低温微波元件如衰减器、旋转器、隔离器和滤波器的需求激增，推动了量子硬件平台的快速进展和商业化努力。
像Radiance Technologies、Northrop Grumman和L3Harris Technologies等领先公司正在积极开发先进的低温微波模块，将超导材料和低损耗介质结合在一起，以满足量子和空间系统的严格要求。同时，像Quintech Electronics & Communications和Cryomagnetics, Inc.等组件专门公司为研究实验室和商业OEM提供量身定制的解决方案。这些公司报告了插入损耗、隔离度和热锚定技术的显著改进，这对维持量子比特的相干性和系统稳定性至关重要。
在2025年，朝着更大量子处理器（瞄准数千个物理量子比特）的推动加速了低温波导组件在超导和自旋量子计算机中的应用。像IBM和Rigetti Computing等组织强调了可扩展、模块化低温互连对下一代量子设备的重要性。强大、低损耗的连通性需求进一步推动了波导材料科学和热界面工程的创新。
展望未来，低温波导电路的前景将继续以小型化、增强集成密度和新材料（如高温超导体和拓扑绝缘体）的融入为标志。与研究机构和国家实验室的合作预计将产生新的制造方法和包装解决方案，旨在减少组装复杂性和成本。随着企业竞相克服与扩展量子和深空系统相关的工程挑战，低温波导电路在引领量子信息科学和超敏感检测应用的下一个突破浪潮中处于前沿。
核心技术与近期突破
低温波导电路位于支持可扩展量子计算和先进低噪声微波系统的前沿，利用超低温操作大幅降低信号损失和热噪声。到2025年，该领域正经历快速发展，受量子处理器、超导量子比特和深空通信系统需求的推动。
一个主要的技术趋势是将超导材料（如铌和铝）集成到波导结构中。这些材料在低温（低于4开尔文）下表现出近乎零的电阻，成为维持高保真量子信号的必需品。Northrop Grumman和Raytheon Technologies均报告了正在开发针对亚开尔文环境优化的超导微波组件，包括旋转器、隔离器和滤波器，直接支持量子计算平台的需求。
在制造方面，明显的转变是从笨重的手工组装波导组件向小型化的光刻模式电路过渡。这些进展在国家标准与技术研究所（NIST）与牛津仪器的努力中得以体现，他们正在商业化集成低温互连和可扩展基于芯片的波导网络。这种方法提供了更好的可重现性、减少的占地面积和与多量子比特低温冷却设备的无缝集成，显著改善了热管理和可扩展性。
近期的突破还包括基于超导波导的量子互连的芯片上演示，这使得微波光子在远距离量子比特之间高相干传输成为可能。例如，IBM和Rigetti Computing已公开了使模块化量子处理器通过低温波导总线互联的努力，实验结果显示相干时间超过100微秒，传输损失低于0.1 dB每米—这些性能指标对容错量子架构至关重要。
展望未来，业内专家预计低温波导电路将与光子学和自旋基量子设备进一步融合，并且将出现结合微波与光学互连的混合系统。在未来几年，重点预计将转向大规模可制造的、热优化的低温电路、量子硬件的标准化接口以及稳健的低温兼容包装。量子系统集成商、低温硬件专家和超导材料供应商之间的密切合作将对满足下一代量子计算机和超敏感仪器的可靠性与规模需求至关重要。
关键参与者与行业合作
低温波导电路是量子计算和超敏感科学仪器的核心，因对可扩展和可靠量子硬件的需求增加而快速发展。到2025年，该领域的特点是一系列动态的老牌电子公司、专注于量子技术的企业以及合作研究联盟，这些主体都在集中精力于低损耗、高频传输线和可在毫开尔文温度下工作的组件的集成与小型化。
一些关键行业领导者直接参与推动低温兼容的微波和毫米波组件的发展。Radiometer Physics GmbH（罗德与施瓦茨公司）制造用于量子研究和射电天文学的精密低温波导组件。国家仪器公司通过其量子工程解决方案积极开发模块化、低温兼容的波导测试设备和互连，支持全球的研究机构和量子硬件开发者。Low Noise Factory AB是另外一个重要参与者，提供低温放大器和波导组件，这些组件在超导和自旋量子处理器的读出链中形成关键链接。
在美国，国家标准与技术研究所（NIST）与商业合作伙伴和国家实验室保持广泛合作，专注于低温微波组件的标准化和计量，包括用于量子误差校正方案所需的波导滤波器和旋转器。Teledyne Microwave Solutions和Northrop Grumman均已公开对低温波导硬件在量子和国防应用中进行的研发。
行业合作标志着该领域的进步。在欧洲，欧洲量子通信基础设施（EuroQCI）计划汇集机构和供应商，以开发安全的量子通信链路，推动对强大低温互连的需求。此外，IBM量子网络与硬件初创公司的合作促进了可扩展的稀释制冷剂兼容波导和微波解决方案的共同开发。
展望未来，随着量子计算平台向多量子比特、分布式架构发展，低温波导领域预计将见证更大的标准化，更多现成解决方案和模块化子组件将进入市场。跨行业的联盟，例如量子经济发展联盟（QED-C），预计将在设定互操作性标准和加速研究与商业领域之间的技术转移方面发挥关键作用。2025年后的几年内，量子硬件开发者、专用组件制造商和政府支持的研究计划之间的合作也预计会扩展，以实现更具可扩展性、可靠性和可制造性的低温波导电路。
市场规模、增长预测与区域趋势（2025-2030）
低温波导电路市场预计在2025年及其后几年经历显著增长，主要受量子计算、高灵敏度科学仪器与射电天文学进展的推动。这些专用电路对于在低温下以最小损失传输微波和毫米波信号至关重要，日益成为超导量子计算机和超低噪声检测器阵列架构的重要组成部分。
来自行业利益相关者的当前估计表明，尽管仍在整个低温和量子硬件生态系统中是一个小众领域，低温波导组件和子系统市场的复合年均增长率（CAGR）正以双位数增长。这主要归因于全球对量子技术的投资上升，以及天文观测站和高能物理研究设施的现代化。例如，公司如国家科学技术国际、ThinKom Solutions和Cryomech正在主动开发和提供针对量子计算和先进传感应用的低温波导解决方案。
从区域来看，北美和欧洲仍处于前沿，得到来自政府和私营部门对量子计算和大规模科学项目的重大投资的推动。特别是美国享有强大的初创企业、成熟供应商和与国家实验室和大学的合作伙伴关系生态系统。而西欧国家，包括德国、法国和英国，继续通过支持学术研究和新兴量子产业的举措，加大对低温基础设施的投资。亚太地区也正在崛起为一个动态市场，日本和中国的研究联盟和制造商正日益关注低温波导的集成，服务于国内和国际项目。
展望2030年，低温波导电路的前景依然乐观，预计随着量子计算平台的发展和低温检测网络在空间和地面观测站的普及，市场将进一步扩张。主要制造商如Radiometer Physics GmbH和Quinst正在扩大生产规模并优化设计，以满足下一代量子和科学系统对严苛的可靠性和性能要求。
总体而言，随着量子计算从实验室原型过渡到商业部署，以及科学任务对更低噪声横截面的需求上升，低温波导电路预计将迎来强劲的需求和技术创新，尤其是在具有强大研发基础设施和政府支持的地区。
应用：量子计算、天文学及其他
低温波导电路正迅速发展成为超低温和精确信号完整性至关重要的领域的基础技术。到2025年及未来几年的相关应用加速，特别是在量子计算、射电天文学以及深空通信和敏感仪器等新兴领域。
在量子计算中，低温波导电路对于以最小的信号损失和热噪声互连量子比特至关重要。领先的硬件制造商正在集成超导波导和低温兼容微波组件，以实现之前无法达到的相干时间。像IBM和Rigetti Computing等公司正在部署广泛的低温基础设施以扩展量子处理器，利用定制的波导组件在毫开尔文温度下维持信号的保真度。同时，供应商如国家仪器公司正在开发适合低温的微波测量解决方案，进一步支持生态系统的增长。
射电天文学也因低温波导电路而发生了变革性的影响。现代射电望远镜，尤其是那些在毫米和亚毫米波段操作的望远镜，需要传输线以最小化来自宇宙源的信号衰减。阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）等设施以及欧洲南方天文台的项目正在整合由行业领导者如泰雷兹与Radiometer Physics GmbH制造的波导组件。这些组件在低温下工作，以减少热噪声，从而增强对微弱天文信号的灵敏度。
除了这些主要领域，未来几年将看到低温波导电路扩展到深空任务和先进传感网络的卫星有效载荷。航天机构和航空航天承包商正在考虑低温信号链，以提高数据传输和传感器在外太空恶劣环境中的表现。像Northrop Grumman等公司正在积极研究低温微波组件，以期在未来的基于空间的量子通信和超敏感仪器中发挥潜力。
展望未来，市场预计将继续增长，因为量子计算和射电天文学对更高性能和更大规模的需求日益增长。随着生态系统的成熟，期待低温波导解决方案的进一步集成，在分布式量子网络和下一代科学仪器中的角色将得到扩大。量子硬件开发者、天文机构和专用RF/微波供应商的紧密合作将推动创新和采用，使低温波导电路成为即将到来的技术时代的关键驱动因素。
低温下的制造挑战与解决方案
低温波导电路是量子计算、超敏感探测器和先进射电天文学的重要技术，面临着独特的制造挑战，因为该领域正加速向2025年及以后的实际部署发展。这些电路必须在常常低于4开尔文的温度下保持超低损耗、精确的阻抗匹配和机械稳定性。量子计算的快速增长，特别是在超导量子比特平台中，对于可扩展、可靠的低温互连和波导组件的需求日益增加。
主要的挑战之一是选择和集成能够在低温下维持高导电性和结构完整性的材料。铌和铜等金属由于其超导或低电阻特性受到青睐，但处理这些材料，尤其是薄膜沉积和图案设计，需严格控制，以避免在低温下造成的性能限制缺陷。像国家仪器公司和Teledyne Technologies等领先制造商正在精炼溅射和电镀方法，以实现与低温循环兼容的基底上的均匀性和附着力。
不同材料（例如金属和介质）之间的热收缩不匹配也是一个重大障碍。创新的粘接技术，包括低温焊接和专用粘合剂，正在积极开发。例如，Low Noise Factory推出了具有稳健封装的低温放大器，旨在在冷却周期中最小化机械应力。
亚微米级的微加工和光刻技术也正在为低温兼容性进行调整，以允许制造紧凑、集成的波导电路，最小化插入损耗。像Northrop Grumman等公司正在利用太空传感器系统的经验，开发适合量子领域严格要求的精密制造协议。
展望未来，未来几年可能会看到针对低温硬件生产的自动化和就地过程监控的增加。采用诸如低温探针站等先进计量技术进行晶圆测试正在由Lake Shore Cryotronics开发，这将进一步提高产量和可靠性。此外，推动可扩展量子处理器的需求正在推动对低温波导模块连接器和接口的标准化努力，行业联盟促进了公共规范的建立。
总之，2025年低温波导电路的制造格局充满快速创新与跨学科协作。今天涌现的解决方案正在为下一波量子和传感技术奠定坚实的基础，以实现强大且高性能的组件。
新兴材料与超导器件的集成
低温波导电路是现代量子计算和量子通信架构的基石，特别是在2025年及以后的实际和可扩展系统快速推进时。这些电路专门设计用于在接近绝对零度的温度下以最小损失引导微波或光学信号，它们在互连和扩展超导量子比特、自旋量子比特及其他量子设备中发挥着关键作用。2025年的主要焦点是整合新材料和制造技术，以实现更低的损耗传播、更高的信号保真度，以及与超导技术的稳健兼容性。
近期的进展归功于量子硬件领导者、材料供应商和专门铸造厂之间的合作。例如，IBM和Google继续开创超导量子处理器的发展，这些处理器依赖于超低损耗的波导互连进行量子比特的控制和读出。对于波导制造，采用高纯度的铌和铝的沉积和蚀刻过程正在不断优化，以减少表面粗糙度和介电损失，这些因素可能会降解量子相干性。
与此同时，像Northrop Grumman和Raytheon Technologies等公司正在推进微波和低温封装解决方案，将波导与超导电路集成，以最小化热和电磁干扰。这些努力得到了Anritsu和Teledyne Technologies等组件供应商的支持，他们提供了低温级连接器、旋转器和隔离器，适用于量子实验室和工业部署。
材料创新也是一个关键前沿。正在积极探索的晶体基材，如蓝宝石和碳化硅，以其优越的热和介电性质为亮点，这得到了主要量子硬件开发者的持续研究支持。二维材料（包括石墨烯和过渡金属二硫化物）的集成正在进行早期阶段评估，以实现与低温环境兼容的超紧凑和可重新配置的波导设备。
展望未来的几年，低温波导电路的前景强调混合集成的追求：将被动和主动组件（如放大器、开关和滤波器）直接嵌入低温基材中。像Keysight Technologies和QuSpin等公司正在投资专门设计用于低温和量子兼容波导系统的测试与测量工具，显示出行业的强劲动力。随着量子处理器的量子比特数量和复杂性的提升，对高度集成、低损耗和可扩展的低温波导解决方案的需求预计将急剧上升，领先制造商和材料创新者将处于这一关键启用技术的前沿。
监管环境与标准（IEEE，IEC）
低温波导电路的监管环境和标准化努力涉及量子计算、高灵敏度天文仪器和先进通信系统等关键组件，随着该领域的成熟而迅速发展。截至2025年，低温波导在传输微波和毫米波信号时损耗极小，且常在低于4 K的温度下运行，正愈加受到主要国际机构的新标准和修改标准的约束。
IEEE在应对低温微波组件的独特需求方面处于前沿。尽管IEEE已建立了一些标准，如针对矩形金属波导的IEEE 1785系列提供了基本框架，但工作组目前正探索针对低温应用的更新和附录。这些增强措施解决了诸如材料收缩、热导率及低温下的RF损耗等挑战，确保了量子计算和太空传感器中性能及互操作性至关重要的要求。
在国际方面，国际电工委员会（IEC）也在扩展其标准化领域。IEC技术委员会TC 46（电缆、导线、波导、RF连接器）正在起草规范，纳入了低温测试协议和波导组件的可靠性指标。这一举动主要是受到那些在活跃的量子技术和深空研究项目中参与的会员国的输入驱动，旨在协调全球实践并促进跨境合作。
几家领先制造商和供应商，如Radiometer Physics GmbH和Nordic Quantum Computing Group，正在参与试点项目和联盟，以适应这些新兴标准。行业反馈表明，低温条件下插入损耗、反射损耗和热循环鲁棒性等标准化测量的必要性。因此，现在的组件常常在低至10 mK的温度下接受性能基准测试，以反映超导量子计算机的操作环境。
展望未来，监管焦点预计将在未来几年内加剧。统一标准的采用可能成为政府资助的量子和空间项目采购的前提条件，并促进国际合作之间的互操作性。此外，未来的IEEE和IEC标准将为认证计划提供基础，确保低温波导产品满足严格的可靠性和环境要求。这一不断发展的环境将推动更广泛商业化，同时支持下一代量子和天文系统所需的稳健、可重现的操作。
投资情况：资金、并购与初创活动
进入2025年，低温波导电路的投资环境经历了显著的动能，得益于量子计算、量子通信和低温检测系统的快速进展。这些专用硬件对于在毫开尔文温度下路由和处理微波及RF信号至关重要，关键在于扩展超导和自旋基础的量子处理器。随着全球量子技术项目的不断加强，初创企业和成熟企业都在加速创新和商业化低温兼容的波导、旋转器、隔离器和相关微波组件的努力。
资金增长的主要推动力是风险投资的兴趣与主要技术公司的战略性投资的融合。在2024年及2025年初，一些初创企业专注于低温微波互连和包装解决方案，获得了种子轮和A轮融资。值得注意的是，像QuantWare和Bluefors等公司（后者以稀释制冷剂闻名）已经扩大了其范围，涵盖集成低温电路，吸引了私人和公共资金。主要量子硬件提供商，包括IBM和Rigetti Computing，也报告了内部投资和合作伙伴关系的增长，以开发高性能的低温微波组件来支持其量子路线图。
在并购方面，该领域已经出现了初步整合，较大的量子硬件公司收购小众组件制造商，以确保专有知识产权和供应链韧性。例如，在2024年末，某领先低温基础设施提供商的战略收购旨在将波导和微波电路集成到其稀释制冷剂系统中，符合量子硬件中观察到的垂直整合趋势。这类举措旨在简化组件兼容性，优化量子实验和早期商业部署的信号完整性。
初创活动仍然活跃，学术衍生企业和深科技孵化器发挥着关键作用。北美和欧洲的多个创新中心特别针对低温硬件初创公司启动了加速器项目，强调可扩展和可制造的波导解决方案。尽管该领域仍在成长，行业分析师预测通过2026年，私营和政府支持的融资轮将增加，因为对强大低温互连的需求与多量子比特量子处理器的扩展同步加速。
展望未来，低温波导电路的投资前景预计将保持强劲。随着量子计算平台从实验室原型过渡到早期商业系统，针对高性能低温微波硬件（包括波导、开关和连接器）的供应链将变得愈加竞争和吸引投资者和战略买家。量子硬件集成商与专用组件初创企业间的紧密合作预计将定义该行业的演变，贯穿整个十年。
未来展望：创新路线图与战略建议
低温波导电路——对量子计算、射电天文学和超低噪声通信系统至关重要，正在进入加速创新和战略演变的时期。随着对可扩展量子计算机和先进传感平台需求的加剧，行业重心正转向微型化、集成化和提高微波和毫米波组件的低温兼容性。
预计到2025年，领先制造商将推出新一代低温等级的波导和互连组件。像Radiometer Physics GmbH和HUBER+SUHNER等公司正在投资新型材料，如超导薄膜、低损耗介质和高纯度金属，以减少在毫开尔文温度下的信号衰减。Radiometer Physics GmbH继续优化其用于深空和量子信息应用的低温波导组件，而HUBER+SUHNER则优先考虑灵活的半刚性波导解决方案，适配稀释制冷剂和紧凑冷却设备。
一个关键的创新轨迹是将波导与低温兼容的微波组件（隔离器、旋转器、衰减器和开关）集成，以便实现更紧凑、更可靠的量子处理器架构。QuinStar Technology, Inc.和ETL Systems正在开发模块化子系统，将波导电路与超导器件和超低温等级的组件结合在一起，实现科研和商业部署的即插即用扩展性。这些模块化平台对于量子实验室和卫星有效载荷至关重要，其中设计灵活性和快速原型制作是必要的。
展望2026年及以后，路线图包括几项战略建议：
- 材料创新：建议进一步研究超导和超低损耗合金，以最低化热噪声、最大化量子信息转移的相干性。
- 与量子硬件的集成：波导制造商与量子处理器设计师之间应更紧密合作，以确保在更大量子比特阵列中实现无缝连接和信号完整性。
- 自动化与可靠性：对自动化低温测试和稳健连接的投资对于扩大生产和确保在关键环境中的长期可靠性至关重要。
- 标准化：应建立行业范围内的低温波导接口和性能指标标准，以促进互操作性，加速采用。
随着量子计算和精密传感技术的进展，低温波导电路将继续发挥重要基础作用。跨部门合作、材料突破和系统级集成将是推动创新路线图的主要力量，贯穿到2020年代后期。
来源与参考资料
- Radiance Technologies
- Northrop Grumman
- L3Harris Technologies
- Quintech Electronics & Communications
- Cryomagnetics, Inc.
- IBM
- Rigetti Computing
- Raytheon Technologies
- 国家标准与技术研究所（NIST）
- 牛津仪器
- Low Noise Factory AB
- Teledyne Microwave Solutions
- 国家科学技术国际
- ThinKom Solutions
- Cryomech
- 泰雷兹
- 国家仪器公司
- Teledyne Technologies
- Lake Shore Cryotronics
- IBM
- Northrop Grumman
- Raytheon Technologies
- Teledyne Technologies
- QuSpin
- IEEE
- Bluefors
- Rigetti Computing
- HUBER+SUHNER
- QuinStar Technology, Inc.
