新型集体状态计算面世：基于全光学VCSEL，克服传统计算限制【附激光技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

在数据驱动的时代，有效解决复杂问题至关重要。然而，传统计算机在处理大量相互作用的变量时常常难以完成这项任务，从而导致诸如冯·诺依曼瓶颈之类的低效率问题。一种新型的集体状态计算已经出现，通过将这些优化问题映射到磁学中的伊辛问题来解决这个问题。

为了有效地解决伊辛哈密顿算子，研究人员正在探索能够超越传统计算机的物理系统。一种有前途的方法涉及使用基于光的技术，其中信息被编码为偏振态、相位或幅度等属性。通过利用干涉和光学反馈等效应，这些系统可以快速找到正确的解决方案。

在《光学微系统杂志》上发表的一项研究中，新加坡国立大学和科学技术研究局的研究人员考虑使用垂直腔表面发射激光器 (VCSEL) 系统来解决伊辛问题。在此设置中，信息被编码在VCSEL的线性偏振状态中，每个状态对应于一个潜在的解决方案。激光器相互连接，它们之间的相互作用编码了问题的结构。

研究人员在适度的2位、3位和4位 Ising问题上测试了他们的系统，并发现了有希望的结果。然而，他们也发现了挑战，例如需要最小化VCSEL激光各向异性，这在实践中可能难以实现。尽管如此，克服这些挑战可能会带来基于全光学VCSEL的计算机架构，能够解决目前传统计算机无法解决的问题。

图片来源：SciTechDaily.com

技术价值观察

历经多年的发展，中国激光技术已广泛应用于各行各业，形成了完整的产业链。激光产业链上游主要包括光源材料、光学元器件及其他组成激光器的材料;中游主要为各种激光器、机械系统、数控系统，其他例如电源、散热器、传感器、分析仪、防护镜等;下游则是成套的激光设备，如激光切割机、激光焊接设备、激光打标机等。激光产业链的终端应用领域涉及交通、医疗、电池、家电、商业用途等。

研究人员使用垂直腔表面发射激光器 (VCSEL) 系统来解决伊辛问题，能够解决目前传统计算机无法解决的问题。因此，从激光产业链上看，该技术处于产业链的应用环节。

宏观市场观察

——全球激光产业市场规模持续上涨

激光是20世纪60年代的新光源，具有方向性好、亮度高、单色性好和高能量密度等特点。以激光器为基础的激光工业在全球发展势头迅猛，现在已经广泛的应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面，形成了光纤通信，激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光美容和激光扫描等行业。

从激光器市场来看，2014-2022年，全球激光器市场规模持续上涨，2022年，全球激光器市场规模达201亿美元，同比上涨8.8%。

从激光设备市场来看，2018-2022年，全球激光设备市场规模持续上涨，2022年，在经济下行的大背景下，全球激光设备市场规模达到了216亿美元，同比上涨2.8%。

——全球激光产业销售重点区域转移到中国

中国是制造业大国，近年来激光在我国制造业尤其是装备制造业中的应用比例不断提升，相应的全球激光销售重点区域转移到了中国。

根据Laser Focus World及Photonics Views发布的数据，2022年中国激光器市场规模达到135亿美元，占全球激光器市场规模之比约为67%。

——中国激光产业市场总规模持续扩大

中国激光市场结构主要分为激光加工设备、光通信器件与设备、激光测量设备、激光器、激光医疗设备、激光元器件等。2016-2022年，我国激光产业市场总规模持续扩大。根据2022年中国激光元器件、激光器、激光加工设备市场规模，2022年中国激光产业整体市场规模已达2186亿元，同比增加6.4%。

——中游激光器环节价值占比最高

根据对中国激光产业链的分析，2022年激光产业链总规模达2186亿元，上游激光元器件及材料的成本将得到进一步控制，占比已低于20%，中游随着激光器规模的快速上升，中游的价值占比上升至42%，下游激光加工设备的价值约占39%。

——工业领域应用最广泛

激光技术的应用领域非常广泛，在全球和国内都已经延伸到了工业甚至人们生活的各个方面。激光技术影响较大且市场规模、潜力较大的重点应用领域主要包括光通信领域、材料加工领域、准分子印刷领域、数据存储领域、医疗美容领域等。

我国激光设备主要应用在工业、信息、商业、医学以及科研领域。根据中国科学院武汉文献情报中心数据显示，2021年工业领域激光设备市场占比最大，达62%，其次为信息领域激光设备市场，占比达22%。

——2029年市场规模或超7500亿元

我国是制造业大国，然而与世界制造业大国相比，我国激光在对制造业尤其是装备制造业中的应用比例偏低，仅为30%。而美、日、德激光在装备制造业中的应用比重均超过了40%，其中德国高达46.4%，高出我国16.4个百分点。这也是造成我国工业结构升级缓慢的一个原因。与此同时，激光在制造业的应用比例差距也可以看到我国激光产业的巨大市场潜力。在未来国家一系列产业结构调整及工业结构改造过程当中，激光产业拥有广阔的市场前景。

中国激光产业正处于成长期，预计2024-2029年，我国激光产业市场规模将以20%左右的增速增长，到2029年产业规模或超7500亿元。

中国激光技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与激光关键技术强关联的城市集群主要集中在华南和华东地区，并且以广深为重点发展区域，未来布局激光技术及其他先进激光技术的发展路径，极大可能性在于华南华东优先导入，其中可重点关注广东省深圳市龙华区及宝安区、广东省广州市天河区所处激光产业研发、设计的相关企业，以及该地方对于激光产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

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更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国激光产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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