近年来，量子通信和量子计算作为下一代信息技术的核心支柱，正从实验室走向实用化。伴随这一浪潮，一种曾经主要用于低温物理研究的稀有气体——氦-3（³He），正在悄然成为量子技术发展中的“隐形关键”。

今天，我们将一起探讨氦三在量子通信与量子计算中的应用场景、需求趋势以及潜在的市场规模。

一、什么是氦-3？

氦三是氦元素的一种稀有同位素，其原子核由两个质子和一个中子组成，相比普通氦（氦四，⁴He）质量更轻、具有核自旋特性，因此在量子领域有特殊用途。

氦-3的自然丰度极低，主要通过核裂变副产、核武器退役或者钚生产过程回收，也可通过中子照射锂反应制取，属于稀缺战略资源。

二、氦三在量子通信中的应用场景

1. 极低温冷却：超导探测器关键媒介

量子通信中广泛应用的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）对工作温度要求极高，需在0.1K以下的极低温环境中运行。相比液氦（4.2K）降温，氦三-氦四混合制冷机（³He/⁴He dilution refrigerator）可实现更低温度，是当前高端探测系统的标准配置。

2. 自旋极化气体：用于量子信号增强

氦-3可通过“光泵”技术实现核自旋极化，形成高度有序的量子态，可用于增强某些量子通信中核磁共振信号、作为量子存储和转移介质的研究基础。

三、氦三在量子计算中的应用场景

1. 量子比特（qubit）运行环境支撑

超导量子计算、拓扑量子计算等技术都需在毫开尔文（mK）级低温环境下运行。氦三/氦四稀释制冷系统是这些平台的“基础设施”。谷歌、IBM、阿里达摩院等量子实验室均在使用稀释制冷系统。

2. 拓扑量子计算研究介质

在某些拓扑量子比特模型中，如马约拉纳费米子态、任意子态系统，需要高度控制的低温量子液体环境。氦三在极低温下表现出奇异的超流性行为，被研究用作可能的拓扑量子场平台。

四、量子行业需求量与市场规模分析

综合预测：随着量子计算规模化部署（未来5年或达数千量子比特）、量子通信骨干网建设（如京沪干线拓展），氦-3需求量将在未来3~5年翻倍增长，预计全球氦-3在量子领域的市场需求将突破5亿美元/年，并在2030年前形成数十亿美元级别的专用供应链市场。

来源：中科富海