《計算機行業深度研究：量子計算人工智能與新質生產力的“未來引擎”-240322（21頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《計算機行業深度研究：量子計算人工智能與新質生產力的“未來引擎”-240322（21頁）.pdf（21頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 1 計算機行業深度研究 量子計算：人工智能與新質生產力的“未來引擎”2024 年 03 月 22 日 量子計算有望成為解決 AI 算力瓶頸的顛覆性力量。與傳統計算相比，量子計算能夠帶來更強的并行計算能力和更低的能耗，同時量子計算的運算能力根據量子比特數量指數級增長，在 AI 領域具有較大潛力。海外科技巨頭帶動量子計算產業發展，IBM、微軟、谷歌等公司先后發布量子計算路線圖，與此同時，國內量子計算產業與海外科技巨頭差距不斷縮小，2024 年 1 月 16 日我國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”上線運行可以一次性下發、執

2、行 200 個量子線路的計算任務，比國際同類量子計算機具有更大的速度優勢。量子計算軟硬件基礎設施不斷成熟，為商業化落地打下良好基礎。當前全球范圍內針對量子計算機，已經形成超導、離子阱、光量子、中性原子、半導體量子等主要技術路線，以及以量子門數量、量子體積、量子比特數量等核心指標構成的性能評價體系。量子計算云平臺將量子計算機硬件或量子計算模擬器與經典云計算軟件工具、通信設備及 IT 基礎設施相結合，為用戶提供直觀化及實例化的量子計算接入訪問與算力服務。軟件方面，量子算法不斷發展中，在當前硬件條件下重點是綜合考慮 NISQ 算法的容錯代價與算法性能之間的平衡，量子軟件體系處于開放研發和生態建設早期

3、階段，正在不斷成熟。量子計算有望賦能千行百業，開啟 8000 億美元藍海市場。據 ICV 數據，2023 年全球量子計算市場規模約 47 億美元，預計 2035 年有望超過 8000 億美元；其中，金融、化工、生命科學領域有望更加受益量子計算產業發展：1）金融領域：量子計算應用有望在優化預測分析、精準定價和資產配置等問題中產生優勢；2）化工領域：量子計算應用探索主要通過模擬化學反應，達到提高效率、降低資源消耗等目的；3）生命科學：量子計算可以用于評估藥物研發的成本、時間、性能等實驗值；4）密碼學：量子加密理論上是不可被破解的；5）交通物流：量子計算應用主要聚焦組合優化問題，以更優方案實現路線規

4、劃和物流裝配，提升效率降低成本。投資建議：量子計算有望顛覆經典計算架構，成為解決 AI 算力瓶頸的顛覆性力量，或成為發展新質生產力的重要抓手，建議關注國盾量子、科大國創、神州信息、科華數據、中國長城、光迅科技等量子計算相關標的，以及電科網安、吉大正元、格爾軟件、國芯科技、浙江東方、亨通光電等量子加密通信標的。風險提示：量子計算技術發展不及預期，行業競爭加劇。推薦 維持評級 分析師 呂偉 執業證書：S0100521110003 郵箱：lvwei_ 相關研究 1.計算機周報 20240316：公共數據運營迎來政策“破冰期”-2024/03/16 2.計算機周報 20240309：兩會 AI 與信創

5、重要機遇信號-2024/03/09 3.計算機周報 20240303：計算機行業 2024年一季度業績前瞻-2024/03/03 4.計算機行業動態報告：全球算力狂潮下的 AI 硬件“超級行情”-2024/03/02 5.計算機行業事件點評：重視央企“國家隊”在國產AI算力與新型舉國體制下的機遇-2024/02/26 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 2 目錄 1 量子計算或成為解決 AI 算力瓶頸的顛覆性力量.3 1.1 量子力學顛覆經典計算體系，帶來空前加速.3 1.2 巨頭爭先入場，開啟量子計算商業化進程.5 1.3 量子計算

6、機：多種技術路線并行.8 1.4 量子云計算平臺：定義云計算 Q-XaaS 新范式.14 1.5 軟件：量子算法與軟件體系逐漸成熟.15 2 量子計算有望賦能千行百業.17 2.1 量子計算有望開啟 8000 億美元藍海市場.17 3 投資建議.19 4 風險提示.19 IWiXNAdYjZbYIUjXcZlW9P8Q8OpNqQnPqMiNnNsRkPmOrP6MqRmMxNsOrOxNsQoN行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 3 1 量子計算或成為解決 AI 算力瓶頸的顛覆性力量 1.1 量子力學顛覆經典計算體系，帶來空前加速

7、量子計算是基于量子力學的獨特行為（如疊加、糾纏和量子干擾）的計算模式，基本信息單位為量子比特。據微軟，在物理學中量子是所有物理特性的最小離散單元，通常指原子或亞原子粒子（如電子、中微子和光子）的屬性。量子比特是量子計算中的基本信息單位，在量子計算中發揮的作用與比特在傳統計算中發揮的作用相似，但經典比特是二進制、只能存放 0 或 1 位，但量子比特可以存放所有可能狀態的疊加。量子計算所運用的物理特性主要包括：1）量子疊加：處于疊加態時，量子粒子是所有可能狀態的組合，它們會不斷波動，直到被觀察和測量；以拋硬幣為例，經典比特可以通過正面和反面來度量，而量子比特能夠代表硬幣的正反面以及正反交替時的每個

8、狀態；2）量子糾纏：糾纏是量子粒子將其測量結果相互關聯的能力，當量子比特相互糾纏時，它們構成一個系統并相互影響，人們可以使用一個量子比特的度量來作出關于其他量子比特的結論，通過在系統中添加和糾纏更多的量子比特，量子計算機可計算指數級的更多信息并解決更復雜的問題；3）量子干擾：量子干擾是量子比特固有的行為，由于疊加而影響其坍縮方式的可能性，量子計算機旨在盡可能減少干擾，確保提供最準確的結果。圖1：經典比特與量子比特對比 資料來源：愛集微，本源量子，民生證券研究院 與傳統計算相比，量子計算能夠帶來更強的并行計算能力和更低的能耗。據賽迪智庫，量子計算通過量子態的受控演化實現數據的存儲計算，可以分為數

9、據輸入、初態制備、量子邏輯門操作、量子測算和數據輸出等步驟，其中量子邏輯門操作是一個幺正變換，這是一個可以人為控制的量子物理演化過程；經典計算機的運算模式為逐步計算，一次運算只能處理一次計算任務，而量子計算為并行計算，可以同時對 2n 個數進行數學運算，相當于經典計算重復實施 2n 次操作；同時，傳統行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 4 芯片的特征尺寸很?。〝导{米）時，量子隧穿效應開始顯著，電子受到的束縛減小，使得芯片功能降低、能耗提高，將不可逆操作改造為可逆操作才能提高芯片的集成度，量子計算中的幺正變換屬于可逆操作，有利于提升芯片

10、的集成度，進而降低信息處理過程中的能耗。圖2：量子計算與經典計算體系對比 資料來源：愛集微，本源量子，民生證券研究院 量子計算的運算能力根據量子比特數量指數級增長，在AI領域具有較大潛力。在經典計算中，計算能力與晶體管數量成正比例線性關系，而量子計算機中算力將以量子比特的指數級規模增長，據中國計算機學會微信公眾號，2012 年“量子優勢”（同樣的計算任務，量子計算速度高于傳統計算）的概念被提出，并在 2019 年由谷歌團隊實現了實驗驗證，2020 年，潘建偉院士團隊基于高斯玻色采樣模型成功構建了 76 個光子的量子計算原型機“九章”進一步驗證了量子優勢。量子計算機所能擁有的量子比特數由最初的

11、2 量子比特增長到了數百量子比特，并正以可觀的速度繼續增長，這為實現更可靠、更大規模的量子計算，以及挖掘基于量子計算的人工智能應用帶來更多可能性。圖3：經典計算機與量子計算機運算能力對比 資料來源：中國計算機學會微信公眾號，民生證券研究院 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 5 1.2 巨頭爭先入場，開啟量子計算商業化進程 海外科技巨頭帶動量子計算產業發展，國內量子計算產業與海外科技巨頭差距不斷縮小。據量子信息網絡產業聯盟、ICV 等數據，國外巨頭引領量子計算產業發展：2019 年谷歌宣稱實現“量子霸權”，首次在實驗中證明了量子計算機

12、對于傳統架構計算機的優越性，2020 年，IBM 公司公布量子計算機發展路線圖，2021 年實現 127 量子比特，2022 年 433 量子比特，2023 年建造 1121 量子比特芯片；與此同時，國內量子計算產業也在政策的支持下快速發展、縮小與海外巨頭的差距：2020 年，中國科學技術大學潘建偉等人構建出 76 個光子 100 個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”，實現了“高斯玻色取樣”任務的快速求解；2021 年，中國科學技術大學潘建偉等人構建了 66 比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”，實現了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解，“祖沖之二號”的計算復雜度比谷歌的“懸鈴木

13、”提高了 6 個數量級；2023 年本源量子交付 24 比特超導量子計算機；2024 年 1 月 16 日我國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”上線運行可以一次性下發、執行 200 個量子線路的計算任務，比國際同類量子計算機具有更大的速度優勢。圖4：全球量子計算發展歷程 資料來源：ICV，民生證券研究院 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 6 量子計算軟硬件體系已經初具雛形。據信通院：量子計算產業上游主要包含環境支撐系統、測控系統、各類關鍵設備組件以及元器件等，是研制量子計算原型機的必要保障，目前由于技術路線未收斂、硬件研制個性化需

14、求多等原因，上游供應鏈存在碎片化問題，逐一突破攻關存在難度，一定程度上限制了上游企業的發展，國內外情況對比而言，上游企業以歐美居多，部分龍頭企業占據較大市場份額，我國部分關鍵設備和元器件對外依賴程度較高；量子計算產業生態中游主要涉及量子計算原型機和軟件，其中原型機是產業生態的核心部分，目前超導、離子阱、光量子、硅半導體和中性原子等技術路線發展較快，其中超導路線備受青睞，離子阱、光量子和中性原子路線獲得較多初創企業關注，美國原型機研制與軟件研發占據一定優勢，我國量子計算硬件企業數量有限且技術路線布局較為單一，集中在超導和離子阱路線，量子計算軟件企業存在數量規模較少、創新成果有限、應用探索推動力弱

15、等問題；量子計算產業下游主要涵蓋量子計算云平臺以及行業應用，處在早期發展階段，近年來全球已有數十家公司和研究機構推出了不同類型的量子計算云平臺積極爭奪產業生態地位，目前量子計算領域應用探索已在金融、化工、人工智能、醫藥、汽車、能源等領域廣泛開展，國外量子計算云平臺的優勢體現在后端硬件性能、軟硬件協同程度、商業服務模式等方面。大量歐美行業龍頭企業成立量子計算研究團隊，與量子企業聯合開展應用研究，我國下游行業用戶對量子計算重視程度有限，開展應用探索動力仍需提升。圖5：量子計算產業生態與國內外代表性企業概況 資料來源：信通院，民生證券研究院 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務

16、必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 7 量子通信產業發展的核心是突破量子糾錯突破平衡點，實現通用量子計算。據信通院、量子信息網絡產業聯盟，未來，通用量子計算發展的近期或中期重要目標主要有兩個：一是提升量子硬件性能和糾錯編碼能力，實現量子邏輯比特操控；二是在 NISQ 樣機平臺，探索具有實際應用價值和量子加速優勢的“殺手級”應用。其中，量子態的不可克隆性、相干性以及差錯連續性等決定了量子糾錯（QEC）與經典糾錯有本質差異，量子比特當前產生的錯誤率比經典比特更高，錯誤類型也更加廣泛；QEC 是通過使用多個物理比特編碼一個邏輯比特，通過增加信息編碼空間的冗余度，使受到環境噪聲或退相干影響的量子態可

17、以被識別和區分，并通過糾錯操作恢復出原始量子態，使量子計算具備理論可行性的底層解決方案，也是支持大規模量子邏輯門操作，實現通用量子計算的必要環節。圖6：量子計算發展的重要里程碑 資料來源：量子信息網絡產業聯盟，民生證券研究院 圖7：傳統計算的編程與操作系統 圖8：量子的編程與操作系統 資料來源：ICV，民生證券研究院 資料來源：ICV，民生證券研究院 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 8 1.3 量子計算機：多種技術路線并行 當前全球范圍內針對量子計算機，已經形成超導、離子阱、光量子、中性原子、半導體量子等主要技術路線，以及以量子門

18、數量、量子體積、量子比特數量等核心指標構成的性能評價體系，據信通院、ICV 數據：1）超導：基于超導約瑟夫森結構造擴展二能級系統，具有可擴展、易操控和集成電路工藝兼容等優勢，超導量子計算處理器比特規模和保真度等指標逐年穩步提升，在糾纏態制備、拓撲物態模擬等科研實驗方面取得諸多進展，是量子計算領域業界關注度最高的發展方向，代表廠商為 IBM，2023 年 IBM 發布了首款超過 1000 量子比特的量子計算處理器 Condor，其擁有 1121 量子比特；2）離子阱：利用電荷與磁場間所產生的交互作用力約束帶電離子，通過激光或微波進行相干操控，具有比特天然全同、操控精度高和相干時間長等優點，離子阱

19、路線未來發展需要突破比特規模擴展、高集成度測控和模塊化互聯等技術瓶頸，未來能否在量子計算技術路線競爭中占據優勢仍有待進一步觀察，代表廠商Quantinuum 的相關產品量子體積指標達到 524288，成為業界最新紀錄；3）光量子：利用可利用光子的偏振、相位等自由度進行量子比特編碼，具有相干時間長、室溫運行和測控相對簡單等優點，可分為邏輯門型光量子計算和專用光量子計算兩類，以玻色采樣和相干伊辛等為代表的專用光量子計算近年來的研發成果較多，代表廠商中科大的“九章三號”成功構建了 255 個光子；4）中性原子：利用光鑷或光晶格囚禁原子，激光激發原子里德堡態進行邏輯門操作或量子模擬演化，相干時間和操控

20、精度等特性與離子阱路線相似，在規?；瘮U展方面更具優勢，未來有望在量子模擬等方面率先突破應用，中性原子路線近年來在比特數目擴展和量子糾錯等方面進展迅速，有望成為技術路線競爭中的后起之秀，代表嘗試 Atom Computing 公司 2023 年發布 1225 原子陣列中性原子量子計算原型機，成為首個突破千位量子比特的系統；5）半導體（硅路線）：利用量子點中囚禁單電子或空穴構造量子比特，通過電脈沖實現對量子比特的驅動和耦合，具有制造和測控與集成電路工藝兼容等優勢，代表廠商英特爾發布了一種在主流 CMOS 工藝技術上構建的具有 12 個量子比特的量子芯片 Tunnel Falls。它由 12 個量子

21、點構建，可配置 4 至 12 個基于自旋的量子比特，其目的是讓研究實驗室用不同的拓撲結構來構建更大的系統，特別是測試量子比特的糾錯方案，硅半導體路線雖然得到英特爾等傳統半導體制造商支持，但由于同位素材料加工和介電層噪聲影響等瓶頸限制，比特數量和操控精度等指標提升緩慢。行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 9 圖9：量子計算發展階段及其硬件趨勢圖（單位：量子比特數量）資料來源：ICV，民生證券研究院 量子計算技術持續突破，比特數與量子體積指標持續提升。據信通院，超導路線在量子比特數量、邏輯門保真度等指標方面表現較為均衡；離子阱路線在邏輯門

22、保真度和相干時間方面優勢明顯，但比特數量和門操作速度方面瓶頸也同樣突出；光量子和硅半導體路線目前在比特數量、邏輯門保真度和相干時間等指標方面均未展現出明顯優勢；中性原子近年來在比特數量規模、門保真度和相干時間等指標方面提升迅速。圖10：量子計算比特數和量子體積指標發展趨勢 資料來源：信通院，民生證券研究院 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 10 中美領跑全球量子計算機軍備競賽。據 ICV，中美是中游整機公司最多且類型分布最廣的國家，都涵蓋了超導、離子阱、光子、中性原子等物理平臺，其中美國的代表性企業有 IBM、谷歌、微軟、亞馬遜、英

23、特爾、Rigetti、IonQ、Xanadu等，中國的代表產品包括“祖沖之”系列、“悟空”系列、“九章”系列等。圖11：2023 全球各主要科技國整機硬件企業各技術路線分布情況 資料來源：ICV，民生證券研究院 IBM 定義量子計算摩爾定律，2033 年有望生產 1000 個量子比特的超級計算機。IBM 量子計算機采用超導量子路線，認為每年量子計算機的量子體積增加一倍，并發布 2023 年度量子計算路線圖，據量子客微信公眾號，在路線圖上，使用多芯片鏈接在量子處理器之間建立通信，四年內的錯誤緩解 Flamingo 處理器將從 2025 年的 5,000 個門增長到 2028 年的 15,000

24、個門。模擬并驗證了為二維最近鄰量子比特陣列量身定制的獨特糾錯協議；到 2026 年，Kookaburra 處理器中的邏輯內存和操作證明大規模噪聲抑制是可能的；從 2028 年開始，這種噪聲抑制與 Starling 處理器開始穩定增加的電路深度和量子比特計數相結合，可產生超出經典驗證所能達到的糾錯準確輸出；到 2033 年以后，以量子為中心的超級計算機將包含 1000 個邏輯量子比特，從而釋放量子計算的全部能力，即真正實現大規模商用量子計算機；在此過程中，IBM 為其正在研究的每個主要組件提供了年度目標。新的糾錯碼和系統模塊化以及互連的構建塊將使數百萬個量子比特能夠提供相同的整體性能，糾錯碼呈現

25、為數十萬個量子比特，并與 IBM 正在創新的新耦合器互連。行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 11 圖12：IBM 量子計算路線圖 資料來源：IBM，民生證券研究院 微軟將未來量子計算分為基礎、彈性和規模三個級別。微軟的量子計算機基于較為冷門的量子拓撲技術，在基礎階段通過 Azure Quantum 將主流量子計算機引入云，包括 IonQ、Pasqal、Quantinuum、QCI 和 Rigetti；在彈性階段，從嘈雜的物理量子比特過渡到可靠的邏輯量子比特，增加每個邏輯量子比特的物理量子比特數，使物理量子比特更穩定，或者兩者兼而有之

26、；在規模階段，設計出一臺規?；?、可編程的量子超級計算機，這樣的量子超級計算機至少需要 100 萬個每秒可靠的量子操作數（rQOPS）。圖13：微軟量子計算路線圖 資料來源：微軟官網，民生證券研究院 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 12 谷歌量子計算路線圖瞄準百萬物理量子比特最終目標。谷歌量子計算機采用超導路線，公司于 2023 年在頂級學術期刊Nature發表論文Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit宣布其成功達到第二里程碑，即 100

27、 個物理量子比特。未來，公司預計將構建容錯量子計算機，并有望在 2025 年達到 1000 個物理比特的第三里程碑。圖14：谷歌量子計算路線圖 資料來源：谷歌官網，民生證券研究院“祖沖之”176 比特量子計算云平臺面向全球開放?！白鏇_之二號”量子計算機采用超導技術路線，據新華網，潘建偉團隊采用全新的倒裝焊 3D 封裝工藝，解決了大規模比特集成問題，成功研制出“祖沖之二號”。根據目前已公開的最優經典算法，“祖沖之二號”對“量子隨機線路取樣”問題的處理速度，比目前全球最快的超級計算機快 1000 萬倍以上。2023 年 5 月 31 日，“祖沖之二號”量子計算云平臺面向全球開放，該平臺在 66 比

28、特的芯片基礎上做出提升，新增了 110 個耦合比特的控制接口，使得用戶可操縱的量子比特數達到 176 比特。除了比特規模，在涉及量子計算機性能的連通性、保真度、相干時間等關鍵指標上，“祖沖之號”云平臺接入的新一代量子計算機的設計指標也瞄準國際先進水平。圖15：“祖沖之二號”量子處理器圖 圖16：“祖沖之二號”超導量子計算機 資料來源：中國科學報，民生證券研究院 資料來源：新華網，民生證券研究院 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 13 “本源悟空”搭載 72 位自主超導量子芯片“悟空芯”，是目前中國最先進的可編程、可交付超導量子計算機

29、。據科學網，“本源悟空”采用超導技術路線，搭載的 72 位超導量子芯片“悟空芯”在中國首條量子芯片生產線上制造，共有 198個量子比特，其中包含 72 個工作量子比特和 126 個耦合器量子比特；本源量子擁有中國首條量子芯片生產線、中國首款量子計算機操作系統、中國首個量子計算測控系統；本源量子計算專利數排名中國第一、全球第六。圖17：中國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”資料來源：科學網，民生證券研究院“九章三號”擁有 255 個光子，處于國際領先地位?！熬耪氯枴辈捎霉饬孔勇肪€，據中科大新聞網，中國科大團隊在理論上首次發展了包含光子全同性的新理論模型，實現了更精確的理論與實驗的吻合；同時，

30、發展了完備的貝葉斯驗證和關聯函數驗證，全面排除了所有已知的經典仿冒算法，為量子計算優越性提供了進一步數據支撐。在技術上，研制了基于光纖時間延遲環的超導納米線探測器，把多光子態分束到不同空間模式并通過延時把空間轉化為時間，實現了準光子數可分辨的探測系統。這一系列創新使得研究團隊首次實現了對 255 個光子的操縱能力，極大提升了光量子計算的復雜度，處理高斯玻色取樣的速度比“九章二號”提升了一百萬倍。圖18：光量子計算的國際競爭態勢 資料來源：中科大新聞網，民生證券研究院 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 14 1.4 量子云計算平臺：定

31、義云計算 Q-XaaS 新范式 量子計算云平臺將量子計算機硬件或量子計算模擬器與經典云計算軟件工具、通信設備及 IT 基礎設施相結合，為用戶提供直觀化及實例化的量子計算接入訪問與算力服務。據量子信息網絡產業聯盟，Q-IaaS 將量子計算機的硬件及配套設施作為服務在量子計算云平臺上提供給用戶。用戶可以調用云平臺上的硬件（包括量子計算機、量子計算模擬器、經典服務器、存儲器等）而無需對其進行維護，實現低成本的底層開發和科學研究等活動。Q-PaaS 將量子計算相關基礎設施和中間件組成的開發平臺作為服務在量子計算云平臺上提供給用戶。用戶可以基于量子計算軟件開發平臺開發量子編程框架和量子算法庫，并通過云端

32、服務器連接到不同公司的量子計算硬件進行計算。支持單一平臺開發或跨平臺兼容開量子計算云平臺功能模型、體系架構與能力分級研究報告發?？芍С纸浀?量子混合計算，并自動分配經典計算資源和量子計算資源。Q-SaaS 根據特定行業應用場景和應用需求將打包好的應用服務方案作為服務在量子計算云平臺上提供給用戶。圖19：量子計算云平臺功能框架圖 資料來源：量子信息網絡產業聯盟，民生證券研究院 此外，據 ICV，量子計算領域有望帶來其他增量需求：1）量子比特環境：重點是滿足大空間、高冷量以及滿足分布式量子計算的稀釋制冷機；2）量子測控系統：強化學習促進超導測控系統軟硬件協同，硅氮化物、硅光集成加速光學測控系統器件

33、研發進程；3）其他需求：如硅鍺量子材料，晶圓級集成工藝等。行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 15 1.5 軟件：量子算法與軟件體系逐漸成熟 量子算法不斷發展中，在當前硬件條件下，重點是綜合考慮 NISQ 算法的容錯代價與算法性能之間的平衡。據 ICV，相比經典計算，量子計算在每一步的執行時間上較慢，增加了容錯的代價。量子計算算法設計的發展大方向可以是：第一，針對不同的量子計算硬件平臺和技術路線，設計出更適合的量子計算算法，以提高量子計算的效率和可靠性。例如，針對超導量子計算、光量子計算、離子阱量子計算、硅基量子計算等不同的物理實現方

34、式，設計出更優化的量子邏輯門、量子糾錯碼、量子編譯器等；第二，針對不同的應用領域和問題，設計出更通用和更高效的量子計算算法，以擴大量子計算的應用范圍和影響力。例如，針對優化問題、機器學習問題、密碼學問題、模擬問題等不同的問題類型，設計出更具有量子優勢的量子算法，或與經典算法結合，形成更強大的混合算法。第三，針對不同的量子計算資源和條件，設計出更靈活和更魯棒的量子計算算法，以適應量子計算的實際環境和需求。例如，針對有限的量子比特數、有限的量子相干時間、有限的量子通信帶寬等不同的資源限制，設計出更節省資源的量子算法，或者利用量子壓縮、量子隨機存取等技術，提高量子資源的利用率。圖20：重點量子算法實

35、例 圖21：重點量子算法實例 資料來源：ICV，民生證券研究院 資料來源：ICV，民生證券研究院 量子計算軟件體系處于開放研發和生態建設早期階段。據信通院，量子計算軟件是連接用戶與硬件的關鍵紐帶，在編譯運行和應用開發等方面需要根據量子計算原理特性進行全新設計，提供面向不同技術路線的底層編譯工具，具備邏輯抽象工程的量子中間表示和指令集，以及支撐不同計算問題的應用軟件，具體來說：1）應用開發軟件：是為開發者提供創建和操作量子程序的工具集、開發組件以及算法庫，未來需要進一步增加應用場景、計算問題和算法開發的支持能力，以行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明

36、證券研究報告 16 及與不同硬件系統軟硬件協同適配性；2）編譯軟件：是用于明確量子編程邊界并確保程序編譯正確執行，并提供完善且體系化的語法規則用于協調和約束量子操作與經典操作，IBM、微軟、谷歌等國外巨頭以及華為、百度、本源量子、中科院等都已經發布相關產品；3）EDA：主要用于實現量子芯片的自動化設計、參數標定與優化、封裝設計等功能，未來，量子計算芯片 EDA 軟件需要在芯片性能驗證、設計自主程度、設計效率等方面持續研究和完善。圖22：量子計算軟件體系 資料來源：信通院，民生證券研究院 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 17 2 量

37、子計算有望賦能千行百業 2.1 量子計算有望開啟 8000 億美元藍海市場 2023 年全球量子計算市場規模約 47 億美元，預計 2035 年有望超過 8000億美元。據 ICV，隨著量子計算技術的不斷演進，以及 AI 技術等領域的快速發展，量子計算的應用邊界被不斷拓展，2023 年，全球量子產業規模達到 47 億美元，2023 至 2028 年的年平均增長率（CAGR）達到 44.8%；2027 年專用量子計算機預計將實現性能突破，帶動整體市場規模達到 105.4 億美元，參考 IBM 2023 年量子計算路線圖，2028 年量子門數量、以及糾錯等計算技術將達到較為成熟階段，在 2028

38、年至 2035 年，市場規模將繼續迅速擴大，受益于通用量子計算機的技術進步和專用量子計算機在特定領域的廣泛應用，到 2035 年總市場規模有望達到8117 億美元。圖23：全球量子計算產業規模（20212035）（單位：十億美元）資料來源：ICV，民生證券研究院 據信通院等，金融、化工、生命科學領域有望更加受益量子計算產業發展：1）金融領域：量子計算應用有望在優化預測分析、精準定價和資產配置等問題中產生優勢。案例包括 2023 年法國 CIB、Pasqal 和 Multiverse 聯合發布量子計算金融應用解決方案的驗證結果，減少金融衍生品估值計算所耗算力資源，提升評估速度與準確性等；2）化工

39、領域：量子計算應用探索主要通過模擬化學反應，達到提高效率、降行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 18 低資源消耗等目的。案例包括 2023 年德國尤利希中心利用量子計算提升尋找蛋白質最低能量結構的成功率，牛津大學實現基于網格的量子計算化學模擬，探索基態準備、能量估計到散射和電離動力學等方面能力等；3）生命科學：量子計算可以用于評估藥物研發的成本、時間、性能等實驗值。案例包括 AWS 制藥解決方案，通過針對某些藥物研發問題的內置示例代碼，例如分子對接、蛋白質折疊、RNA 折疊和逆合成規劃，進行量子計算完成任務；4）密碼學：使用量子機密對

40、安全數據進行加密和傳輸的各種網絡安全方法。但它有可能比以前的加密算法類型安全得多，甚至在理論上是不可破解的；5）交通物流：量子計算應用主要聚焦組合優化問題，以更優方案實現路線規劃和物流裝配，提升效率降低成本。案例包括 2023 年，Terra Quantum 和泰雷茲公司使用混合量子計算驗證加強衛星任務規劃過程并改善衛星運行效率，英偉達、羅爾斯-羅伊斯和 Classiq 將量子計算用于提升噴氣發動機的工作效率；表1：量子計算應用場景分析 行業領域 關鍵環節 問題原型 應用時間（加號代表影響力）產業估值（億美元）3-5 年 5-10 年 10 年以上 保守估值 樂觀估值 金融 金融服務 組合優化

41、+3940 7000 人工智能 能源與材料 傳統能源 量子模擬+100 200 可持續能源 組合優化+100 300 化工 人工智能+1230 3240 生命科學 制藥 量子模擬+740 1830 組合優化 人工智能 先進工業 汽車 人工智能+290 630 量子模擬 組合優化 航空航天與國防 因式分解+300 700 量子模擬 組合優化 電子產品 半導體 因式分解+100 200 量子模擬 組合優化 電信傳媒 電信 量子模擬+100 200 傳媒 組合優化 100 200 出行、運輸、物流 物流 組合優化+500 1000 量子模擬 人工智能 因式分解 資料來源：信通院，民生證券研究院整理

42、行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 19 3 投資建議 量子計算有望顛覆經典計算架構，成為解決AI算力瓶頸的顛覆性力量，或成為發展新質生產力的重要抓手，建議關注國盾量子、科大國創、神州信息、科華數據、中國長城、光迅科技等量子計算相關標的，以及電科網安、吉大正元、格爾軟件、國芯科技、浙江東方、亨通光電等量子加密通信標的。4 風險提示 1）量子計算技術發展不及預期。當前量子計算技術仍處于起步階段，技術路線較為復雜，無法判斷量子計算的不同技術路線落地的確定性，若相關公司選擇錯誤技術路線或面臨產品競爭力下滑，進而對業績產生不良影響。2）行業競

43、爭加劇。量子計算或有較大藍海市場，具備較強吸引力，若行業競爭加劇，或對相關公司利潤率水平造成不良影響。行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 20 插圖目錄 圖 1：經典比特與量子比特對比.3 圖 2：量子計算與經典計算體系對比.4 圖 3：經典計算機與量子計算機運算能力對比.4 圖 4：全球量子計算發展歷程.5 圖 5：量子計算產業生態與國內外代表性企業概況.6 圖 6：量子計算發展的重要里程碑.7 圖 7：傳統計算的編程與操作系統.7 圖 8：量子的編程與操作系統.7 圖 9：量子計算發展階段及其硬件趨勢圖（單位：量子比特數量）.9

44、圖 10：量子計算比特數和量子體積指標發展趨勢.9 圖 11：2023 全球各主要科技國整機硬件企業各技術路線分布情況.10 圖 12：IBM 量子計算路線圖.11 圖 13：微軟量子計算路線圖.11 圖 14：谷歌量子計算路線圖.12 圖 15：“祖沖之二號”量子處理器圖.12 圖 16：“祖沖之二號”超導量子計算機.12 圖 17：中國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”.13 圖 18：光量子計算的國際競爭態勢.13 圖 19：量子計算云平臺功能框架圖.14 圖 20：重點量子算法實例.15 圖 21：重點量子算法實例.15 圖 22：量子計算軟件體系.16 圖 23：全球量子計算產業規

45、模（20212035）（單位：十億美元）.17 表格目錄 表 1：量子計算應用場景分析.18 行業深度研究/計算機 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 21 分析師承諾 本報告署名分析師具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并登記為注冊分析師，基于認真審慎的工作態度、專業嚴謹的研究方法與分析邏輯得出研究結論，獨立、客觀地出具本報告，并對本報告的內容和觀點負責。本報告清晰準確地反映了研究人員的研究觀點，結論不受任何第三方的授意、影響，研究人員不曾因、不因、也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。評級說明 投資建議評級標準

46、評級 說明 以報告發布日后的 12 個月內公司股價（或行業指數）相對同期基準指數的漲跌幅為基準。其中：A 股以滬深 300 指數為基準；新三板以三板成指或三板做市指數為基準；港股以恒生指數為基準；美股以納斯達克綜合指數或標普500 指數為基準。公司評級 推薦 相對基準指數漲幅 15%以上 謹慎推薦 相對基準指數漲幅 5%15%之間 中性 相對基準指數漲幅-5%5%之間 回避 相對基準指數跌幅 5%以上 行業評級 推薦 相對基準指數漲幅 5%以上 中性 相對基準指數漲幅-5%5%之間 回避 相對基準指數跌幅 5%以上 免責聲明 民生證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）具有中國證監會許可的證券投

47、資咨詢業務資格。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告僅為參考之用，并不構成對客戶的投資建議，不應被視為買賣任何證券、金融工具的要約或要約邀請。本報告所包含的觀點及建議并未考慮個別客戶的特殊狀況、目標或需要，客戶應當充分考慮自身特定狀況，不應單純依靠本報告所載的內容而取代個人的獨立判斷。在任何情況下，本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容而導致的任何可能的損失負任何責任。本報告是基于已公開信息撰寫，但本公司不保證該等信息的準確性或完整性。本報告所載的資料、意見及預測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷，且預測方法及結果存在一定程度局限性。在不同時期，本公司可發出與本報告所刊載的意見、

48、預測不一致的報告，但本公司沒有義務和責任及時更新本報告所涉及的內容并通知客戶。在法律允許的情況下，本公司及其附屬機構可能持有報告中提及的公司所發行證券的頭寸并進行交易，也可能為這些公司提供或正在爭取提供投資銀行、財務顧問、咨詢服務等相關服務，本公司的員工可能擔任本報告所提及的公司的董事?？蛻魬浞挚紤]可能存在的利益沖突，勿將本報告作為投資決策的唯一參考依據。若本公司以外的金融機構發送本報告，則由該金融機構獨自為此發送行為負責。該機構的客戶應聯系該機構以交易本報告提及的證券或要求獲悉更詳細的信息。本報告不構成本公司向發送本報告金融機構之客戶提供的投資建議。本公司不會因任何機構或個人從其他機構獲得本報告而將其視為本公司客戶。本報告的版權僅歸本公司所有，未經書面許可，任何機構或個人不得以任何形式、任何目的進行翻版、轉載、發表、篡改或引用。所有在本報告中使用的商標、服務標識及標記，除非另有說明，均為本公司的商標、服務標識及標記。本公司版權所有并保留一切權利。民生證券研究院：上海：上海市浦東新區浦明路 8 號財富金融廣場 1 幢 5F；200120 北京：北京市東城區建國門內大街 28 號民生金融中心 A 座 18 層；100005 深圳：廣東省深圳市福田區益田路 6001 號太平金融大廈 32 層 05 單元；518026