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1、1中 泰 證 券 研 究 所專 業 領 先 深 度 誠 信證券研究報告2 0 2 4.4.2 8解讀新質生產力量子計算：打破傳統范式，通用計算應用可期分析師：聞學臣執業證書編號：S0740519090007Email：聯系人：王雪晴Email：分析師：蘇儀執業證書編號：S0740520060001Email：聯系人：劉一哲Email：分析師：何柄諭執業證書編號：S0740519090003Email：2 量子計算作為量子信息技術產業的核心環節，是催生新質生產力的重要戰略方向量子計算作為量子信息技術產業的核心環節，是催生新質生產力的重要戰略方向。量子具有反直覺的疊加和糾纏等特性，在制備成量子比特

2、后，能夠大量存儲信息并支持量子計算機進行高速的并行化計算。量子計算在部分問題中表現出“量子霸權”，解決問題的速度遠超經典計算，是催生新質生產力的重要戰略方向。當下量子計算的硬件技術路徑尚未收斂，超導、離子阱、光量子等方式各有優缺點，但距實現大規?？扇蒎e通用量子當下量子計算的硬件技術路徑尚未收斂，超導、離子阱、光量子等方式各有優缺點，但距實現大規?？扇蒎e通用量子計算都還有較大差距計算都還有較大差距。未來隨量子計算機的技術逐漸成熟和成本大幅降低，產業應用將全面加速。預計產業2034-2040年能夠研制出可糾錯通用量子計算機，并在2040年之后進入全面容錯量子計算（FTQC）時代，各領域有望實現大規

3、模計算力突破。量子產業與傳統科學領域廣泛交叉，產業鏈規模持續擴張。量子產業與傳統科學領域廣泛交叉，產業鏈規模持續擴張。量子產業賽道規模在2035年有望達到八千億美元，產業鏈玩家規模逐漸擴張，玩家持續增多。從下游應用看，量子計算與金融、醫藥、化學、人工智能、密碼學等多領域均可交叉應用。產業鏈中海外可關注依托自身傳統云計算業務，與產業公司或科研機構聯合推出量子計算服務的云廠商；國內可關注在量子設備制造及抗量子密碼開發和安全應用領域的產業玩家。投資建議：建議關注國盾量子、三未信安、信安世紀、神州信息等；投資建議：建議關注國盾量子、三未信安、信安世紀、神州信息等；風險提示：技術落地不及預期、市場不及預

4、期、競爭加劇、政策風險、報告信息更新不及時等。風險提示：技術落地不及預期、市場不及預期、競爭加劇、政策風險、報告信息更新不及時等。核心觀點及投資建議核心觀點及投資建議ZYuZuWoWjWfYkYpOqR6M9RbRnPoOpNrNlOrRnRlOpMmMbRpOrPxNrRnPuOmRsR3CONTENTS目錄CCONTENTS專 業 領 先 深 度 誠 信專 業 領 先 深 度 誠 信中 泰 證 券 研 究 所中 泰 證 券 研 究 所1量子計算：打破傳統范式，量子優越性有望帶來計算突破4圖表：部分主要國家量子信息戰略規劃及投資概況（2019-2023年10月）資料來源：信通院，中泰證券研究

5、所 量子信息技術是構建新質生產力推動高質量發展的重要方向。量子信息技術是構建新質生產力推動高質量發展的重要方向。全球主要國家在此領域基本都進行了戰略布局。我國在“十四五”規劃中就提出“瞄準人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領域等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目”，其中就將量子信息列為與人工智能、集成電路等同等重要的技術。2024政府工作報告也提出，“積極培育新興產業和未來產業，制定未來產業政府工作報告也提出，“積極培育新興產業和未來產業，制定未來產業發展規劃，開辟量子技術新賽道”。發展規劃，開辟量子技術新賽道”。1.1.1

6、量子信息技術催生新質生產力，各國紛紛進行戰略布局量子信息技術催生新質生產力，各國紛紛進行戰略布局時間戰略規劃/法案國家/地區投資規模（美元）2019量子技術發展國家計劃荷蘭7年投資約7.4億國家量子技術計劃以色列5年投資約3.3億國家量子行動計劃俄羅斯5年投資約5.3億2020國家量子技術投資計劃法國投資約19.6億2021量子系統研究計劃德國5年投資約21.7億2022國家量子計算平臺法國投資約1.85億芯片與科學法案美國4個量子項目1.53億/年2023國家量子戰略加拿大投資約2.7億國家量子戰略（NQS）英國10年投資31.8億國家量子戰略澳大利亞投資約6.4億國家量子技術戰略丹麥5年投

7、資約1億量子科技發展戰略韓國2035年前投資17.9億國家量子任務印度2030年前投資7.2一年5圖表：量子信息三大領域概況資料來源：量子信息領域的國家戰略布局與研發態勢分析，中泰證券研究所 量子信息領域主要包括量子計算、量子通信和量子測量三個主要領域，其中量子計算是最先可能突破的賽道。量子信息領域主要包括量子計算、量子通信和量子測量三個主要領域，其中量子計算是最先可能突破的賽道。量子計算是一種新型計算模式，具有量子優越性，目標是實現通用可編程的量子計算機，目前正處于技術驗證和應用探索階段；量子通信利用量子態傳遞信息，涉及量子密碼調制、遠程傳態和密集編碼等技術，典型應用包括量子密鑰分發和隱形傳

8、態，可量子計算融合形成量子通信網絡。量子測量利用磁、光與原子的相互作用進行超高精度和高靈敏度測量，突破經典測量極限。實現量子測量的量子傳感器應用場景廣泛，但商業化和產業化仍處初級階段。1.1.2 量子信息技術包含計算、通信和測量三大領域量子信息技術包含計算、通信和測量三大領域概念釋義功能特點應用場景典型研發產品量子計算遵循量子力學規律來調控量子信息單元進行計算的新型計算模式能夠實現0和1同時存在的計算狀態疊加，具有遠超傳統計算的強大并行計算和模擬能力在生物制藥、材料研發、分子化學、資源勘探等領域，通過量子處理器來模擬量子系統運行狀態；在人工智能、量化金融、密碼解析、交通優化等大規模計算領域，加

9、速機器學習和大數據處理能力等D-Wave 量子退火機、“懸鈴木”量子計算機、光量子計算原型機“九章”與“九章二號”、超導量子計算原型機“祖沖之”與“祖沖之二號”量子通信利用量子力學原理，通過移動量子態來實現信號、信息和量子態的轉移和傳輸利用量子疊加態或量子糾纏效應等進行信息的編碼或密鑰的安全傳輸主要是量子密鑰分發和量子隱形傳態技術的應用，提供軍事國防、國家政務、金融交易，互聯網云服務，電力系統等領域的信息安全保障服務美國量子通信網絡、歐盟光纖 QT實驗網絡、東京高速量子通信網絡、中國科學實驗衛星“墨子號”、微納量子衛星“濟南一號”、保密通信骨干線路“京滬干線”量子測量基于量子體系糾纏、壓縮、高

10、階關聯等特性，實現對量子態的操控和測量量子測量的精度更高、探測距離更遠、測量設備體積更小、測量手段和維度更豐富集中于量子時頻同步、量子重力測量、量子磁場測量、量子定位導航、量子目標識別等五大領域，覆蓋軍事國防、航空航天、生物醫療、能源勘探、交通運輸、災害預警等行業時鐘源、原子干涉磁力儀、量子干涉器件磁力計、原子干涉加速度計、原子干涉陀螺儀、原子干涉重力儀、原子干涉重力梯度儀、量子雷達6圖表：量子力學誕生的經典實驗資料來源：圖解量子計算機，中泰證券研究所 量子（量子（quantum）是參與基本相互作用的任何物理實體（物理性質）的最小量。）是參與基本相互作用的任何物理實體（物理性質）的最小量。即一

11、個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子。量子一詞來自拉丁語quantus，意為“有多少”，代表“相當數量的某物質”。它最早是由德國物理學家M 普朗克在1900年提出的，他假設黑體輻射中的輻射能量是不連續的，只能取能量基本單位的整數倍，以此解釋了黑體輻射的實驗現象。隨后的研究表明，不但能量表現出這種不連續的分離化性質，其他物理量諸如角動量、自旋、電荷等也都表現出這種不連續的量子化現象。隨后量子力學這門研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學理論誕生了。1.2.1 量子：物理量最小單位的概稱量子：物理量最小單位的概稱7圖表：量子比特示意資料來源：NVID

12、IA，中泰證券研究所圖表：經典比特（BIT）與量子比特（QUBIT）的對比資料來源：Tomorrow Discoveries，量子計算金融應用白皮書，中泰證券研究所 量子計算的單位是量子比特（量子計算的單位是量子比特（QUBIT，又稱量子位），是一種能表現出量子效應的物理實體，又稱量子位），是一種能表現出量子效應的物理實體。與經典計算機使用的比特只會表現出0或1的狀態不同，由于量子的疊加特性，量子比特可以同時存在于多種狀態。對于使用二進制的量子比特而言，就是可以同時處于“對于使用二進制的量子比特而言，就是可以同時處于“0”和“”和“1”兩個狀態的疊加態”兩個狀態的疊加態。這種獨特的特性使量子計

13、算機能夠并行處理和存儲大量數據，且擁有極快的運算速度。1.2.2 量子比特：具有量子特性，量子計算機中的最小信息單位量子比特：具有量子特性，量子計算機中的最小信息單位8圖表：量子比特疊加態示意資料來源：圖解量子計算機，中泰證券研究所 疊加態，或稱疊加狀態（疊加態，或稱疊加狀態（superposition state），是指一個量子系統的幾個量子態歸一化線性組合后得到的狀態），是指一個量子系統的幾個量子態歸一化線性組合后得到的狀態。以箭頭在布洛赫球上的指向來示意量子比特的狀態，則箭頭指向正上方（相當于地球的北極）時狀態為0，指向正下方（相當于地球的南極）時狀態為1，指向球面上其他點時狀態為0和1

14、的疊加態。經典比特只能表示經典比特只能表示0和和1這兩種狀態中的任意一種，而由于量子的疊加特性，每個量子比特理論上可同時存儲這兩種狀態中的任意一種，而由于量子的疊加特性，每個量子比特理論上可同時存儲0或或1這兩這兩種狀態，這使得量子比特擁有比比特更大的信息存儲能力種狀態，這使得量子比特擁有比比特更大的信息存儲能力。如2的8次方等于256，故具有8比特的二進制計算機能表示0到255之間的任一個數字，但具有8量子比特的量子計算機可同時表示0到255之間的每個數字。1.3.1 量子疊加態：量子可同時處于多種狀態，能夠大量存儲信息量子疊加態：量子可同時處于多種狀態，能夠大量存儲信息量子比特的疊加態可以

15、用振幅和相位表示量子比特的疊加態可以用以0和1為兩極的球體表面某一點的箭頭來表示9圖表：量子糾纏規則示意資料來源：The QuantumAtlas，中泰證券研究所 量子力學中，當幾個基礎粒子在彼此相互作用后，由于各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質，無法單獨描述各個粒子的性質，只能描述整體系統的性質，則稱這現象為量子糾纏（quantum entanglement）。當兩個量子比特糾纏時，一個量子比特的狀態會立即影響另一個量子比特的狀態，無論它們之間的距離有多遠（這也當兩個量子比特糾纏時，一個量子比特的狀態會立即影響另一個量子比特的狀態，無論它們之間的距離有多遠（這也被愛因斯坦稱為“幽靈般的超

16、距作用”）。這種特性是構建量子計算系統和進行量子通信的關鍵。被愛因斯坦稱為“幽靈般的超距作用”）。這種特性是構建量子計算系統和進行量子通信的關鍵。1.3.2 量子糾纏態：糾纏的量子的狀態具有整體性，可遠距離下相互影響量子糾纏態：糾纏的量子的狀態具有整體性，可遠距離下相互影響10圖表：測量時量子比特的狀態才會確定資料來源：圖解量子計算機，中泰證券研究所 量子系統經過測量后會產生坍縮（量子系統經過測量后會產生坍縮（Collapse）。微觀粒子具有波粒二象性，其空間分布和動量都是以一定概率存在的（此時表現出波動性，狀態具有不確定性）。當我們用物理方式對其進行測量時，粒子會隨機選擇一個單一結果表現出來

17、（即表現出粒子性的確定狀態）。量子比特一經測量，就會發生坍縮，并通過概率來決定到底是處于狀態量子比特一經測量，就會發生坍縮，并通過概率來決定到底是處于狀態0還是狀態還是狀態1。隨后我們就可以從量子比特中讀隨后我們就可以從量子比特中讀取非取非0即即1的經典比特信息。的經典比特信息。量子比特的狀態此時也會變為與測量結果對應的狀態0或狀態1。1.3.3 測量量子：讀取量子比特信息的方式測量量子：讀取量子比特信息的方式圖表：量子計算的機制資料來源：圖解量子計算機，中泰證券研究所11圖表：Google團隊的表面碼量子糾錯示意資料來源：Google，Physics World，中泰證券研究所 量子性非常脆

18、弱，以至于量子計算機很難在其遭到破壞之前（在相干時間內）完成大規模計算。因此需要將量子糾錯量子性非常脆弱，以至于量子計算機很難在其遭到破壞之前（在相干時間內）完成大規模計算。因此需要將量子糾錯（Quantum Error Correction，QEC）用于量子計算，以防止量子信息因退相干和其他量子噪聲而產生錯誤）用于量子計算，以防止量子信息因退相干和其他量子噪聲而產生錯誤。量子糾錯技術旨在使量子信息保持完整，幫助延長量子比特的壽命。當量子比特出現錯誤時，糾錯技術可以檢測錯誤并糾正它們，使得量子比特的狀態能夠得到恢復并保持在正確狀態。1.3.4 量子糾錯：現階段實現容錯量子計算的必要步驟量子糾錯

19、：現階段實現容錯量子計算的必要步驟 Google使用表面碼進行相位翻轉和比特翻轉錯誤校正的原理12圖表：量子計算的基本過程資料來源：通信網絡中量子計算應用研究報告（2023），中泰證券研究所 量子計算的基本過程包含量子態制備、量子態調控、量子態測量三個基本步驟量子計算的基本過程包含量子態制備、量子態調控、量子態測量三個基本步驟。量子態制備是對輸入的經典比特和輔助比特通過相位編碼或振幅編碼等量子態編碼，獲得量子態初態。量子態調控就是通過酉變換（Unitary transformation）將量子態初態演化到目標態。這一過程可以由一系列量子門組合成的量子線路來表征。量子態測量就是選擇一組測量基對目

20、標態進行觀測，讀取計算結果。為了保證計算正確的概率，需要設計量子算法，借助量子干涉特性最大化目標態概率。1.3.5 量子計算的基本過程：制備、調控與測量量子計算的基本過程：制備、調控與測量 13 量子計算在部分問題上的速度上遠超經典計算，這種現象被稱為“量子霸權”或“量子優越性”。量子計算在部分問題上的速度上遠超經典計算，這種現象被稱為“量子霸權”或“量子優越性”。當下普遍認為量子計算與經典計算在本質上存在差異，量子計算能夠在速度上遠超經典計算。此外，量子計算還能向下兼容經典計算，能夠實現經典計算范圍內的所有計算。1.4.1 量子計算具有“量子霸權”與“量子優越性”，有望突破當下計算的極限量子

21、計算具有“量子霸權”與“量子優越性”，有望突破當下計算的極限圖表：量子計算機帶來計算量突破資料來源：圖解量子計算機，中泰證券研究所問題難度（計算量）時間待求解問題的計算量當下能求解問題的計算量借助量子計算機突破計算量極限量子計算機誕生經典計算機量子計算機量子霸權計算某問題花費的時間問題規模圖表：量子霸權資料來源：圖解量子計算機，中泰證券研究所14 對于經典計算機面臨的多項式時間內無法求解的問題（即指數時間復雜度的問題），量子計算機可能帶來突破對于經典計算機面臨的多項式時間內無法求解的問題（即指數時間復雜度的問題），量子計算機可能帶來突破。如組合優化問題、通過分解質因數破解密碼、量子化學計算、機

22、器學習和復雜物理現象的模擬等問題。BQP（Bounded-error Quantum Polynomial time）指量子計算機能在多項式時間內解決的問題。BQP類問題可能超出NP類問題的范圍之外，這意味著在特定問題上量子計算機可能超越傳統計算機驗證問題答案的速度。1.4.2 量子計算機對部分指數時間復雜度問題有顯著優勢量子計算機對部分指數時間復雜度問題有顯著優勢圖表：量子計算機能夠解決的問題可能擴展至NP之外資料來源：MIT OpenCourseWare，ScientificAmerican，中泰證券研究所圖表：不同復雜度的問題示意資料來源：圖解量子計算機，中泰證券研究所15 非通用量子計

23、算機只能執行部分量子計算，NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum，嘈雜中型量子）量子計算機就屬于此類。這類量子計算機目前正處于研發階段，尚不具備容錯能力（或容錯能力較弱）。通用量子計算機可以執行任意的量子計算，即能夠操作通用量子計算機需要操縱上千萬的量子比特，同時也要具備糾錯能力。國際主流觀點認為要實現通用量子計算機，至少還需要5年到10年乃至更長時間。量子退火計算機等非經典計算機旨在使用量子性進行計算，但尚未展現出量子優越性。1.4.3 量子計算機：向通用量子計算機方向發展，量子計算機：向通用量子計算機方向發展，圖表：量子計算機的類型資料來源：圖解量子計算

24、機，中泰證券研究所圖表：量子計算機比特數研發進度預測資料來源：科學世界，中泰證券研究所16圖表：量子計算生命周期發展資料來源：ICV TAnK，光子盒，中泰證券研究所 自自2019年量子優越性首次實現開始，量子計算技術迅速進入年量子優越性首次實現開始，量子計算技術迅速進入NISQ時代時代，并向拓展專用量子計算機的方向發展并向拓展專用量子計算機的方向發展。未來隨量子計算機的技術逐漸成熟和成本大幅降低，產業應用將全面加速。預計到2034-2040年能夠研制出可糾錯通用量子計算機，并在2040年之后進入全面容錯量子計算（FTQC）時代。1.4.4 量子計算產業：尚處早期量子計算產業：尚處早期NISQ

25、時代，等待技術突破和大規模應用落地時代，等待技術突破和大規模應用落地量子優越性展示（-2019）NISQ時代（2020-2027）專用量子計算機實現核心應用示范（2028-2033）研制出可糾錯的通用量子計算機（2034-2040）全面容錯量子計算（FTQC）時代（2040-）時間量子計算成本產業規模17圖表：量子計算技術體系框架資料來源：信通院，中泰證券研究所 硬件、軟件、算法是量子計算技術體系的三大支柱，云平臺是集成三者面向用戶提供服務的應用與產業生態匯聚點，硬件、軟件、算法是量子計算技術體系的三大支柱，云平臺是集成三者面向用戶提供服務的應用與產業生態匯聚點，這些都建立在量子調控、量子糾錯

26、等技術基礎上。這些都建立在量子調控、量子糾錯等技術基礎上。從硬件看，主要分為邏輯門量子計算機、專用量子計算機和基于經典計算的模擬器三種；從軟件看，主要可以分為應用開發軟件、計算編譯軟件、測控系統軟件和芯片EDA軟件等；從算法看，主要有量子模擬、組合優化等。1.5.1 量子計算技術體系框架：軟硬件量子計算技術體系框架：軟硬件+算法支撐技術體系，云平臺整合生態算法支撐技術體系，云平臺整合生態18圖表：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 TAnK和光子盒，中泰證券研究所 目前量子計算的硬件處于兩類技術路線并行發展階段。一是基于微觀結構形成分立能級系統的“人造粒子”路

27、線，如超導和硅目前量子計算的硬件處于兩類技術路線并行發展階段。一是基于微觀結構形成分立能級系統的“人造粒子”路線，如超導和硅半導體，二是直接操控微觀粒子的天然粒子路線，如離子阱、光量子和中性原子半導體，二是直接操控微觀粒子的天然粒子路線，如離子阱、光量子和中性原子。量子電路具有三種常見的度量：電路大小、電路深度和量子比特數量子電路具有三種常見的度量：電路大小、電路深度和量子比特數。其中，電路大小對應“量子電路中量子門的個數”，電路深度對應“執行量子電路的并行運行時間”，量子比特數對應“量子電路的空間成本”。這三者一般不能同時達到最優，尤其是深度（時間）和比特數（空間）之間往往是此消彼長的。當下

28、多條技術路線仍未收斂，也未有公認的換算標準。近年來量子計算主要技術路線競爭激烈，量子比特數（光子/原子數）和量子體積指標均持續提升。1.5.2 硬件路線：兩類路線并行發展，量子比特數與量子體積持續提升硬件路線：兩類路線并行發展，量子比特數與量子體積持續提升 圖表：量子計算比特數和量子體積指標發展態勢資料來源：信通院，中泰證券研究所19圖表：量子計算主要硬件技術路線及其特征資料來源：量子信息領域的國家戰略布局與研發態勢分析，中泰證券研究所 超導路線超導路線基于超導約瑟夫森結形成擴展二能級系統，在比特數量、操控精度和相干時間等關鍵指標提升迅速且發展較為均衡，有望率先獲得巨大突破；離子阱路線離子阱路

29、線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。光量子路線光量子路線可利用光子的偏振、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；硅半導體路線通常利用硅同位素量子點結構中的電子自旋構造量子比特，優點是制造和測控與集成電路工藝技術兼容；中性原子路線中性原子路線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，相干時間和操控精度等特性與離子阱路線相似，在規?；瘮U展方面更具優勢。但無論是哪種技術路線，量子計算硬件性能水平距實現大規?？扇蒎e通用量子計算還有很大差距。但

30、無論是哪種技術路線，量子計算硬件性能水平距實現大規?？扇蒎e通用量子計算還有很大差距。1.5.2 硬件技術路線：優勢方向不同，距大規模應用仍有距離硬件技術路線：優勢方向不同，距大規模應用仍有距離超導離子阱硅半導體光量子中性原子原理與優勢超導約瑟夫森結形成二能級系統。保真度較高、門操控速度快、集成電路兼容、可設計性較高。利用電荷與磁場間所產生的交互作用力約束帶電粒子。保真度高，相干時間長、制備讀取效率高。硅同位素量子點電子自旋作為2能級系統。半導體兼容性、門操作速度快。使用光子多種自由度構建量子位。環境友好性、保真度高，相干時間長利用光鑷或光晶格囚禁原子懸浮在超高真空中。保真度高，相干時間長、構建

31、多維列陣潛力。典型成就中科院：41位“莊子”芯片模擬侯世達蝴蝶拓撲物態。中國科大：“祖沖之二號”可操縱量子比特數達到176.Rigetti：84位量子處理器Ankaa-1。華翊量子：37位量子阱計算原型機HYQ-A37。Quantinuum：H2系統實現32位全連接量子比特；H1-1量子系統量子體積達到524288。Intel：12位硅基自旋量子芯片Tunnel Falls。中科院：實現硅自旋翻轉速率超過1.2GHz的自旋量子比特超快操控。中國科大：255光子量子計算原型機“九章三號”玻色量子：100比特相干光量子伊辛機“天工量子大腦”。微尺度國家研究中心：實現光晶格中基于自旋交互的量子糾纏。

32、Atom computing：1180量子比特的中性原子量子計算原型機。發展趨勢增加比特規模、探索可擴展性機制；提升保真度；延長相干時間更高性能離子阱；擴展單離子井計算架構下的比特數量；研制穩定激光系統降低操控信號、量子位噪聲影響；提純材料以延長相干壽命研制高性能的光源與光子探測器，改進光子集成芯片，研制光子間糾纏的方案提升精確測控能力；降低原子所受碰撞影響；研究多維列陣連接方式20圖表：“九章三號”實驗裝置示意資料來源：中國科學技術大學，中泰證券研究所 中科院潘建偉院士等組成的研究團隊成功構建了中科院潘建偉院士等組成的研究團隊成功構建了255個光子的量子計算原型機“九章三號”，再度刷新了光量

33、子信息個光子的量子計算原型機“九章三號”，再度刷新了光量子信息的技術水平和量子計算優越性的世界紀錄的技術水平和量子計算優越性的世界紀錄?？蒲腥藛T設計了時空解復用的光子探測新方法，構建了高保真度的準光子數可分辨探測器，提升了光子操縱水平和量子計算復雜度?！熬耪氯枴碧幚砀咚共Ｉ拥乃俣缺壬弦淮熬耪露枴碧嵘话偃f倍?！熬耪氯枴痹诎偃f分之一秒時間內所處理的最高復雜度的樣本，需要當前最強的超級計算機“前沿”（Frontier）花費超過二百億年的時間。這一成果進一步鞏固了我國在光量子計算領域的國際領先地位。1.5.2 光量子前沿：我國“九章三號”原型機再度刷新量子計算優越性世界紀錄光量子前沿：我

34、國“九章三號”原型機再度刷新量子計算優越性世界紀錄圖表：光量子計算的國際競爭態勢資料來源：中國科學技術大學，中泰證券研究所21圖表：量子計算軟件體系架構資料來源：信通院，中泰證券研究所 量子計算軟件需要滿足量子計算的底層理論與算法邏輯，提供面向不同技術路線和硬件方案的量子指令集，編譯功能與中間表示，并提供基于開源的編程語言框架，特異性與專業性較強，目前處于設計開發與生態構建的早期階段。業界在量子計算編譯軟件、應用開發軟件、測控軟件、EDA 軟件等多層次開展布局，未來需要在量子電路編譯優化、模塊化程序研究和量子-經典混合算法協同等方面進一步探索和提升。1.5.3 軟件層：當下仍處設計開發與生態構

35、建的早期階段軟件層：當下仍處設計開發與生態構建的早期階段 22圖表：國內外代表性量子計算云平臺發展概況資料來源：信通院，中泰證券研究所 國內外眾多研究機構和企業發布了不同類型的量子計算云平臺，發展迭代迅速國內外眾多研究機構和企業發布了不同類型的量子計算云平臺，發展迭代迅速。如Pasqal 推出50中性原子量子計算平臺 Quantum Discovery，協助用戶探索中性原子量子計算應用；日本量子計算聯合研究小組啟動51基于 64 位超導量子計算機云平臺服務；北京量子院53夸父量子計算云平臺上線了具有 136、18 和 10 位量子比特的三個超導量子芯片；中科大54上線 176 比特“祖沖之號”

36、量子計算云平臺；中國移動、中國電科等聯合發布55“五岳”量子計算云平臺；本源量子等多家單位56共同推出量超融合計算平臺等。1.5.4 云平臺：云計算廠商紛紛參與，發展迭代迅速云平臺：云計算廠商紛紛參與，發展迭代迅速23圖表：量子計算云平臺服務模式資料來源：量子信息網絡產業聯盟，中泰證券研究所 量子計算云平臺的功能架構可劃分為基礎設施層、平臺層、服務層和配套的運維管理與安全服務功能等主要組成部分。量子計算云平臺的功能架構可劃分為基礎設施層、平臺層、服務層和配套的運維管理與安全服務功能等主要組成部分?；A設施層中的外圍設施層為量子計算硬件提供環境保障；物理資源層主要包括量子計算機、量子模擬器和經典

37、云計算資源；虛擬資源層則主要由量子計算虛擬機、云計算虛擬機、虛擬網絡等功能模塊組成；資源管理層負責物理機、虛擬機、存儲和網絡等資源管理和任務調度。平臺層主要完成程序開發和編譯功能。服務層提供用戶和開發者的訪問接口，并提供對服務目錄和實例的管理功能，應用開發層主要通過應用開發軟件提供量子計算應用服務。運營管理主要實現用戶服務和運行維護兩個層面的管理功能。安全服務主要實現接入安全、軟件安全、虛擬化安全、硬件安全和數據安全等功能。1.5.4 云平臺架構：結合量子計算與經典云服務，多種服務模式并存云平臺架構：結合量子計算與經典云服務，多種服務模式并存圖表：量子計算云平臺功能架構圖資料來源：信通院，中泰

38、證券研究所24CONTENTS目錄CCONTENTS專 業 領 先 深 度 誠 信專 業 領 先 深 度 誠 信中 泰 證 券 研 究 所中 泰 證 券 研 究 所2潛在市場規模廣闊，應用與新質生產力領域廣泛交叉25圖表：量子計算產業鏈與代表性企業資料來源：信通院，中泰證券研究所 量子計算產業鏈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；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；產業生態下游主要涵蓋量子計算云平臺以及行業應用，仍處在早期發展階段。2.1 產業鏈：上下游逐漸形成規模，原型機是核心環節產業鏈：上下游逐漸形

39、成規模，原型機是核心環節26圖表：全球量子計算產業規模（單位：十億美元）資料來源：ICV TAnK，光子盒，中泰證券研究所 2023年全球量子產業規模達到年全球量子產業規模達到47億美元，預計億美元，預計2023至至2028年市場規模的年平均增長率（年市場規模的年平均增長率（CAGR）將達到）將達到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。在2028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，量子計算會在此進入全面成熟和商業化的關鍵階

40、段。2.2 市場規模：產業規模將超萬億，預計市場規模市場規模：產業規模將超萬億，預計市場規模CAGR將達約將達約45%27圖表：量子計算與傳統科學交叉資料來源：Dataiku，中泰證券研究所圖表：量子計算應用場景分析資料來源：信通院，中泰證券研究所 量子計算的行業應用合作部分涵蓋了多個合作領域，如金融、能源與材料、生命科學、先進工業、電信傳媒、出行運量子計算的行業應用合作部分涵蓋了多個合作領域，如金融、能源與材料、生命科學、先進工業、電信傳媒、出行運輸和物流等，產業規模估值達到千億美元級別輸和物流等，產業規模估值達到千億美元級別。應用落地的方式多數為深耕行業的大型企業/行業巨頭與量子計算軟硬件

41、公司展開合作。2.3 下游應用：涉及廣泛應用領域，市場空間廣闊下游應用：涉及廣泛應用領域，市場空間廣闊行業領域關鍵環節問題原型應用時間（+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、人工智能+39407000能源與材料傳統能源量子模擬、組合優化、人工智能+100200可持續能源+100300化工+12303240生命科學制藥量子模擬、組合優化、人工智能+7401830先進工業汽車量子模擬、組合優化、人工智能+290630航空航天與國防因式分解、量子模擬、組合優化+300700電子產品+100200半導體+100200電信傳媒電信量子模擬、組合

42、優化+100200傳媒100200出行、運輸和物流物流組合優化、量子模擬、人工智能、因式分解+500100028圖表：量子計算對金融領域的影響資料來源：信通院，中泰證券研究所 提升金融智能水平提升金融智能水平：量子計算能夠在智能風控、智能營銷、智能信貸和智能監管等方面提供充分的計算能力來充分挖掘數據。隨著數據量的增長，量子計算的算力優勢將更加明顯。提高金融服務速度提高金融服務速度：量子計算擁有并行化特點，將顯著提升金融服務的智能化響應速度，這對于金融業務如反欺詐、反洗錢、授信審批和支付清算等至關重要，因為這些業務對時間的敏感度很高。節約能耗和空間節約能耗和空間：量子計算能夠有效解決經典計算在處

43、理金融大數據時的能耗問題，并且減少了提升算力所需的大規模硬件設備需求，從而降低了硬件購置和維護成本。2.3.1 量子計算量子計算+金融：提供充足并行化算力，解決金融領域傳統計算難題金融：提供充足并行化算力，解決金融領域傳統計算難題 第一個5年第二個5年第三個5年技術現狀NISQ時代的含噪機器大多數仍然是100量子比特和低量子體積。量子啟發算法可以在經典計算機上運行。部分經典、部分量子的混合解決方案。量子退火機有較長相干時間。數以千計的量子比特允許部分糾錯；大多數云服務提供商提供對量子計算的訪問；“量子即服務“具有萬個量子比特的大型機器。全尺寸容錯(因為退相干是通過量子糾錯控制的)提供了廣泛的量

44、子優勢。但全世界只有 2000-5000 臺可運行的機器新的金融應用基于退火的投資組合優化算法在經典計算機或量子計算機上運行；改進的預測和風險評估可以更好地預測黑天鵝事件；后量子密碼的新標準會取代當前的加密技術；接近實時的風險評估。例如量化對沖基金；基于后量子密碼的安全性金融業的影響量子計算成為競爭優勢；投資組合優化帶來的收益高達 5 億美元投資組合優化和風險分析帶來的收益超過 50 億美元。來自所有量子應用的銀行和其他金融服務的運營收入為 400 億至 700億美元29圖表：使用量子算法計算CYP450酶軌道資料來源：Google，中泰證券研究所 量子計算可以為藥物研發過程提供加速量子計算可

45、以為藥物研發過程提供加速。藥物工業生產的化合物是經過長期的發現和提煉過程的成果，其中對藥物代謝動力學特性預測和計算化合物與靶標的結合強度或親和力的計算需要大量計算量和極高的精確度。量子化學在藥物設計中的局限性主要來自兩個方面：一是缺乏準確性（對于一些復雜系統描述困難），二是生物分子集合的DFT計算所需的巨大計算成本。量子計算機有望加速與已知量子算法（例如量子相位估計，QPE）相關的系統的電子結構計算。只要計算成本低于實驗成本，更精確的計算可以通過用計算機計算取代許多勞動密集型實驗，從而為制藥工業帶來重大價值。2.3.2 量子計算量子計算+制藥：可提供藥物研發加速計算，尚處應用早期制藥：可提供藥

46、物研發加速計算，尚處應用早期 30圖表：RSA加密與解密過程示意資料來源：Board Infinity，中泰證券研究所 量子計算可能威脅信息安全領域現有的加密算法安全量子計算可能威脅信息安全領域現有的加密算法安全。當前主流的非對稱加密算法的安全性主要依賴于所選擇的數學難題難以破解。如RSA加密算法基于大數質因子分解難題，其破解難度隨著密鑰長度 n 的增加呈指數級增加。1994 年提出的 Shor 算法將這一破解時間復雜度降低為 O(poly(n)，從而對傳統非對稱加密算法構成潛在威脅。2.3.3 量子計算量子計算+安全：量子計算可能破解安全：量子計算可能破解RSA加密算法加密算法31CONTE

47、NTS目錄CCONTENTS專 業 領 先 深 度 誠 信專 業 領 先 深 度 誠 信中 泰 證 券 研 究 所中 泰 證 券 研 究 所3核心玩家：云廠商+芯片廠商+科研機構強強聯合32圖表：IBM Development&Innovation Roadmap資料來源：IBM，中泰證券研究所 IBM是量子計算處理器制造領域的領先者是量子計算處理器制造領域的領先者。2023年12月4日，IBM發布了133個量子比特的量子處理器IBM Quantum Heron，可提供迄今為止IBM最高的性能指標和最低的錯誤率；IBM還發布了包含1121個量子比特的Condor超導量子處理器。其超越1000個

48、量子比特的規模為提高量子計算機的容錯能力提供了可能性。2023年，IBM更新了量子開發路線圖，提出到2033年，以量子為中心的超級計算機將包括1000個邏輯量子比特，全面釋放量子計算的能量。3.1 IBM：量子計算處理器制造領先者，發布：量子計算處理器制造領先者，發布Heron和和Condor量子處理器量子處理器33圖表：Qiskit支持的軟件包資料來源：Medium，中泰證券研究所 Qiskit 是一個開源的軟件開發工具包（SDK），能夠用于模擬量子計算電路、脈沖和算法。它提供了創建和操作量子程序的工具，并允許在 IBM Quantum Platform 的原型量子設備上或在本地計算機上的模

49、擬器上運行這些程序 Qiskit遵循通用量子計算的電路模型，并可以用于任何遵循此模型的量子硬件（目前支持超導量子比特和離子阱）。3.1 IBM：推出開源編程框架：推出開源編程框架Qiskit，支持量子計算模擬，支持量子計算模擬34圖表：Amazon Braket工作原理資料來源：AWS，中泰證券研究所 Amazon Braket 是完全托管式的量子計算服務，能夠提供構建、測試和運行量子算法所需的資源是完全托管式的量子計算服務，能夠提供構建、測試和運行量子算法所需的資源。Amazon Braket同時為同時為 AWS 客戶提供來自多個量子硬件供應商的量子計算技術，包括超導、俘獲離子、中性原子和客

50、戶提供來自多個量子硬件供應商的量子計算技術，包括超導、俘獲離子、中性原子和光子量子計算機光子量子計算機。這些硬件供應商包括IonQ、Oxford Quantum Circuits（OQC）、QuEra和Rigetti等。根據門型量子計算模式，用戶可以從 Oxford Quantum Circuits 和 Rigetti 訪問超導量子處理器，并從 IonQ 訪問俘獲離子技術。用戶并使用 QuEra 的最新中性原子處理器研究優化問題。3.2 AWS：Braket托管式量子計算服務，與多家硬件供應商合作托管式量子計算服務，與多家硬件供應商合作35圖表：Cirq生態架構示意資料來源：Google，中泰

51、證券研究所 Google推出了推出了Cirq的開源框架，專門用于在開發量子計算機上運行的量子算法的開源框架，專門用于在開發量子計算機上運行的量子算法。Cirq 是一個 Python庫，用于編寫、操作和優化量子電路，隨后可在量子計算機和量子模擬器上運行它們。Cirq能夠支持模擬嘈雜中型量子計算機，其提供的硬件細節能夠得到更好的運算結果。Cirq可以連接到各種量子云服務。在每個云服務背后，量子算法在量子處理器或模擬器上運行。Cirq 與許多可以本地或分布式方式運行的量子電路模擬器兼容。3.3 Google：構建：構建Cirq等開源框架工具，支持量子云服務等開源框架工具，支持量子云服務 圖表：Goo

52、gle量子云計算工作流資料來源：Google，Quantum Computing Toolkit From Nuts and Bolts to Sack of Tools，中泰證券研究所36圖表：NVIDIA量子計算服務架構資料來源：NVIDIA，中泰證券研究所 NVIDIA Quantum 是全面的量子計算解決方案，用戶能夠基于平臺開發、集成和利用量子和經典計算及是全面的量子計算解決方案，用戶能夠基于平臺開發、集成和利用量子和經典計算及 AI。NVIDIA Quantum 旨在提供量子模擬（旨在提供量子模擬（Quantum Simulation）、量子加速超級計算（）、量子加速超級計算（Qu

53、antum-Accelerated Supercomputing）和量子）和量子 AI三類服務。三類服務。量子模擬用于開發和模擬未來的量子處理器（QPU），量子加速計算為CPU、GPU與QPU的協同工作和混合加速提供集成；量子人工智能旨在建造量子集成計算機和超級計算機，以便量子計算機受益于加速計算和人工智能。3.4 NVIDIA：提供量子模擬、量子加速計算和量子：提供量子模擬、量子加速計算和量子AI服務服務37圖表：NVIDIA CUDA-Q架構資料來源：NVIDIA，中泰證券研究所圖表：NVIDIA CUDA-Q加速資料來源：NVIDIA，中泰證券研究所 NVIDIA推出的推出的CUDA-Q

54、是首個用于混合量子經典計算機的開源平臺，可在一個系統中集成和編程是首個用于混合量子經典計算機的開源平臺，可在一個系統中集成和編程 QPU、量子仿真、量子仿真、GPU 和和 CPU。與其它量子框架相比，NVIDIA CUDA-Q 可以顯著加速量子算法。量子算法的速度可以比 CPU 快多達 2500 倍，通過使用多個 GPU 來擴展量子比特的數量。3.4 NVIDIA：開源：開源CUDA-Q平臺，混合計算加速量子算法平臺，混合計算加速量子算法38圖表：Tunnel Falls芯片資料來源：Intel，中泰證券研究所 Intel通過使用極紫外(EUV)光刻技術在 300 毫米硅晶圓上大規模生產量子比

55、特，最終能夠單個晶圓上安裝 10,000 個小型量子點陣列，并發布了迄今為止最先進的硅自旋量子比特芯片為Tunnel Falls。Tunnel Falls屬于硅自旋量子位芯片，專為使用 CMOS 晶體管技術進行大規模制造而設計，整個晶圓片的良率和電壓均勻性為95%，代表了Intel在創建可制造且運行可靠的量子芯片方面取得的重大進展。在生態建設上，英特爾還與馬里蘭大學物理科學實驗室(Laboratory for Physical Sciences，LPS)、帕克學院量子位合作實驗室(LQC)以及國家級量子信息科學(QIS)研究中心合作，以推進量子計算研究。3.5 Intel：推出：推出Tunne

56、l Falls芯片，構建全棧商用量子計算系統芯片，構建全棧商用量子計算系統 39圖表：Intel SDK架構資料來源：Intel，中泰證券研究所圖表：Intel的全棧量子計算布局資料來源：Intel，中泰證券研究所 Intel針對量子計算進行了全棧開發套件Intel Quantum SDK的布局。用戶可根據其系統內存的大小模擬不同數量的量子位。Intel量子模擬器是一種狀態矢量模擬，用戶能夠在后端實施量子算法或混合量子經典算法。模擬器最多支持模擬32個量子比特，大約需要135GB內存。3.5 Intel：推出全棧：推出全棧SDK開發套件，集成模擬、控制和應用開發套件，集成模擬、控制和應用40圖

57、表：國盾量子量子產品線資料來源：國盾量子，中泰證券研究所 國盾量子成立于國盾量子成立于2009年，公司以量子通信、量子計算、量子精密測量產品的研發、生產和銷售為核心業務，同時提供年，公司以量子通信、量子計算、量子精密測量產品的研發、生產和銷售為核心業務，同時提供相關技術服務，是國家專精特新“小巨人”企業相關技術服務，是國家專精特新“小巨人”企業。2024年4月，中國首顆超500比特超導量子計算芯片正式發布。量子創新院定制研發的504比特量子計算芯片“驍鴻”向國盾量子進行了一批交付，用于驗證國盾量子自主研制的千比特測控系統。在量子比特的壽命、門保真度、門深度、讀取保真度等關鍵指標方面，有望達到I

58、BM等國際主流量子計算云平臺的芯片性能水平，可以充分滿足千比特測控系統驗證的需求。3.6 國盾量子：提供量子計算、量子通信硬件產品及服務國盾量子：提供量子計算、量子通信硬件產品及服務 41圖表：三未信安產品線資料來源：三未信安官網，中泰證券研究所 三未信安深耕密碼行業，主要產品線是密碼芯片、密碼板卡、密碼整機和密碼系統三未信安深耕密碼行業，主要產品線是密碼芯片、密碼板卡、密碼整機和密碼系統。公司推出了國內首款安全三級密碼板卡和首款安全三級密碼整機，公司的密碼機通過了FIPS 140-2 Level 3（美國聯邦信息處理標準3級）認證。公司五次獲得國家密碼科技進步獎，公司是全國信息安全標準化技術

59、委員會和密碼行業標準化技術委員會成員單位，牽頭和參與制定了二十余項密碼領域國家標準或行業標準。三未信安一直保持對密碼前沿技術的敏感，將抗量子密碼算法與硬件芯片作為重要的研究方向。三未信安一直保持對密碼前沿技術的敏感，將抗量子密碼算法與硬件芯片作為重要的研究方向。2023年公司在抗量子年公司在抗量子密碼算法的高速硬件實現和產品化方面取得了新的研發成果，發布了全新產品“抗量子隱私計算一體機”密碼算法的高速硬件實現和產品化方面取得了新的研發成果，發布了全新產品“抗量子隱私計算一體機”。3.7 三未信安：深耕密碼行業，發布抗量子隱私計算一體機三未信安：深耕密碼行業，發布抗量子隱私計算一體機42圖表：信

60、安世紀產品線資料來源：信安世紀官網，中泰證券研究所 信安世紀成立于信安世紀成立于20012001年年8 8月，公司以密碼技術為基礎支撐，致力于解決網絡環境中的基礎性安全問題月，公司以密碼技術為基礎支撐，致力于解決網絡環境中的基礎性安全問題。在信息技術互聯網化、移動化和云化等的發展趨勢下，經過二十余年的自主研發和持續創新，公司形成了身份安全、通信安全、數據安全、移動安全、云安全和平臺安全六大產品系列。信安世紀已將多種后量子算法融入公司相關產品中，與多家機構共同開展后量子密碼實驗課題的研究，針對不同場景、信安世紀已將多種后量子算法融入公司相關產品中，與多家機構共同開展后量子密碼實驗課題的研究，針對

61、不同場景、不同應用系統、存量算法、性能影響等方面，綜合設計后量子密碼的遷移規劃及落地實踐不同應用系統、存量算法、性能影響等方面，綜合設計后量子密碼的遷移規劃及落地實踐。3.8 信安世紀：致力于解決網絡安全問題，將后量子算法融入公司產品信安世紀：致力于解決網絡安全問題，將后量子算法融入公司產品43 技術落地不及預期技術落地不及預期：盡管量子技術取得了巨大進步，但在實際應用中仍存在一些難以克服的技術障礙。量子計算技術本身非常前沿，且發展迅速，但目前仍處于研究和開發階段。要實現量子計算技術的商業化應用，需要解決量子比特的穩定性、錯誤率降低、量子算法的開發等一系列復雜問題。行業競爭加劇行業競爭加?。弘S

62、著量子計算相關技術的普及，越來越多的企業和研究機構投入到這一領域，導致行業競爭日益激烈。量子計算是一個全球性的技術競爭領域，美國、中國、歐洲等地區都在積極推動量子計算技術的發展，這導致了激烈的國際競爭。市場不及預期市場不及預期：量子技術下游應用廣泛，但在技術成熟之前可能面臨市場不及預期的風險，量子產業相關公司營收受下游需求影響較大，面臨一定風險。政策風險政策風險：政策支持對量子計算的發展至關重要，但政策的變化可能給量子計算研究和產業化帶來不確定性。各國對科技出口的管制也可能對量子計算公司的技術交流、合作和產品銷售造成影響，增加政策風險。信息更新不及時信息更新不及時：報告可能會出現信息更新不及時

63、的風險。風險提示風險提示44重要聲明重要聲明 中泰證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）具有中國證券監督管理委員會許可的證券投資咨詢業務資格。中泰證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）具有中國證券監督管理委員會許可的證券投資咨詢業務資格。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告基于本公司及其研究人員認為可信的公開資料或實地調研資料，反映了作者的研究觀點，力求獨立、客觀和公正，結論不受任何第三方的授意或影響。本公司力求但不保證這些信息的準確性和完整性，且本報告中的資料、意見、預測均反映報告初次公開發布時的判斷，可能會隨時調整。本公司對本報告所含信

64、息可在不發出通知的情形下做出修改，投資者應當自行關注相應的更新或修改。本報告所載的資料、工具、意見、信息及推測只提供給客戶作參考之用，不構成任何投資、法律、會計或稅務的最終操作建議，本公司不就報告中的內容對最終操作建議做出任何擔保。本報告中所指的投資及服務可能不適合個別客戶，不構成客戶私人咨詢建議。市場有風險，投資需謹慎。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所引致的任何損失負任何責任。投資者應注意，在法律允許的情況下，本公司及其本公司的關聯機構可能會持有報告中涉及的公司所發行的證券并進行交易，并可能為這些公司正在提供或爭取提供投資銀行、財務顧問和金融產品等各種金融服務。本公司及其本公司的關聯機構或個人可能在本報告公開發布之前已經使用或了解其中的信息。本報告版權歸“中泰證券股份有限公司”所有。事先未經本公司書面授權，任何機構和個人，不得對本報告進行任何形式的翻版、發布、復制、轉載、刊登、篡改，且不得對本報告進行有悖原意的刪節或修改。