《量子信息技術行業深度：政策驅動、產業方向、產業鏈及相關公司深度梳理-240511（30頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《量子信息技術行業深度：政策驅動、產業方向、產業鏈及相關公司深度梳理-240511（30頁）.pdf（30頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、 1/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 行業研究報告 慧博智能投研 量子信息技術量子信息技術行業行業深度：深度：政策驅動政策驅動、產業方產業方向向、產業鏈產業鏈及相關公司深度梳理及相關公司深度梳理 量子信息技術作為量子力學與信息科學交叉融合的產物，展現出在運算處理、信息安全和傳感測量等方面超越傳統信息技術的巨大潛力。目前量子信息已成為全球科技競爭的焦點，尤其是中美兩國在量子信息科學的關鍵技術上展開激烈角逐，預示著量子信息將成為未來科技競爭的新高地。當前，量子信息技術的產業鏈正在逐步形成，并逐漸邁向廣泛應用?；谄淅碚撋系娘@著優勢，我們有理由相信，

2、隨著量子信息技術實用化的不斷深入，它將開啟計算和通信的新時代，實現信息技術的質的飛躍。本篇文章我們將詳細介紹量子信息技術行業。首先通過行業概述，講解量子信息技術的概念、細分領域等基本內容，梳理國家對于此行業的鼓勵政策。接下來，我們將對量子信息技術的三大細分領域展開詳細分析，講解各領域的概念、發展現狀、產業鏈及市場空間等內容，展望未來發展趨勢。最后，我們將列舉國內相關公司。希望通過這些內容能夠啟發大家對量子信息技術行業的了解。目錄目錄 一、行業概述.1 二、政策驅動.3 三、量子計算.5 四、量子通信.18 五、量子測量.23 六、國內相關公司.27 七、參考研報.30 一、一、行業行業概述概述

3、 1、量子力學量子力學+信息科學信息科學=量子信息技術量子信息技術 在微觀領域，任何無法進一步分解的實體都可被稱作量子，如電子、光子等。在微觀領域，任何無法進一步分解的實體都可被稱作量子，如電子、光子等。1900 年馬克思 普蘭克首次提出“量子”概念，宣告了“量子”時代的誕生。20 世紀 20 年代，馬克思 普蘭克等多位科學家建立了支配微觀粒子運動規律的理論-量子力學。量子信息可以被定義為量子力學與信息科學的交叉學科，是基于量子力學原理，通過對光子、電子等微觀粒子系統及其量子態進行人工觀測和調控，借助量子疊加和量子糾纏等獨特物理現象，以經典理論無法實現的方式獲取、傳輸和處理信息的一門技術。量子

4、信息中，包含量子比特、量子疊加、量子糾纏三個基礎概念：2/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 一是量子比特。一是量子比特。正如比特是通信和計算的最小單元，量子比特則是量子計算中的最小信息單位。相比比特，一個量子比特可能的基本狀態是|0態和|1態，因此包含的信息量大幅增加，從而在面對計算量指數級增長的問題時，量子比特可以發揮出潛在優勢。二是量子疊加。二是量子疊加。指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。在量子系統中，量子態是指微觀粒子所處的一系列不連續的恒穩運動狀態。在無外界觀測干擾時，量子系統可處于一系列量子態疊加態上，即著名的“薛定諤的貓”。

5、三是量子糾纏。三是量子糾纏。在量子力學里，當幾個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，則稱這現象為量子纏結或量子糾纏。即如果兩個量子比特構成一個量子糾纏態，那么無論攜帶這兩個量子比特的粒子相距多遠，只要其中一個量子比特的測量狀態發生改變，那么另一個的狀態馬上發生改變。愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”。在量子信息學中，量子糾纏處于十分重要的位置，無論是量子通信中的量子隱形傳態還是量子計算中的邏輯門操作，都離不開量子糾纏。2、量子信息技術細分領域量子信息技術細分領域 量子信息技術主要包括量子計算、量子通信和量子測量三

6、個技術分支。量子信息技術主要包括量子計算、量子通信和量子測量三個技術分支。自 20 世紀 80 年代起，量子力學與信息科學領域的融合催生了一門新興學科量子信息學。該學科主要涵蓋三個核心領域：量子計算、量子通信和量子測量，它們在增強對復雜問題的處理能力、提升信息安全性以及改善傳感測量的精確度方面，展現出超越傳統信息技術的巨大潛力。這三個領域的結合，預示著信息科學的一場革命，將極大地推動科學研究和技術創新的發展。eZ8XeUbZ8XeZcWeU6McM8OpNnNpNsOkPpPnQfQqRmQ8OoPnNMYqQyQvPsPzR 3/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度

7、|研究報告研究報告 1）量子計算：量子計算：以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現并行計算，能在某些復雜問題上提供計算能力的指數級加速，是未來計算能力跨越式發展的重要方向。量子計算技術所帶來的算力突破，有望在生物制藥、材料研發、分子化學、人工智能、量化金融等領域釋放應用潛力。2）量子通信：）量子通信：利用微觀粒子的量子疊加態或量子糾纏效應等進行信息編碼或密鑰傳輸，基于量子力學原理保證信息或密鑰傳輸的安全性，主要分量子隱形傳態和量子密鑰分發等。量子通信和量子信息網絡的研究和發展，主要應用在軍事國防、國家政務、金融交易等領域。3）量子測量：）量子測量：通過對外界物理量變化導致的微觀粒子

8、系統量子態變化進行調控和觀測，實現精密傳感測量，在精度、靈敏度和穩定性等方面相較傳統技術帶來數量級提升。量子測量應用主要集中于量子時頻同步、量子重力測量、量子磁場測量和量子目標識別等領域，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。二、二、政策驅動政策驅動 量子信息技術作為未來產業的重要組成部分，得到國家的高度重視和前瞻布局。量子信息技術作為未來產業的重要組成部分，得到國家的高度重視和前瞻布局?！笆奈濉逼陂g，我國瞄準量子信息領域實施了一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目，包括“量子信息等重大創新領域組建一批國家實驗室”“加強原創性引領性科技攻關”等。2023 年

9、 12 月，中央經濟工作會議提出“開辟量子、生命科學等未來產業新賽道”。2024 年 1 月，工信部、科技部、國務院國資委、中國科學院等七部 4/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 門發布了關于推動未來產業創新發展的實施意見，其中多處提出發展量子信息技術。2024 年 3 月，國務院政府工作報告兩度提到量子技術，強調過去一年量子技術等前沿領域創新成果不斷涌現，并再次強調未來將開辟量子技術、生命科學等新賽道。相比“十四五”規劃期間，量子計算的重要性得到了進一步的提升，從基礎理論研究到更強調產業化和應用落地。我國在量子信息技術領域具備研究基礎。我國在量

10、子信息技術領域具備研究基礎。從專利數量來看，我國量子通信和量子測量方面位居世界第一，量子計算領域位居世界第二。截至 2022 年 9 月，全球各國量子信息領域的專利申請占比情況如下圖所示：其中，量子計算領域中國專利申請數量占比達到 26%，位居第二；在量子通信和量子測量領域，中國專利申請數量均處于全球領先，占比分別為 54%和 49%。從專利申請數量角度看，中國在量子信息技術領域的創新能力較強。5/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 三三、量子計算量子計算 1、量子計算量子計算定義及意義定義及意義 量子計算是量子信息技術的核心。量子計算是量子信息技

11、術的核心。沒有量子計算，量子技術其他領域的發展，不足以動搖現有信息技術沒有量子計算，量子技術其他領域的發展，不足以動搖現有信息技術的根基。的根基。量子計算本質原理：量子計算機實現并行計算指數級加速，形成量子優越性。量子計算本質原理：量子計算機實現并行計算指數級加速，形成量子優越性。量子計算是遵循量子力學規律進行信息處理的新型計算范式，以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現并行計算，能在某些計算困難問題上提供指數級加速，是未來算力跨越式發展的重要方向之一。量子計算機相比于經典計算機在算力增長上具有顯著的“量子優越性”，具體而言，基于量子力學的疊加原理，一個量子比特可以同時處于 0 和

12、 1 兩種狀態的相干疊加，使得 QPU 可以同時實現對 2個疊加的數進行并行運算，而 CPU 和 GPU 僅能分別實現對 n 和 n2的數進行計算。例如，用每秒運算萬億次的經典計算機分解一個 300 位的大數，需要 10 萬年以上；而利用同樣運算速率、執行 Shor 算法（快速質因數分解量子算法）的量子計算機，則只需要 1 秒。以 2023 年 10 月構建的光量子計算機（255 個光子）“九章三號”為例，其在求解高斯玻色取樣數學問題比目前全球最快的超級計算機快一億億倍。QPU 的性能通常用所包含的量子比特表示，目前企業和學術界正在使用各種技術制造 QPU 內的量子比特。量子計算有望成為后摩爾

13、時代計算能力跨越式發展的重要方案。量子計算有望成為后摩爾時代計算能力跨越式發展的重要方案。能夠認為量子計算發展的必要性主要考慮滿足算力持續提升的需求。以機器學習、深度學習、大數據等為代表的新興技術的快速崛起，對低功耗、小尺寸、異質整合及超高運算速度的芯片架構技術提出了更高的要求，在摩爾定律的前提下，以硅基為基礎的集成電路技術演進已接近物理極限，量子計算有望成為后摩爾時代計算能力跨越式發展的重要方案之一。目前國際學術界普遍認為未來 5-10 年有望陸續實現量子計算的商用落地。6/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2、量子計算的發展現狀與瓶頸量子計算

14、的發展現狀與瓶頸 量子計算行業的發展可以劃分為多個階段，目前行業處于量子計算行業的發展可以劃分為多個階段，目前行業處于 NISQ 階段。階段。自從 2019 年量子優越性展示之后，行業目前已經進入 NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）階段，即噪聲中等規模量子階段，此時的量子計算機雖然規模有限，但已經能夠執行一些超越經典計算機的特定任務，如量子模擬和某些優化問題。預計 2028-2033 年，多種技術路徑的專用量子計算機將會不斷涌現，在特定領域應用實現突破。2034-2040 年，隨著技術路徑收斂，這一階段將研制出可糾錯的通用量子計算機，具備更強大的計算能

15、力，能夠執行復雜的量子算法。預計到 2040 年以后，量子計算將進入 Fault-Tolerant Quantum Computing（FTQC）階段，即全面容錯量子計算時代，實現通用運算錯誤率接近或小于經典計算機。量子計算量子計算發展的發展的具備哪些限制及挑戰具備哪些限制及挑戰：7/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 溫度溫度：全球各地的量子計算機都只能在約 0.1 開爾文（-273.05）的極寒溫度下工作，然而實現這種低溫又是超導量子的特性，不在低溫下就發揮不出來，而達到這樣的溫度需要數百萬美元的制冷。隨著量子計算機的運算能力越強，需要的制冷設

16、備就越多，要求也就越高。技術：技術：量子計算機對硬件技術的依賴度極高，主要是實現不了編碼邏輯比特，其次還有系統擴展、邏輯門精度、相干消等幾個方面，其次，除了要有基礎的硬件，對比經典計算機，量子計算也需要有軟件、算法以及云平臺等技術的支持。要實現其量子糾纏等技術特性，需要一系列高端材料和設備的支持。其中，超導電子學和納米加工技術是量子計算機實現所必須的，其發展趨勢與成熟程度都會對其應用產生嚴重影響。資金與需求資金與需求：目前，漫長的技術突破等待期與稀缺的付費用戶將構成對量子計算行業持續的挑戰，如何將先進技術轉化為有效需求，并且獲得持續耐心的資金，是接下來量子計算行業所需關注的首要問題。3、量子計

17、算產業鏈量子計算產業鏈 量子計算產業生態上中下游各環節已初具雛形，歐美量子計算企業活躍。量子計算產業生態上中下游各環節已初具雛形，歐美量子計算企業活躍。近年來全球主要國家量子計算企業數量和投融資經歷了一輪爆發式增長，科技巨頭和初創企業成為促進量子計算產業化發展的重要推動力量，歐美成為量子計算企業聚集度和活躍度最高地區。目前行業處于早期探索階段，核心參與者不多，產業鏈上下游較為清晰，量子計算的主要參與者可分為四大類：第一類是國際科技巨頭，例如 IBM、谷歌、霍尼韋爾、本源量子等；第二類是量子計算初創公司，例如 Rigetti、IONQ 等；第三類是國家科研院所，例如美國費米國家實驗室（Fermi

18、lab）、美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）、中科院量子信息與量子科技創新研究院；第四類是高水平研究型大學，例如劍橋大學、中國科學技術大學、哈佛大學等。我國華為、百度、騰訊等企業近年來相繼成立量子實驗室，在軟硬件研發、算法研究、應用探索、量子計算云平臺等方面積極布局。產業生態各環節的用參戶與者逐步增多，產業培育正在穩步推進。8/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 產業上游是量子計算產業發展的基礎，主要包括產業上游是量子計算產業發展的基礎，主要包括稀釋制冷劑、測控系統、低溫組件、真空系統、激光器、稀釋制冷劑、

19、測控系統、低溫組件、真空系統、激光器、光學探測器等硬件以及軟件開發工具包光學探測器等硬件以及軟件開發工具包等。等。這些元素是研制量子計算原型機的必要保障，為量子計算提供硬件和技術支持。然而，由于技術路線尚未統一，以及硬件研制的個性化需求多樣，上游供應鏈呈現出一定程度的碎片化，攻關難度較大，這在一定程度上限制了上游企業的發展。在國際對比中，歐美企業在上游領域占據較大市場份額，而中國在一些關鍵設備和元器件上自主替代發展空間較大，尤其是在量子芯片和超低溫設備等方面，需要進一步加強創新和突破。產業中游涉及量子計算原型機和軟件的研發與生產，是整個產業生態的核心。產業中游涉及量子計算原型機和軟件的研發與生

20、產，是整個產業生態的核心。目前，超導、離子阱、光量子、硅半導體和中性原子等硬件技術路線在全球范圍內都有所發展，尤其是超導技術路線受到了廣泛尤其是超導技術路線受到了廣泛關注。關注。美國在原型機研制和軟件研發方面具有一定的優勢，中國的量子計算硬件發展主要集中在超導和中國的量子計算硬件發展主要集中在超導和光量子技術上。光量子技術上。此外，中國的量子計算軟件企業數量規模成長空間廣闊，產業發展政策不斷完善，創新成果孵化有利條件增多。受限于量子計算硬件技術的復雜性，產業下游以云平臺的商業模式為主。受限于量子計算硬件技術的復雜性，產業下游以云平臺的商業模式為主。由于量子計算機硬件的高度技術專業性和復雜性，難

21、以普及成為個人計算機，所以產業下游主要以量子計算云平臺的商業模式為主。所以產業下游主要以量子計算云平臺的商業模式為主。全球范圍內，已有多家公司和研究機構推出了各類型的量子計算云平臺，積極爭奪市場份額。量子計算的應用探索在金融、化工、人工智能、醫藥、汽車和能源等多個領域展開。國外在量子計算云平臺的后端硬件性能、軟硬件協同程度和商業服務模式方面具有優勢。相比之下，中國下游行業應用探索的深度有望進一步提升，以實現量子計算在各行各業的廣泛應用和價值釋放。量子計算應用探索成業界熱點，行業領域趨向多元化。量子計算應用探索成業界熱點，行業領域趨向多元化。近年，基于 NISQ 和專用量子計算機的應用案例探索在

22、國內外廣泛開展，代表性應用領域和典型場景涵蓋了化學、金融、人工智能、交運航空、氣象等眾多行業領域，產業規模估值達到千億美元級別。量子計算公司普遍期待未來數年，在 NISQ 系統中完成具有社會經濟價值的計算問題加速求解，實現應用端突破。（1）量子硬件技術路徑量子硬件技術路徑 量子計算機需要專門設計的物理結構來實現量子計算。量子計算機需要專門設計的物理結構來實現量子計算。量子計算通過量子疊加存儲要運算的信息，然后通過量子干涉將正確的答案放大，錯誤的答案干涉相消。而量子計算機要做的就是設計出這些物理結構，實現量子計算。目前量子計算機的硬件結構可劃分為四個層次。目前量子計算機的硬件結構可劃分為四個層次

23、。1）“量子數據層”用于儲存和處理量子信息，量子比特就位于這里；2）“控制和測量層”根據需要對量子比特進行操作和測量；3）“控制處理器層”確定操作和算法序列，相當于指揮中心，策劃和調度操作順序；4）“主處理器層”用于處理網絡訪問、大存儲陣列和用戶界面，它通過高速寬帶與控制處理器連接。另外，某些量子計算原型機由于需要在特定低溫環境下運行，硬件結構中還包括了低溫組件系統。9/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 量子比特數量上人造粒子占優，質量上天然粒子占優。量子計算機在硬件上通過不同的技術路線對量子量子比特數量上人造粒子占優，質量上天然粒子占優。量子計

24、算機在硬件上通過不同的技術路線對量子比特進行存儲與操控。主要可分為兩大類：比特進行存儲與操控。主要可分為兩大類：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。超導技術路線：超導技術路線：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，科研進展成果豐富。2023 年，QuantWare 推出 64 位超導量子比特處理器 Tenor。2023 年 12 月IBM 發布 Condor（神鷹）處理器，擁有 1121 個超導量子位。中科大擴展超導量子處理器“祖沖之二號”可操縱量子比特

25、至 176 位。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。離子阱路線：離子阱路線：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。2023 年，Quantinuum 的全連接量子比特離子阱原型機 ModelH2 的單比特和雙比特量子邏輯門保真度達到 99.997%和 99.8%，量子體積指標達到524288，成為業界新紀錄。離子阱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

26、算技術路線競爭中占據優勢仍有待進一步觀察。光量子路線：光量子路線：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。2023 年，中科大聯合團隊發布 255 光子的“九章三號”光量子計算原型機，進一步提升了高斯玻色采樣速度和量子優越性。硅半導體路線：硅半導體路線：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。2023 年，新南威爾士大學實現新型觸發器（flip-f

27、lop）硅量子比特，Intel 發布 12 位硅基自旋量子芯片 Tunnel Falls。硅半導體路線得到英特爾等傳統半導體制造商支持，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。10/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 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，未來有望在量子模擬等方面率先突破應用。Atom Computing 于 2023 年 10 月在其量子計算平臺中創建了一個

28、1225 個站點的原子陣列（目前填充了 1180 個量子比特）。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。不同量子計算路徑成果對比，當前量子計算各技術路線的性能指標發展水平參差不齊，但距離實現大規不同量子計算路徑成果對比，當前量子計算各技術路線的性能指標發展水平參差不齊，但距離實現大規?？扇蒎e通用量子計算的目標都還有很大差距。?？扇蒎e通用量子計算的目標都還有很大差距。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

29、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。11/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告（2）量子軟件量子軟件 量子計算軟件是連接用戶與硬件的關鍵紐帶。量子計算軟件是連接用戶與硬件的關鍵紐帶。量子計算機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設計全新的軟件系統，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。目前量子計算軟件處于開放研發和生態建設早期階段，業界在量子計算應用開發軟件、編譯軟件、EDA 軟

30、件等方向開展布局。量子計算軟件目前處于開放式探索階段，與經典軟件成熟度相距甚遠。量子計算軟件目前處于開放式探索階段，與經典軟件成熟度相距甚遠?，F在的量子計算軟件，不同軟件功能各有側重，但由于硬件技術路線未收斂、應用探索尚未落地使用等原因，軟件技術水平基本處于研究工具級，與經典軟件成熟度相距尚遠。量子編程語言和框架、量子編譯器和優化器、量子誤差校正模塊等關鍵功能特性仍需要持續研發，構建完善的軟硬件技術棧和應用生態還有待業界進一步協同推動。12/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 量子計算基礎軟件開發或將主要由硬件公司主導，量子計算基礎軟件開發或將主要

31、由硬件公司主導，Wintel 模式難以再現。模式難以再現。英偉達通過 CUDA Quantum 展示了硬件公司在量子計算軟件領域的深度參與，軟件與硬件的緊密結合為量子計算性能優化和技術創新提供了獨特優勢。量子計算的復雜性和專業性也導致廣泛的軟件工具和服務開發受限，獨立軟件公司難以與具備硬件優勢的量子計算機公司競爭。因此，未來量子計算領域不太可能出現類似Wintel 的軟件-硬件聯盟模式，而是由硬件制造商引領軟件開發，以實現技術優勢和市場控制。（3）量子算法量子算法 量子算法可加速某些計算問題的解決，并降低基礎設施的成本。量子算法可加速某些計算問題的解決，并降低基礎設施的成本。量子算法是運行在量

32、子計算現實模型上的一套邏輯程序。量子算法設計的核心在于利用干涉現象，通過線性酉算子操控量子態演化，使目標態概率最大。根據量子算法運行的物理環境，量子算法可以分類為以下 3 類：1）純量子算法：）純量子算法：運行在量子計算機或其模擬環境中的算法；2）量子）量子-經典混合算法：經典混合算法：核心部分由量子計算機計算，其他部分由經典計算機運行的算法，又稱變分量子算法；3）量子衍生算法：）量子衍生算法：一種借用量子力學思想來增強的經典算法，無需在量子計算機上運行。Shor 算法、算法、Grover 算法和算法和 HHL 算法不斷加速解決計算問題，未來或有望進一步助力機器學習、人算法不斷加速解決計算問題

33、，未來或有望進一步助力機器學習、人工智能等技術突破。工智能等技術突破。在量子算法研究上，Shor 算法（質因數分解算法）、Grove 算法和 HHL 算法為三大里程碑式算法。1）1992 年提出的 Deutsch-Jozsa 量子算法是量子并行計算理論的基石，其演示了量子計算的優越性，Shor 算法即是以此為基礎。2）1994 年貝爾實驗室的 Shor 提出利用量子計算機自身的并行運算能力，在可企及的時間內將一個大的整數分解為若干質數乘積，用以破解 RSA 加密。3）1996 年貝爾實驗室的 Grover 提出量子搜索算法，用以從大量未分類的個體中，快速尋找出某特定個體；例如，對于 100 萬

34、條的路線搜索，量子計算機僅需 1000 次即可完成。4）2008 年，麻省理工學院的三位學者聯合開發了一種求解線性系統的量子算法，例如在一個 N N 的矩陣中，若采用高斯消元法可在O(N3)時間內求解，HHL 算法則可以在 O(log2N)時間內求解，從而達到加速的目的。由于線性系統是很多科學家和工程領域的核心，因此，HHL 算法或將是未來能夠在機器學習、人工智能科技得以突破的關鍵性技術。（4）量子云平臺量子云平臺 量子計算云平臺量子計算云平臺將量子計算機硬件、模擬器、軟件編譯和開發工具，與經典云計算軟硬件和通信網絡設備相結合，提供了方便使用的量子計算資源，使得用戶可在其上運行量子算法和量子模

35、擬，有助于深入探究量子現象與性質，更高效地開展量子計算實驗，探索量子計算的應用和潛力，為未來更廣泛地應用量子計算奠定基礎。13/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 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。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；

36、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。目前全球約有 20 多家量子計算云平臺的提供商?，F階段量子計算云平臺供應商主要分為兩類服務模式，一是含硬件云平臺模式，在云平臺后端接入自研的量子計算機或模擬器，例如 IBM、Google、Rigetti、本源等；二是純軟件云平臺，聯合其他供應商提供量子計算

37、軟硬件系統服務，例如 Amazon 等。（5）量子計算應用量子計算應用 基于中等規模含噪量子處理器（NISQ）和專用量子計算機的應用案例探索在國內外廣泛開展，涵蓋了化學、金融、人工智能、交運航空、氣象等眾多行業領域，產業規模估值達到千億美元級別。目前應用探索主要集中在量子模擬、量子組合優化和量子線性代數三大方向。量子模擬量子模擬可以在原子尺度模擬微觀 14/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 系統相互作用，應用集中在物理模型、生物制藥、材料研究等領域，發展趨勢從提供物理現象的定性演示向為應用問題提供解決方案演進；量子組合量子組合優化是使用量子算法來

38、解決組合優化問題，這類問題通常是 NP 難問題，在經典計算中難以獲得全局性最優解。量子組合優化量子組合優化可以提升優化方案的效率和準確性，應用于涉及復雜多變量組合優化的量化金融、交通規劃、氣象預測等領域；量子線性代數量子線性代數基于量子計算機解決涉及矩陣和向量的線性代數問題，量子機器學習、密碼破譯等領域是主要應用方向。4、量子計算量子計算機機成本分析成本分析 量子計算機成本涵蓋研發、硬件、軟件和算法開發、維護和運營等成本。量子計算機成本涵蓋研發、硬件、軟件和算法開發、維護和運營等成本。1）R&D：研發階段涉及硬件、軟件、量子算法等開發；此外，由于需要專門的設備和設施，例如超導量子比特的超低溫實

39、驗室，研發成本可能迅速上升。根據Journal of Quantum Information Science2019 年發布的研究報告Quantum Computing:A Financial Overview，小型量子計算機的平均研發成本可達 1,000-1,500 萬美元。2）硬件（量子芯片）：量子比特（芯片）可以由超導電路或離子阱等相關技術材料制成，根據Journal of Quantum Computing的報告The Cost of Quantum Computing Hardware，單個超導量子比特的成本為 1,000-2,000 美元；3）其他硬件組件：量子門、制冷系統和糾錯模

40、塊等其他硬件組件將增加成本，例如超導量子技術所需的稀釋制冷機的成本或高達 50 萬美元。4）軟件和算法開發：目前開發量子算法的平均成本為 20-50 萬美元。5）維護和運營：量子計算機的維護和運營成本包括冷卻系統的電力成本、定期硬件升級和軟件更新等；目前，小型量子計算機的年度運營成本約為 100-200萬美元。在其他硬件組件中，稀釋制冷劑和微波控制電路系統是超導或硅量子比特技術計算機的核心設備。在其他硬件組件中，稀釋制冷劑和微波控制電路系統是超導或硅量子比特技術計算機的核心設備。在硬件系統中，除量子芯片外，mK 級稀釋制冷機（包括 GM 脈管預制冷設備）和微波控制電路系統（包括一體化量子計算測

41、控系統、射頻微波線纜、低溫電子器件、射頻微波儀器等）是超導或半導體量子（硅量子比特）計算機的核心設備。射頻微波線纜（如同軸電纜、柔性電纜）用于連接處于低溫的量子芯片和處于室溫的測控系統；而低溫電子器件則包括低溫耦合器、低溫低通濾波器、低溫隔離器、紅外濾波器和低溫放大器等細分組件。其中，關于量子比特的控制和測量，根據技術路線的不同，量子計算測控系統主要分為兩種類型：1）光學系統（包含光子源、單光子探測器、激光機等）：主要用于光量子、15/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 離子阱以及中性原子等路線量子計算的測控；2）微波控制電路系統（主要包含任意波形

42、發生器、鎖相放大器等）：主要用于超導以及半導體量子（硅量子）計算的測控（也可用于如離子阱、中性原子、金剛石 NV 色心等路線的控制）。預計一臺預計一臺 400 超導量子比特計算機成本約超導量子比特計算機成本約 1545 萬美元，銷售單價約萬美元，銷售單價約 5150 萬美元。萬美元。商業量子計算機可供希望投資量子計算的企業使用，但價格目前昂貴。根據 QuantumZeigeist2023 年 8 月報告Quantum Computers Available Right Now from Affordable to Expensive，單臺商用量子計算機的成本從 1,000-5,000 萬美元不

43、等，具體取決于其功能和規模。通過對 400 超導量子比特計算機成本測算，量子計算機整機成本約 1545 萬美元。結合 IONQ、Rigetti、D-wave3 家量子上市公司 2022 年毛利率估算，400 超導量子比特計算機單價約 5,150 萬美元。5、量子計算市場空間量子計算市場空間 2035 年總市場規模有望達到年總市場規模有望達到 8117 億美元。億美元。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%，基本符合行業發展規律。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。

44、在 2028 年至 2035 年，市場規模將繼續迅 16/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 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。這一接近萬億級別的市場規模標志著量子計算會在此進入全面成熟和商業化的關鍵階段，預示著未來量子計算將在各個領域帶來深遠而持久的影響。上游市場在量子計算領域的發展至關重要，上游市場在量子計算領域的發展至關重要，主要分為量子比特環境、量子比特測量與控制系統、量子芯片以及其他。技術進步、應用領域的擴大、政策支持、投資增加以及商業化的挑戰

45、和機遇等因素，共同推動了量子計算市場的快速發展。從 2023 年到 2035 年，上游市場規模呈現出顯著的增長趨勢，市場總規模由 2023 年不到 20 億美元增長到 2035 年千億美元。量子比特測量與控制系統市場規模增長最為迅猛，量子比特測量與控制系統市場規模增長最為迅猛，從 2023 年的幾億美元到 2030 年的 316 億美元，最后增長到 2035 年的 1444 億美元。測量和控制系統對于保持量子比特的相干性和實現量子計算任務至關重要，而技術的發展推動了對更為精密、高效的測量和控制系統的持續需求增加。量子芯片市場規模到量子芯片市場規模到 2030 年以及年以及 2035 年均年均有

46、指數級別的增長。有指數級別的增長。量子芯片作為量子計算的核心組件，對實現量子計算任務具有至關重要的作用。隨著對量子計算性能要求的提高，對更先進、可擴展的量子芯片的需求持續上升。17/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 6、量子計算未來發展趨勢量子計算未來發展趨勢（1）量子計算朝著規?；?、容錯化、集成化發展量子計算朝著規?；?、容錯化、集成化發展 一是規?；?，當前量子計算能比較可靠操控的量子比特數大約在百個量子比特左右，今后將逐漸達到幾千、幾萬、幾十萬、幾百萬甚至更高的水平。二是容錯化，量子計算需要很多量子比特，但更需要制備出相干時間可以任意長、錯誤率

47、小于糾錯閾值的所謂容錯的邏輯量子比特。三是集成化，目的是實現對大量量子比特及其測控系統集成和小型化，是降低量子計算機的研發成本、實現量子計算機廣泛應用的前提。樂觀地估計，十到二十年之后，高質量制備和操控的量子比特數將達到上萬個，在這個基礎上，通過對大量量子比特的不斷糾錯，有望制備出一個能容錯的邏輯量子比特；再過十到二十年，有希望實現對多個邏輯量子比特和普適邏輯門的相干操控，并且在這樣的基礎上，制造出普適的量子計算機。到那時，量子信息技術及應用將進入全面高速發展階段。（2）從技術架構上看，混合量子計算或量超融合或成為未來新趨勢從技術架構上看，混合量子計算或量超融合或成為未來新趨勢 隨著量子計算機

48、在未來幾年的成熟，其計算能力將不斷提高，可應用于更多場合，并在特定的實際領域提供幫助。但量子計算機在未來可預期的 3-5 年或存在局限性，例如：QPU 組織和訪問內存方面不如CPU，在渲染復雜圖形方面不如 GPU。因此，經典系統處理數據準備、可視化和糾錯等任務，而量子系統處理復雜的計算，這樣混合量子計算架構或成未來新趨勢。目前在業界中，IBM 認為，計算的未來是以量子為中心的超級計算機，其中 QPU、CPU 和 GPU 都在一起工作以加速計算；AWS 于 2021 年宣布推出亞馬遜 Braket 混合作業功能，旨在幫助用戶設置、監控和高效運行混合量子-經典算法；NVIDIA 18/30 202

49、4 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 于 2022 年推出了混合量子系統編程的開放平臺 QODA；美國微軟公司 Azure Quantum 量子云服務于2023 年 3 月推出了一項新功能，首次將量子計算和經典計算在云中無縫集成，并允許開發者將經典代碼和量子代碼混合使用，甚至使用經典代碼控制量子計算機。（3）行業尚處于早期，量子計算公司及科研院在積極探索自身商業模式行業尚處于早期，量子計算公司及科研院在積極探索自身商業模式 當前全球范圍內的量子計算整機仍然以原型機為主，仍處于 NISQ 時代的早期階段，可驗證到的應用基本都是在量子計算模擬器上進行的。盡管如此，全

50、球領先的量子計算機公司及科研院所仍在積極探索自身盈利模式，目前包括以下幾種方式：1）提供量子計算芯片/整機：目前購買芯片/整機的主要是軍方和國家科研單位，例如量子計算上市公司 IONQ 曾在業績報中披露，與美國空軍研究實驗室達成 2550萬美元的量子協議，主要用于量子網絡研究和應用開發部署兩個鋇量子系統。2）提供行業的量子解決方案：量子計算公司與行業客戶共同開展課題研究，幫助下游垂直行業客戶提供整套解決方案，包括量子算法、模型優化等。IONQ 就與 UMD 國家量子實驗室簽訂合同為其提供量子計算服務和設備接入，三年內支付 1400 萬美元款項。3）大部分具備量子計算硬件的公司均開發了云平臺，通

51、過云計算的方式為潛在客戶提供算力，IONQ 部分收入就來自 QCaaS 服務，為用戶提供量子系統的方案及維護支持。四、四、量子通信量子通信 1、量子通信定義與量子通信定義與目標目標 量子通信量子通信利用量子疊加態及糾纏效應，在經典通信輔助下，進行量子態信息傳輸或密鑰分發，具有無法被竊聽的信息安全性保證。量子通信的主要應用包括量子密鑰分發、量子隱形傳態、抗量子密碼、量子安全直接通信、量子秘密共享和量子密集編碼等方向。目標方面，目標方面，量子通信的未來發展目標是建立一個覆蓋全球的廣域量子通信網絡體系。具體的發展路線包括：利用光纖構建城域量子通信網絡、通過中繼器鏈接鄰近兩個城市的城域網絡、以及利用衛

52、星平臺中轉，鏈接遙遠區域之間的量子通信網絡。19/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2、量子通信重點量子通信重點發展發展方向方向及現狀及現狀 量子通信產業發展的重點方向主要包括：量子密鑰分發、抗量子密碼、量子隱形傳態。量子通信產業發展的重點方向主要包括：量子密鑰分發、抗量子密碼、量子隱形傳態?；诹孔用荑€分發（QKD）的量子保密通信是目前已經初步實用化的應用方向，應用和產業探索正逐步展開；抗量子密碼（PQC）產業化正在加速；量子隱形傳態（QT）研究局限在各種平臺和環境條件下的實驗探索，距離實用化仍有距離。（1）量子密鑰分發（量子密鑰分發（QKD）

53、量子密鑰分發（QKD）應用了量子力學的基本特性，通過特定協議在通信雙方之間共享密鑰，確保任何企圖竊取傳送中的密鑰都會被合法用戶所發現。竊聽者如果要竊聽量子密碼，必須進行相應的測量，而根據不確定性原理和量子不可克隆性，一旦測量必定會對量子系統造成影響，從而改變量子系統的狀態。量子通信領域的量子密鑰分發技術初步實用化，量子通信領域的量子密鑰分發技術初步實用化，多種協議類型的量子密鑰分發系統在國內外已經實現商用，但商用量子密鑰分發系統的性能仍有明顯瓶頸，例如，單跨段現網光纖傳輸距離通常在數十 km 范圍，密鑰成碼率通常為數 kbps 至數十 kbps 量級。進一步提升量子密鑰分發系統的傳輸距離和密鑰

54、成碼率，對于遠距離傳輸、組網和高帶寬加密業務應用等具有重要意義，也是提升量子密鑰分發技術實用化水平，破解應用推廣與產業發展困境的必由之路。量子信息網絡目前主要處于基礎研究與實驗探索階段，關鍵技術與使能組件仍有技術瓶頸尚未突破，實量子信息網絡目前主要處于基礎研究與實驗探索階段，關鍵技術與使能組件仍有技術瓶頸尚未突破，實用化前景尚不明確，用化前景尚不明確，但其實現量子計算機互聯組網，指數級提升量子信息處理能力的應用潛力較大。已成為歐美國家布局的重點發展方向之一。近年來，歐美研究機構和行業組織等，通過合作項目、組網實驗和平臺建設等多種方式，加快推動技術試驗與測試驗證。1）陸地部分：陸地部分：QKD基

55、礎設施網絡建設基礎設施網絡建設 美國：美國：紐約大學量子信息物理學中心（CQIP）和量子安全網絡技術公司 Qunnect 合作，使用 Qunnect的量子安全網絡技術，通過紐約市的標準電信光纖發送量子信息，成功測試了布魯克林海軍造船廠和紐約大學曼哈頓校區之間 10 英里（16 公里）量子網絡鏈路。在 10 英里的光纖中，Qunnect 和 CQIP 實現了以每秒 15000 對的速度傳輸高度糾纏的量子比特通過光纜，測試過程中鏈路正常運行時間達到 99%。此次實驗打開了紐約都市區的金融服務、關鍵基礎設施和電信公司試點量子網絡技術的大門。20/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|

56、深度深度|研究報告研究報告 中國：中國：由國科量子建設和運營的長三角區域量子保密通信骨干網建設成果于 2023 年 6 月在第五屆長三角一體化發展高層論壇上正式發布。長三角量子網絡線路總里程約 2860 公里，形成了以合肥、上海為核心節點，鏈接南京、杭州、無錫、金華、蕪湖等城市的環網，通過量子業務運營支撐系統及量子衛星調度系統，為星地一體量子保密通信網絡提供全方位保障。2）太空部分：衛星通信建設太空部分：衛星通信建設 美國：美國：QuSecure 推出首個具有量子彈性的實時端到端衛星加密通信鏈路，這一里程碑標志著美國衛星數據傳輸首次采用 PQC 來抵御經典和量子解密攻擊，以保護衛星數據通信的安

57、全性。QuSecure 的量子彈性加密通信鏈路可以使任何聯邦政府和商業組織都能夠通過太空進行實時、安全、經典和量子安全的通信和數據傳輸。在星鏈網絡上的安全衛星通信測試中，QuSecure 成功地將量子彈性數據從 Quark 服務器通過科羅拉多州 Rearden Logic 的實驗室發送到星鏈終端。然后通過上行鏈路將信號發送到Starlink 衛星，再通過下行鏈路傳回地球。所有這些通信均受到 QuSecure 的量子安全層（Quantum Secure Layer,QSL）的保護，通過 PQC 網絡安全保護傳輸中的所有數據。美國納米衛星服務提供商 Sky and Space（SAS）宣布與 Cy

58、berProtonics 建立合作伙伴關系。CyberProtonics 將為 SAS 公司的納米衛星和地面終端機群嵌入 PQC 技術，為 2024 年初的發射做準備。這一合作將確保衛星通信的安全性，為未來的衛星網絡提供了更強的數據保護。中國：中國：中國科學院科學家、第十四屆全國政協委員潘建偉在接受媒體采訪時表示：“我們正在與國家航天科學中心合作研制一顆中高地球軌道衛星。未來，高軌衛星與近地軌道衛星相結合，將構建廣域量子通信網絡。將有 3-5 顆專注于 QKD 的小衛星，產生糾纏粒子用作量子密鑰，且質量在 100 公斤以下。低地球軌道衛星將提供城市之間的聯系，而更高軌道的衛星將允許創建一個全球

59、性、全天的量子通信網絡。該網絡將使用量子力學的元素來加密和安全傳輸信息。中國還一直在為該網絡建設地面站，目前，已經實現了“墨子號”衛星與北京、濟南、威海、麗江和漠河等城市之間的量子通信演示。（2）抗量子密碼（抗量子密碼（PQC）抗量子密碼（Post Quantum Cryptography，簡稱 PQC），也稱后量子密碼，是能夠抵抗量子計算對公鑰密碼算法攻擊的新一代密碼算法，旨在研究密碼算法在量子環境下的安全性，并設計在經典和量子環境下均具有安全性的密碼系統。PQC 技術以數學方法為基礎，涉及多種密碼學原理和數學結構，包括基于格的密碼學、多項式環的問題、哈希函數的設計等。通過這些數學方法，PQ

60、C 技術可以實現安全的加密和簽名操作，從而保護敏感信息免受“先存儲，后解密”的威脅。歐美在歐美在 PQC 產業化方面加快推進。產業化方面加快推進。2022 年 5 月，拜登政府發布行政令 116，提出在 2035 年前，由國家安全局（NSA）和 NIST 負責及時完成美國國家信息系統的 PQC 升級遷移。2023 年 7 月，美國電信公司沃達豐與 Sandbox AQ 合作，為智能手機測試基于量子安全的虛擬私人網絡（VPN）。2023 年 11月，LTIMindtree 公司在倫敦啟動了量子安全虛擬專用網（VPN）鏈接。該量子安全 VPN 由LTIMindtree、Quantum Xchang

61、e、Fortinet 合作實現，使用基于量子的密鑰生成和帶外密鑰傳輸，并由 PQC 算法提供安全保護，以增強加密數據的安全性和完整性。我國在我國在 PQC 應用方面取得突破。應用方面取得突破。根據人民日報報道，2024 年 4 月，我國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”成功裝備國內首個 PQC“抗量子攻擊護盾”PQC 混合加密方法。這將使“本源悟空”更好抵御其他量子計算機的攻擊，確保運行數據安全。（3）量子隱形傳態（量子隱形傳態（QT）21/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 量子隱形傳態（Quantum Teleportation，簡稱 QT）

62、基于通信雙方的光子糾纏對分發（信道建立）、貝爾態測量（信息調制）和幺正變換（信息解調）實現量子態信息直接傳輸，其中量子態信息解調需要借助傳統通信輔助才能完成。量子隱形傳態的原理：量子隱形傳態方式的載體是單個粒子，如單個光子或單個電子，利用其內在的微觀的行為特征，如粒子的自施方向，利用量子糾纏效應讓量子通信傳輸的不再是傳統信息，而是量子態攜帶的量子信息。舉例來說，兩個處于糾纏態的粒子 A 和 B，無論相隔多遠，只要把其中一個粒子（A）和攜帶想要傳輸的量子比特的粒子（C）一起測量，C 的量子比特馬上消失，但是相隔遙遠的粒子（B）卻立刻攜帶上了 C 之前攜帶的量子比特。這就是在量子糾纏的幫助下，待傳

63、輸的量子態不需要任何載體的攜帶，在一個地方神秘地消失，又在另一個地方神秘地出現。QT 研究在空、天、地等平臺積極開展實驗探索。研究在空、天、地等平臺積極開展實驗探索。2017 年，中科大基于“墨子號”量子科學實驗衛星，實現星地之間 QT 傳輸，低軌衛星與地面站采用上行鏈路實現量子態信息傳輸，最遠傳輸距離達到 1400公里，成為目前 QT 自由空間傳輸距離的最遠記錄。結合結合 QT 等技術的量子信息網絡（等技術的量子信息網絡（QIN）是未來融合發展演進的方向。）是未來融合發展演進的方向。QIN 已成為量子通信領域科研競爭的主賽道，歐美在量子通信領域重點布局推動 QIN 技術研究、原型驗證和組網試

64、驗等工作，近年來取得多項重要進展。3、量子通信產業鏈量子通信產業鏈 中國量子通信產業鏈上游為元器件及核心設備，中國量子通信產業鏈上游為元器件及核心設備，包括信號處理芯片、光纖光纜、雪崩二極管、射頻器件、量子密鑰分發器、量子路由器、量子交換機、量子隨機發生器等。22/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 中游為網絡傳輸線路及系統平臺，中游為網絡傳輸線路及系統平臺，包括光纖骨干網、衛星中繼、經典網絡管理子系統、備份與容災子系統、綜臺網絡監控子系統、星子密鑰分發子系統、量子網絡管理子系統等。下游消費市場，下游消費市場，應用于軍事國防、電子政務、電子商務、能

65、源電力、電子醫療、電信運營等領域。23/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 4、量子通信產業市場空間量子通信產業市場空間 量子通信的應用市場可分為政府國防領域，以及民用端量子通信與安全領域。政府國防領域量子通信商業模式：政府國防領域量子通信商業模式：主要集中于國防建設、基礎設施網絡建設等。在國防領域，量子通信技術應用于高度機密的軍事通信，確保敏感信息的安全傳輸，有效防范竊聽和網絡攻擊。政府端基礎設施網絡建設主要包括國家量子骨干網、城域量子通信網絡、城際量子通信網絡建設等。民用領域量子通信商業模式：民用領域量子通信商業模式：主要是面向對信息安全要求較

66、高的大客戶，比如銀行、電網、電信運營商等。金融行業通過量子通信技術實現更安全可靠的數據傳輸，提高對金融交易和客戶信息的保護水平。在電網領域，量子通信可應用于保障電力系統中實時數據的安全傳輸，預防網絡攻擊和數據篡改，確保電網運行的穩定性。通信運營商正在積極探索量子通信與安全技術的商業化途徑，包括開發基于量子通信技術的加密通話產品、集成量子隨機數發生器到云服務，以及開發量子安全通信解決方案。近年來，我國量子通信市場穩定增長。據中商產業研究院，我國量子通信市場規模由 2019 年的 425 億元增至 2022 年的 709 億元，年均復合增長率為 17.3%，2023 年約為 805 億元。2024

67、 年我國量子通信市場規模有望增至 892 億元。五、五、量子測量量子測量 1、量子測量定義與分類量子測量定義與分類 量子精密測量旨在利用量子資源和效應，實現超越經典方法的測量精度，是原子物理、物理量子精密測量旨在利用量子資源和效應，實現超越經典方法的測量精度，是原子物理、物理光學、電子光學、電子技術、控制技術等多學科交叉融合的綜合技術。技術、控制技術等多學科交叉融合的綜合技術?；驹恚和饨绲碾姶艌?、溫度、壓力等物理量因素會改變電子、光子、聲子等微觀粒子的量子態，對這些變化后的量子態進行測量，從而實現對外界物理量的測量。量子測量通過對原子、離子和光子等微觀粒子體系及其中量子態的制備、調控和觀測

68、，實現對外界物理量變化更加準確、精細和可靠的測量與探測。量子測量典型技術方案包括冷原子干涉、核磁/順磁共振、金剛石色心、無自旋交換弛豫原子自旋(SERF)、量子糾纏或壓縮增強探測等；被測物理量包括頻率、時被測物理量包括頻率、時 24/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 間、重力場、加速度、角速度、磁場、間、重力場、加速度、角速度、磁場、電場、溫度、物質痕量等；電場、溫度、物質痕量等；應用場景涉及基礎科研、國防軍工、航空航天、定位導航、環境監測、生物醫療、資源勘測等眾多行業領域。量子測量不僅可以帶來測量精度、靈敏度等關鍵指標的數量級提升，還可以基于微

69、觀粒子系統的獨特優勢，在測量可靠性和空間分辨率等方面提供全新測量傳感方案和應用。量子計算機和量子通信被廣泛認為是最有前途的量子應用，但技術研發進展較慢，其中主要原因之一是源自量子系統的弱點它們對外部干擾的強烈敏感性。量子精密測量便是利用這核心弱點，量子精密測量便是利用這核心弱點，實現對外部某些物理量的測量，也是近年來量子信息技術的新興應用定義。2、量子精密測量主要技術方向量子精密測量主要技術方向 量子測量領域研究與應用目前主要集中于慣性導航、磁場測量、重力測量、目標識別和時間基準等五大方向。各技術方向的發展成熟度有較大差異，既有原子鐘、原子重力儀等已成熟商用產品，也有量子磁力計、光量子雷達和量

70、子陀螺等處于工程化研發和應用探索階段的樣機產品，還有量子關聯成像、里德堡原子天線等尚處于系統技術攻關的原型機。量子慣性導航。量子慣性導航。角速度傳感器（簡稱陀螺）是決定慣性導航系統性能的核心器件，廣泛應用于飛行器和艦船制導以及自動駕駛等領域。量子陀螺較傳統機電式陀螺和光電式陀螺而言，在測量精度和小型化集成前景等方面都具有較大的優勢。量子磁場測量。量子磁場測量。微弱磁場測量作為研究物質特性、探測未知世界的有效手段，在醫學、地球物理、工業檢測等都有著廣泛的應用。量子磁力儀最高磁場測量靈敏度可達 fT 量級（10-15 特斯拉）。高靈敏度量子磁力儀主要有光泵磁力儀和原子 SERF 磁力儀、相干布居囚

71、禁（CPT）磁力計等。量子重力測量。量子重力測量。地球重力場反映物質分布及其隨時間和空間的變化。高精度重力加速度測量可以廣泛應用于地球物理、資源勘探、地震研究、重力勘察和慣性導航等領域。量子目標識別。量子目標識別。量子雷達將傳統雷達與量子技術相結合，利用電磁波的波粒二象性，通過對電磁場的微觀量子態操控實現目標檢測和成像，具有提高靈敏度，突破分辨率極限，增強抗干擾能力等優勢。25/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 量子時間基準。量子時間基準。量子時間基準利用原子能級躍遷譜線的穩定頻率作為參考，通過頻率綜合和反饋電路來鎖定晶體振蕩器的頻率，從而得到準

72、確而穩定的頻率輸出。3、量子測量產業鏈量子測量產業鏈 26/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 量子測量產業鏈上游主要是系統研發所需的基礎材料、元器件和支撐系統提供商。量子測量產業鏈上游主要是系統研發所需的基礎材料、元器件和支撐系統提供商?；A材料包括高純度同位素材料、金剛石、性氣體等；元器件主要包括激光器、原子氣室、光學系統元器件、電子元器件、線纜等；支撐系統主要包括磁屏蔽、真空、低溫、隔振等環境保障；量子測量上游廠商在歐美集中度較高。目前量子測量技術路線多元，所需上游材料、器件差異性大，給上游整合和優化帶來挑戰。量子測量產業鏈中游包含各種技術方

73、向的系統設備提供商。量子測量產業鏈中游包含各種技術方向的系統設備提供商。目前可以商用的量子測量設備產品包括量子時鐘、量子重力儀、量子磁力計及其衍生產品、光量子雷達等。冷原子鐘冷原子鐘多用于計量、授時、基礎科研等場景，同時其設備結構復雜、體積龐大，產業化程度較低。熱原子鐘已經廣泛應用于通信、電力、衛星導航等領域，成熟度和商業化成熟度最高。分子鐘分子鐘是近年來提出的一種新型量子時鐘，利用惰性氣體的振動譜特性，有望實現千秒穩 10-110-13量級，純電學元件驅動，無需光學器件和恒溫加熱系統，對磁場不敏感，易實現芯片化，未來應用前景廣闊。量子重力儀量子重力儀目前已實現集成化、可移動、自動化控制，未來

74、還需要實現小型化和降低成本。量子磁力計量子磁力計近年來發展迅速，也隨之衍生出一系列新型測量傳感設備，如腦磁圖儀、心磁圖儀、量子掃描顯微鏡、量子電流互感器等，商業化成熟度方面正在快速提升。量子雷達量子雷達主要分為兩種，一種是基于單光子探測的光量子雷達，另一種是基于量子糾纏、壓縮等原理的量子干涉雷達、量子照明雷達和量子增強雷達。前者已經實現商用，后者仍處于原理驗證階段。光量子雷達光量子雷達在環境監測、道路交通、氣象測繪等諸多領域具有廣闊的應用前景，市場驅動力較大。其他量子測量產品如量子慣性導航系統和原子天線等，在國防軍工等領域有重要戰略價值，但是產品成熟度還有待提升。量子測量產業下游涉及基礎科研、

75、國防軍工、生物醫療、能源開發、工業制造量子測量產業下游涉及基礎科研、國防軍工、生物醫療、能源開發、工業制造、資源勘探、環境監測等、資源勘探、環境監測等諸多領域。諸多領域。當前量子測量技術產品已經成為傳統傳感測量領域的有效補充和增強技術方案，未來隨著樣機產品性能指標、工程化水平和體積成本的進一步優化，有望成為超越現有傳感測量手段的下一代技術方案演進方向。4、量子測量發展瓶頸量子測量發展瓶頸 大多數量子測量技術仍主要處于實驗室研發和原型機攻關階段，大多數量子測量技術仍主要處于實驗室研發和原型機攻關階段，如何走出實驗室，在工程化應用場景中實現落地樣機整體能力指標如何滿足實際場景中全方位應用需求，仍是

76、需要產業界和學術界開展協同推動并突破的科技成果轉化瓶頸。5、量子測量市場規模量子測量市場規模 全球量子精密市場規模預計從 2019 年的 11.2 億美元增長到 2030 年的 25.27 億美元，市場規模呈現不斷上升趨勢，年復合增長率為 7.97%。27/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 六、六、國內國內相關公司相關公司 1、國盾量子國盾量子 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，同時提供相關技術服務，是國家專精特新“小巨人”企業。2023 年公司量子計算業務量子計算業務收入為 4

77、478.25 萬元，收入占比 28.69%。公司募投項目“量子計算原型機及云平臺研發”順利結項，超導量子計算機整機集成和云服務等技術能力得到進一步提升。公司在導入前沿成果基礎上研制的超導量子計算機核心組件稀釋制冷機的運行指標已達到國際同類產品先進水平，室溫操控系統已可操控千比特以上大規模量子芯片。2023 年，公司完成了 1 套 24 比特超導量子計算機整機和 2 臺稀釋制冷機的交付；面向社會開放了量子計算云平臺，接入自研的“祖沖之二號”同等規模 176比特量子計算機，支持用戶遠程進行量子計算實驗和開發；協助中電信量子集團“天衍”量子計算云平臺和中國電信“天翼云”超算平臺進行對接，構建“超算-

78、量子計算”混合計算架構體系。2023 年公司量子通信業量子通信業務務收入 5374.81 萬元，營收占比 34.49%。公司量子通信核心組網產品量子密鑰分發（QKD）設備進一步朝著高速率、遠距離、小型化的方向發展，小型化時間相位 QKD 樣機正在進行產品級測試驗證；公司研制的新一代量子衛星地面站產品成功與“濟南一號”微納量子衛星對接，并完成了 3 例交付；公司持續完善“量子安全服務平臺”產品，并自主研發了“國盾密郵”、“國盾密語耳機”等創新應用產品。公司新一代密鑰系統交換密碼機、偏振編碼 QKD2 款核心產品通過了商密認證/檢測，密鑰系統交換密碼機、密鑰分發網絡管理系統、物理噪聲源芯片 3 款

79、產品通過了認證后的監督審查。合肥量子城域網（一期）完成了項目驗收和兩網融合改造，處于穩定運行狀態，為合肥市統一政務信息處理平臺、大數據平臺等持續提供量子密鑰保護，已成為城市級量子通信基礎設施標桿項目；公司及參股企業浙江國盾電力進一步開展電力領域“量子+5G”應用示范，浙江省首座“量子+變電站”已在紹興投入運營。2、神州信息神州信息 28/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 公司擁有全面的金融科技產品和解決方案譜系，形成包括核心應用、云計算、數據智能、智能銀行、開放金融、移動互聯、信貸、風險管理在內的八大產品族以及從咨詢、實施到運維的全面服務，為銀行

80、客戶的金融科技需求提供全面支撐。相關產品連續多年在 IDC、賽迪研究院等專業第三方市場統計中排名第一。作為全球量子通信關鍵參與者之一，公司是較早參與我國量子通信技術驗證和應用推廣的企業。作為全球量子通信關鍵參與者之一，公司是較早參與我國量子通信技術驗證和應用推廣的企業。早期參與了我國在全球領先構建的“星地一體化”量子通信廣域網絡建設，隨后陸續承建了“京滬干線”“武合干線”“滬合干線”“漢廣干線”“粵港澳灣區”等多條國家骨干網，貴州省網和北、上、廣、深等十余城域網，助力完善量子應用相關配套設施。同時攜手國盾量子等成立子公司“神州國信”，探索產品研發及行業應用，自主研發數據加密傳輸、終端安全接入、

81、安全即時通信、保密視頻會議、安全數據加密等典型解決方案，推出了“量子增強安全服務平臺”“量子 VPN 身份認證平臺”等多款產品，助推量子保密通信與傳統安全類設備或用戶業務應用的結合，解決金融、政務、互聯網等國家關鍵領域的信息傳輸安全問題。在金融行業，服務了銀監會、光大銀行、民生銀行、上海銀行、上海農商行等金融機構 20 多家，人民銀行“人民幣跨境收付信息管理系統（簡稱 RCPMIS）的量子應用示范項目”為金融廣泛應用提供示范。2019 年市場先行推出的量子加密即時通訊工具“量信通”，助力 C 端人群使用量子通信。3、亨通光電亨通光電 公司專注于在通信和能源兩大領域為客戶創造價值，擁有從新一代綠

82、色光棒-光纖-光纜-光網絡-數據中心全價值光通信產業鏈，及光纖傳感、5G 等新一代網絡關鍵技術，躋身全球光纖通信行業前 3 強。與安徽問天量子共同投資設立亨通問天量子，負責量子保密通信研究與應用，與北京郵電大學聯合成立量子光電子學與彌聚子論實驗室。在上海 2023MWC 大會上，公司推出“5G+量子”系列創新成果，包括極低時延的加密通道、極低時延的加密通道、“TAN+量量子子”高可靠高安全廣域工業互聯網解決方案及產品、低空自由空間光通信連接穩定性解決方案。已形成高可靠高安全廣域工業互聯網解決方案及產品、低空自由空間光通信連接穩定性解決方案。已形成了量子了量子保密通信保密通信 QKD、量子密鑰云

83、應用管理平臺、加密軟硬件終端、量子密鑰云應用管理平臺、加密軟硬件終端的產品體系。量子通信產品矩陣：1）極低時延的加密通道：極低時延的加密通道：基于量子密鑰云平臺基礎上，開發符合商密標準的量子5G 加密終端，成功在 5G 高速網絡上建立了極低時延的加密通道。該產品已在北京亦莊的聯通車聯網示范基地完成行業內首個應用驗證，加密時延、加密速率、加密多通道特性等性能指標優異，滿足遠程駕駛、自動駕駛等多個場景的需求。2）“TAN+量子量子”高可靠高安全廣域工業互聯網解決方案及產品：高可靠高安全廣域工業互聯網解決方案及產品：TAN 量子加密交換機，通過內部量子加密模塊對 TAN 協議幀進行并行處理，完成微秒

84、級超低時延的端到端加密?！癟AN+量子”產品，可為電力、能源、鋼鐵等對網絡時延和安全可靠性要求較高的行業提供領先的一體化解決方案。3）低空自由空間光通信連接穩定性解決方案：低空自由空間光通信連接穩定性解決方案：利用無人機量子糾纏分發系統驗證和解決了自由空間光通信的連接穩定性問題。該解決方案已在中國聯通研究院和北京聯通機動局完成了行業內首個應急領域 5G 移動回傳應用驗證。該項技術已作為新國際標準成功獲批立項。4、光迅科技光迅科技 公司是中國最大光通信器件供貨商，是目前中國唯一一家有能力對光電子器件進行系統性、戰略性研究開發的高科技企業，是中國光電子器件行業最具影響的實體之一。公司全資控股武漢電

85、信器件有限公司、武漢光迅信息技術有限公司、武漢光迅電子技術有限公司、光迅美國有限公司、光迅歐洲有限責任公司、光迅丹麥有限公司、泛太科技有限公司。公司主營業務為光電子器件、模塊和子系統產品的研發、生產 29/30 2024 年年 5 月月 11 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 及銷售。產品主要應用于電信光通信網絡和數據中心網絡，可分為傳輸類產品、接入類產品和數據中心類產品。2022Q22023Q1 公司在全球光器件行業排名保持第四，公司有多種類型激光器和探測器芯片以及 SiP芯片平臺，激光器類有 FP、DFB、EML、VCSEL 芯片，探測器類有 PD 芯片、APD 芯片，公司的光芯

86、片產品可以為直接調制和相干調制方案提供支持。當前公司的量子芯片研發成功，已收到多家客戶訂單，預計隨著 400G 骨干網的建設，以及量子通信普及度的逐步提升，公司作為行業領先企業，有望在 AI+量子時代實現營收及利潤雙增。5、本源量子本源量子 國內量子計算龍頭企業，布局兼具超導量子與硅量子技術。國內量子計算龍頭企業，布局兼具超導量子與硅量子技術。本源量子 2017 年成立于合肥市高新區，團隊技術起源于中科院量子信息重點實驗室，創始人為中國科學院院士郭光燦和中國科學技術大學教授郭國平；2021 年 9 月發布未來五年量子計算技術規劃路線圖，規劃至 2025 年將實現 1024 量子比特；2022

87、年 1 月宣布自主建設的兩大實驗室正式啟用，并將覆蓋從量子芯片到量子計算整機軟硬件的全棧式開發。本源量子是中國首家可交付量子計算機工程機的公司，是國內目前唯一同時開展超導量子計算與硅基半導體量子計算工程化的團隊，本源量子已先后推出了 6 比特超導量子芯片夸父 KF C6-100、24比特超導量子芯片夸父 KF C24-100、64 比特超導量子芯片 KF C64-200、72 比特超導量子芯片 KF C72-300，以及第二代硅基自旋二比特量子芯片玄微 XW S2-200，其中第三代自主超導量子芯片“悟空芯”(夸父 KF C72-300)于 24 年 1 月 6 日上線，是目前中國最先進的可編

88、程、可交付超導量子計算機。到 4 月 8 日，“本源悟空”先后被 117 個國家（地區）用戶訪問超 534 萬次，并成功完成 16.8 萬個全球量子計算任務。6、中電信量子集團中電信量子集團 中電信量子集團于 2023 年 5 月在安徽合肥成立，注冊資本 30 億元，是中國電信股份有限公司全資設立的子公司。在量子關鍵技術攻關方面，中國電信主導編寫了 5 項量子通信行業標準，具備量子密鑰和國密算法的量子加密核心能力。在量子科技成果轉化方面，建成國內規模最大、用戶最多、應用最全的合肥量子保密通信城域網；推出量子密話密信產品，在網用戶突破百萬；研制的量子加密對講已在杭州30/30 2024 年年 5

89、 月月 11 日日行業行業|深度深度|研究報告研究報告 第 19 屆亞運會中使用；發布“DICT+量子”全場景能力體系以及通話+量子、網+量子、云+量子、平臺+量子等一系列應用產品。在推動量子信息產業創新發展方面，與合肥市政府于 2021 年、2022 年、2023 年聯合舉辦量子產業大會，已成為行業標志性、專業性的年度盛會；中電信量子集團作為中國電信的主要載體，聯合行業頭部企業，成立“量子信息應用合作生態聯盟”；以“量子科技點量未來”為主題，開展 2023 量子科技中國行，在上海、江蘇、浙江等地成功舉辦 12 站，通過多種形式展示量子科技產品，協同量子行業頂尖專家教授開展量子科普知識講座，線

90、下參會人員累計達 3 萬余人，線上覆蓋超 30 萬人。7、華翊量子、華翊量子2022 年成立，公司研發的離子阱量子計算系統，為用戶提供了多種國際領先的離子阱架構。2023 年，公司完成了數億元的戰略輪融資；發布了規模達 37 量子比特的第一代離子阱量子計算機商業化原型機HYQ-A37，其相關性能指標達到了國際一流水平。此外，公司的 HYQ-A37 于 5 月完成了迭代，維持包含 92 個鐿-171 離子的一維離子晶體長達數小時不發生霧化，為之后大規模離子阱量子計算奠定了堅實的基礎。8、量旋科技、量旋科技2018 年成立，已完成集成超導量子芯片、射頻測控系統、稀釋制冷機、量子云平臺、量子操作系統

91、及應用軟件在內的產業級超導量子計算機。2023 年，量旋科技的國際市場版圖擴展到全球 30 多個國家和地區；公司的教育級核磁量子計算機產品交付至印尼萬隆理工學院、墨西哥國立自治大學，進入了東南亞和拉丁美洲市場；向中東科研機構交付超導量子計算芯片。七、參考研報七、參考研報 1.國聯證券-計算機行業專題研究：量子計算持續發展，應用場景落地可期2.國泰君安-計算機行業深度研究：搶先布局量子信息技術革命3.興業證券-計算機行業量子科技：三大產業方向的價值與落地4.華泰證券-電子行業專題研究：量子計算，開啟后摩爾時代的計算新紀元5.東吳證券-計算機行業深度報告：量子信息，下一場信息革命6.東方證券-計算機行業周報：量子技術開辟新賽道7.中航證券-信息技術行業量子科技專題系列一：逐夢量子，星辰大海8.華鑫證券-量子信息技術行業專題報告：優化運算法則，重塑安全格局9.中泰證券-計算機行業解讀新質生產力：量子計算，打破傳統范式，通用計算應用可期免責聲明：以上內容僅供學習交流，不構成投資建議。