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1、 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。1 20242024 年年 0707 月月 1 15 5 日日 計算機計算機 行業深度分析行業深度分析 量子科技：見微知著、革故鼎新量子科技：見微知著、革故鼎新 證券研究報告證券研究報告 投資評級投資評級 領先大市領先大市-A A 維持維持評級評級 首選股票首選股票 目標價（元）目標價（元）評級評級 行業表現行業表現 資料來源：Wind 資訊 升幅升幅%1M1M 3M3M 12M12M 相對收益相對收益 -2.7-11.7-26.5 絕對收益絕對收益 -7.4-15.1-38.1 趙陽趙陽 分析師分析師 SAC 執業證書編號：S14

2、50522040001 夏瀛韜夏瀛韜 分析師分析師 SAC 執業證書編號：S1450521120006 袁子翔袁子翔 分析師分析師 SAC 執業證書編號：S1450523050001 相關報告相關報告 科技自立自強，聚焦泛信創攻關和前沿領域探索 2024-07-01 華為 HDC 2024 開幕，純血鴻蒙+盤古大模型聯袂亮相 2024-06-23 Copilot PC 和 AI phone 雙劍齊發，端側 AI 滲透率拐點將至 2024-06-17 車路協同迎來密集催化，關注路側、商用車、自動駕駛三條主線 2024-06-10 AIPC 進展加速，WoA 未來可期 2024-06-03 量子科

3、技：未來科技的顛覆式創新，新質生產力的重要方向量子科技：未來科技的顛覆式創新，新質生產力的重要方向 兩次量子革命帶來顛覆式的科技創新。兩次量子革命帶來顛覆式的科技創新。第一次量子革命發明與發展了原子能、激光、超導、晶體管、核磁共振成像等基于量子力學效應的信息技術，第二次量子革命基于操控微觀粒子的疊加、糾纏等行為，進行信息獲取、處理和傳輸，產生顛覆性的科技創新。當前量子科技產業主要包括量子計算、量子通信、量子測量、抗量子密碼四大研究領域。量子科技成為新質生產力重要方向，有望迎來政策支持。量子科技成為新質生產力重要方向，有望迎來政策支持。2024 年兩會政府工作報告在“加快發展新質生產力”中，提出

4、“制定未來產業發展計劃，開辟量子技術、生命科學等新賽道，創建一批未來產業先導區”。3 月 29 日，國務院國資委遴選確定首批新質生產力的啟航企業名單，重點布局了人工智能、量子信息和生物醫藥領域。5 月 10 日，李強總理來到中科院量子信息與科技創新研究院，再次體現政府的重視，量子科技產業有望成為新質生產力重要方向。積極布局量子計算、量子通信、抗量子密碼三條投資主線積極布局量子計算、量子通信、抗量子密碼三條投資主線 量子計算：算力產業的顛覆式創新，未來科技的鋒利之矛量子計算：算力產業的顛覆式創新，未來科技的鋒利之矛。量子計算機的量子比特利用量子疊加態原理實現處理信息量的指數級增長，以 Shor

5、算法為例，可以在 20 萬個錯誤率在 0.1%的量子物理比特上在 8 個小時內破解 2048 位的RSA 密碼，而用經典計算機則需要幾百年的時間進行破解。從產業鏈來看從產業鏈來看，量子計算芯片、稀釋制冷機和室溫測控系統成為量子計算機主要組成部分。根據ICV 的報告，2023 年全球量子計算產業規模達到 47 億美元，2023 至 2028 年的年平均增長率（CAGR）達到 44.8%，有望實現高速增長。建議關注：建議關注：量子計算整體解決方案提供商【國盾量子】、量子測控系統提供商【普源精電】等。量子通信：量子技術實現密鑰分發，信息安全的堅固之盾。量子通信：量子技術實現密鑰分發，信息安全的堅固之

6、盾?；趥鹘y RSA 算法的密鑰分發和數字簽名技術，在量子計算時代存在較大的安全風險。量子保密通信將經典密鑰轉換成量子形態的密鑰，利用量子不可復制、糾纏等物理特性，實現密鑰分發過程的絕對安全。從產業鏈來看從產業鏈來看，量子密鑰分發設備（QKD）成為行業的核心設備，上游包括芯片+光源+單光子探測器+量子隨機數發生器，下游主要在政府、金融、電力等關基行業率先落地。從建設進度來看從建設進度來看，中國已經形成骨干網-城域網-空天一體的三步走發展戰略，當前已經建成長度超過 1萬公里的廣域量子保密通信一期骨干網，未來城域網和空天一體網絡建設有望加速。建議關注：建議關注：QKD 設備商【國盾量子】、系統集成

7、商【神州信息】等?？沽孔用艽a：密碼原理的底層創新，應對量子攻擊的新型方案?？沽孔用艽a：密碼原理的底層創新，應對量子攻擊的新型方案?？沽孔用艽a（PQC）是能夠抵抗量子計算對現有密碼算法攻擊的新一代密碼算法。從產業進展來看，美國 NIST 將于今年夏季發布第一版的抗量子密碼算法標準，從而開啟美國抗量子密碼遷移的路線圖，預計美國對于軟件/固件簽名和傳統網絡設備的遷移將在 2030 年前完成。建議關注：建議關注：密碼廠商【吉大正元、信安世紀、格爾軟件、三未信安】等。風險提示：風險提示：政策推進不及預期；技術突破不及預期；商業化落地不及預期。-44%-34%-24%-14%-4%6%16%26%36%2

8、023-072023-112024-032024-07計算機計算機滬深滬深300300行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。2 內容目錄內容目錄 1.兩次量子革命引領技術發展，新質生產力帶來政策催化.8 1.1.技術：兩次量子革命帶來顛覆式技術創新.8 1.2.政策：全球積極布局，國內外政策齊發力.11 1.3.產業：四大研究領域共創新需求.26 2.量子計算：算力產業的顛覆式創新，未來科技的鋒利之矛.38 2.1.量子計算原理：量子比特實現量子優越性.38 2.2.量子計算機：從 NISQ 向 FTQC 邁進，技術路線較為多元.4

9、5 2.3.量子計算機結構：量子芯片、稀釋制冷機和測控系統是核心.54 2.4.量子計算應用：產業百花齊放，量子云平臺構筑量超融合算力網.60 2.5.量子計算展望：科技巨頭明確發展路線圖.70 3.量子通信：量子技術實現密鑰分發，信息安全的堅固之盾.74 3.1.量子通信原理：利用量子技術實現密鑰分發.74 3.2.量子通信產業鏈：QKD 是核心設備，關基行業率先落地.77 3.3.全球量子通信產業：美國和歐盟積極布局.84 3.4.國內量子通信產業：三步走戰略實現全覆蓋.88 3.5.量子隱形傳態：未來量子互聯網的核心技術.93 4.抗量子密碼：密碼原理的底層創新，應對量子攻擊的新型方案.

10、95 4.1.量子計算對加密構成威脅，抗量子密碼應運而生.95 4.2.全球積極布局抗量子密碼，標準即將發布.98 4.3.抗量子密碼遷移進程逐漸開啟，產業蓄勢待發.106 5.相關標的梳理.109 5.1.國盾量子.109 5.2.國芯科技.111 5.3.普源精電.112 5.4.科華數據.113 5.5.中國長城.114 5.6.IonQ.115 5.7.Regetti Computing.116 5.8.D-Wave Quantum.117 5.9.神州信息.118 5.10.浙江東方.119 5.11.光迅科技.120 5.12.亨通光電.121 5.13.迪普科技.122 5.14

11、.金卡智能.123 5.15.科大訊飛.124 5.16.格爾軟件.125 5.17.信安世紀.126 5.18.吉大正元.127 5.19.三未信安.128 5.20.電科網安.129 5.21.浩豐科技.130 5.22.科大國創.131 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。3 圖表目錄圖表目錄 圖 1.量子科技產業整體發展歷程梳理.9 圖 2.量子計算機逐漸從理論走向實現.10 圖 3.美國量子信息技術實施機構及組織架構.13 圖 4.量子科學生態系統三大支柱.14 圖 5.三大研發機構資金規劃情況.14 圖 6.美國 NQ

12、I 法案頒布后的 QIS 量子戰略總體聯邦預算（百萬美元）.14 圖 7.按項目組成領域劃分的美國量子信息科學研發情況.16 圖 8.國家自然科學基金委員會對 QIS 研究中心的規模投資.16 圖 9.歐盟量子宣言成員國和組織數量分布.18 圖 10.量子旗艦計劃構建歐洲量子生態.20 圖 11.歐洲量子技術部署方向.21 圖 12.量子科技產業分類.26 圖 13.量子信息四大領域的原理特性，發展定位及應用場景.27 圖 14.全球量子計算產業規模（2021-2035）（單位：十億美元）.28 圖 15.全球量子計算上游產業規模（2030&2035）（單位：十億美元）.28 圖 16.全球量

13、子計算下游應用占比.29 圖 17.全球量子計算下游應用未來價值展望.30 圖 18.全球量子通信市場規模預測（2021-2030）.30 圖 19.全球量子精密測量市場規模預測（2019-2029E）（單位：百萬美元）.31 圖 20.全球量子精密測量市場份額預測（按產品技術領域劃分）.31 圖 21.全球抗量子密碼產業規模預測（2023-2030E，單位：十億美元）.32 圖 22.全球量子信息科研論文數量年度變化趨勢.32 圖 23.全球量子信息專利申請數量年度變化趨勢.32 圖 24.量子計算領域科研論文數量前十位國家情況.33 圖 25.量子通信領域科研論文數量前十位國家情況.33

14、圖 26.量子測量領域科研論文數量前十位國家情況.33 圖 27.后量子加密領域科研論文數量前十位國家情況.33 圖 28.量子信息領域不同技術方向專利數量對比.34 圖 29.量子信息三大領域各國專利申請占比情況（截至 2022 年 9 月）.34 圖 30.量子信息全球企業.34 圖 31.量子信息各領域企業數量.35 圖 32.量子信息企業國家分布情況.35 圖 33.量子計算領域科技公司和初創企業分布.36 圖 34.量子信息領域企業投融資事件數量與金額變化趨勢.37 圖 35.經典比特和量子比特的區別.38 圖 36.用布洛赫球表示的量子比特.39 圖 37.幾種量子邏輯門的矩陣和布

15、洛赫球表示.39 圖 38.簡單的量子電路實例.40 圖 39.Deutsch-Jozsa 算法的量子電路.40 圖 40.Shor 算法的量子電路.42 圖 41.量子計算機的不同物理實現方案.43 圖 42.經典電流示意圖和超導電流示意圖.43 圖 43.振蕩電路及能級圖.44 圖 44.約瑟夫森結示意圖與 SEM 掃描圖.44 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。4 圖 45.電荷、通量、相位三種超導量子比特.44 圖 46.Transmon 量子比特及其電路示意圖.44 圖 47.量子計算發展生命周期圖.45 圖 48.量

16、子計算機主要技術路線和參與公司.47 圖 49.超導量子計算機示意圖.47 圖 50.超導量子計算技術.47 圖 51.離子阱芯片.49 圖 52.離子阱技術示意圖.49 圖 53.光量子光學裝置.50 圖 54.光量子技術.50 圖 55.硅半導體技術示意圖.51 圖 56.中性原子技術原理.51 圖 57.影響量子體積的因素.52 圖 58.超導量子計算機及核心系統.54 圖 59.稀釋制冷機原理示意圖.54 圖 60.2022-2030 年全球稀釋制冷機市場規模（10 億美元）.55 圖 61.全球稀釋制冷機主要供應商.55 圖 62.國產稀釋制冷機.55 圖 63.2022-2030

17、年全球量子計算上游產業規模（10 億美元）.56 圖 64.一個具有 5 比特的超導量子芯片.56 圖 65.空橋結構示意圖.56 圖 66.IBM 433 量子比特處理器 Ospery.57 圖 67.IBM 超導量子計算機技術迭代圖.57 圖 68.微波信號可以對量子比特進行控制.57 圖 69.本源量子 32 位測控一體機.57 圖 70.兩比特超導量子計算操控系統電路模型簡視圖.58 圖 71.2022-2030 年全球量子計算測控系統市場規模（10 億美元）.58 圖 72.布局測控系統的測量儀器公司.58 圖 73.布局測控系統的量子計算機廠商.58 圖 74.量子計算測控系統發展

18、趨勢.59 圖 75.量子計算應用各場景評分等級（評分采用 5 分制，1 為最差，5 為最優）.60 圖 76.量子計算云平臺服務類型.61 圖 77.IBM Quantum Composer 操作界面.66 圖 78.本源量子云平臺提供的量子計算服務算力資源.66 圖 79.本源量子悟空超導計算機云平臺操作界面 2024.4.66 圖 80.云計算架構演進與算力網絡.67 圖 81.中微達信經典+量子融合計算測控組件.67 圖 82.上海計算中心超級計算機“魔盒”和“魔方 III”.69 圖 83.“巢湖明月”超級計算機.69 圖 84.IBM Roadmap.70 圖 85.Google

19、Roadmap.71 圖 86.Honeywell Roadmap.72 圖 87.Rigetti Roadmap.73 圖 88.量子密鑰分發設備示意圖.74 圖 89.量子密鑰分發 BB84 協議示意圖.75 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。5 圖 90.量子通信技術發展歷程.76 圖 91.量子光源.79 圖 92.單光子探測器.79 圖 93.QKD 設備.79 圖 94.量子安全路由器.80 圖 95.量子交換機.80 圖 96.量子隨機數發生器.80 圖 97.量子衛星地面站.81 圖 98.移動加密應用產品.81

20、 圖 99.量子保密通信產業鏈.82 圖 100.量子保密通信下游應用發展展望.82 圖 101.量子保密通信行業應用.82 圖 102.DARPA 量子通信網絡.84 圖 103.DAPRA 量子密鑰分發網絡結構.84 圖 104.DAPRA 量子通信網絡建成過程.84 圖 105.NASA 使用的量子通信設備.85 圖 106.Phio 洲際量子通信網絡.85 圖 107.SECOQC 量子通信實驗網絡結構示意圖.86 圖 108.SECOQC 實驗網絡連接示意圖.86 圖 109.東芝歐洲公司展出的量子通信設備.86 圖 110.歐盟 EuroQCI 項目地面部分潛在選址.87 圖 11

21、1.量子通信發展三步走戰略.88 圖 112.中國量子保密通信網絡建設進度.89 圖 113.基于“墨子號”衛星和“京滬干線”天地一體化組網驗證.91 圖 114.“低軌微納衛星+小型化地面站”技術路線.92 圖 115.量子隱形傳態示意圖.93 圖 116.“銀杏一號”城域量子互聯網建設場地鳥瞰圖和設計示意圖.94 圖 117.抗量子密碼全球進展.98 圖 118.NIST 第五節標準化會議公布的時間軸.102 圖 119.抗量子密碼遷移整體工作.106 圖 120.QKD+PQC 融合組網方式.107 圖 121.CNSA2.0 遷移路線圖.108 圖 122.國盾量子：量子保密通信產品及

22、下游應用.109 圖 123.國盾量子：量子計算產品矩陣.109 圖 124.國盾量子：量子精密測量產品矩陣.110 圖 125.硅臻量子隨機數發生器芯片.111 圖 126.耐數電子 NS-Q100 量子測控系統.112 圖 127.玻色量子天宮量子大腦 550W 的特性.113 圖 128.中國長城智慧計算與存儲業務.114 圖 129.IonQ：技術路線圖.115 圖 130.Regetti：Aspen-M 商用多芯片量子處理器.116 圖 131.D-Wave：下一代混合求解器的高水平性能.117 圖 132.D-Wave：Advantage 系列退火機開發進度.117 圖 133.神

23、州信息中標量子保密通信骨干網工程.118 圖 134.浙江神州量子通信展臺.119 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。6 圖 135.光迅科技光通信產品.120 圖 136.亨通光電量子通信解決方案.121 圖 137.亨通光電量子通信具體產品.121 圖 138.迪普科技 DPX8000 系列.122 圖 139.迪普科技 DPX8000 系列產品性能.122 圖 140.國科量子云網一體量子設施.123 圖 141.訊飛量子加密智能辦公本.124 圖 142.格爾軟件全量子一體化網絡安全方案.125 圖 143.信安世紀密碼

24、產品概覽.126 圖 144.吉大正元抗量子信任體系.127 圖 145.三未信安參加抗量子密碼技術論壇.128 圖 146.電科網安參與中國移動舉辦的量子通信年會.129 圖 147.浩豐科技產品概覽.130 圖 148.國儀量子量子傳感系列產品.131 圖 149.國儀量子量子計算系列產品.131 表 1：全球主要國家量子信息領域戰略規劃與投資概況（截至 2023 年 10 月）.11 表 2：美國量子戰略和專項計劃.12 表 3：NQI 法案擬議資金（2024-2028）.15 表 4：歐盟量子技術的短中長期目標.17 表 5：歐盟“量子宣言”旗艦計劃首批科研項目.19 表 6：量子旗艦

25、四大研發領域的未來發展路線.22 表 7：歐洲量子技術關鍵績效指標梳理（2030）.23 表 8：國內量子科技產業相關政策梳理.24 表 9：全球量子信息初創企業十大融資事件（金額降序）.37 表 10：DiVincenzo 關于量子計算機五條技術準則的解釋.46 表 11：中美超導量子計算機進展.48 表 12：國內外離子阱量子計算機進展.49 表 13：國內外光量子計算機進展.50 表 14：量子計算機性能對比.52 表 15：量子計算機主要參與者.53 表 16：各公司量子計算機與人工智能結合進展.61 表 17：量子云平臺的優勢及內涵.62 表 18：美國量子計算云平臺進展.63 表

26、19：中國量子計算云平臺進展.64 表 20：全球量子計算云平臺 2023 年進展.65 表 21：IBM 路線圖解讀.70 表 22：量子保密通信上游產業及主要公司.77 表 23：量子保密通信產業中游及主要公司.78 表 24：量子保密通信下游應用進展.83 表 25：中國量子保密通信網絡統計（部分）.90 表 26：量子計算對經典密碼體系的影響.95 表 27：抗量子密碼算法比較.97 表 28：美國抗量子密碼政策.99 表 29：NIST 抗量子密碼標準化項目進程.100 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。7 表 30：

27、NIST 篩選標準（開發者最低標準建議）.101 表 31：入選 NIST 標準的四種算法及入圍第四輪篩選的四種算法.102 表 32：歐盟抗量子密碼政策.103 表 33：德國抗量子密碼政策.103 表 34：英國、法國、加拿大抗量子密碼政策.104 表 35：中國抗量子密碼進展.105 表 36：CNSA2.0 遷移時間線解讀.108 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。8 1.1.兩次量子革命引領技術發展，兩次量子革命引領技術發展，新質生產力帶來政策催化新質生產力帶來政策催化 1.1.1.1.技術：兩次量子革命帶來顛覆式技術

28、創新技術：兩次量子革命帶來顛覆式技術創新 第一次量子革命（第一次量子革命（2020 世紀世紀 8080 年代至年代至 9090 年代末期）：量子力學推動推動超導、晶體管、激光、年代末期）：量子力學推動推動超導、晶體管、激光、核磁共振等技術誕生。核磁共振等技術誕生。上世紀 80 年來以來，物理學理論探索從經典物理學的連續性觀念轉向量子力學的離散型觀念，普朗克的量子假說、愛因斯坦的光量子理論和玻爾的量子軌道等量子理論誕生并得到應用，推動超導、晶體管、激光、核磁共振等技術的誕生與應用，標志著量子理論的正確性得到驗證，量子技術在信息科學實際應用中的巨大潛力逐漸顯現，利用量子力學原理進行信息處理的可能性

29、得到探索，為第二次量子革命奠定堅實理論與實驗基礎。具體而言，第一次量子革命可分為三個階段。1 1）理論基礎奠定期（）理論基礎奠定期（19001900-19801980）：物理學家開始探索微觀物理學現象。）：物理學家開始探索微觀物理學現象。1900 年，普朗克提出量子假說，標志著量子理論的誕生。隨后，愛因斯坦的光量子理論和玻爾的原子模型進一步鞏固了量子理論。1926 年，薛定諤和海森堡分別提出波動力學和矩陣力學，為量子力學奠定堅實基礎。在此時期，量子理論成功解釋了諸多實驗現象，并在固體物理學、原子物理學和分子物理學等領域取得重大進展。在應用方面，超導、晶體管、激光、核磁共振等技術不斷誕生并得到應

30、用。1911 年，荷蘭物理學家?？丝R林奧克斯發現超導現象；1947 年，貝爾實驗室的肖克利和巴丁發明第一個晶體管；1953 年，曼徹斯特大學開發世界第一臺晶體管計算機；1960 年，西蒙斯和漢斯創造世界第一個激光；1961 年，德州儀器公司生產了第一個商業化集成電路。2 2）嶄露頭角期（）嶄露頭角期（19811981-19931993）：在量子理論的指導下，量子科技開始在世紀應用中嶄露頭角。）：在量子理論的指導下，量子科技開始在世紀應用中嶄露頭角。1981 年，費曼提出量子計算的概念，并探討了量子計算機的潛力；1982 年，量子糾纏的實驗驗證成功，為量子信息科學的發展奠定基礎；1991 年，

31、量子密鑰分發概念被提出，為量子通信的安全傳輸提供理論基礎。這一時期，量子科技的理論研究和實驗驗證為后續的技術發展和應用奠定基礎。3 3）持續發展期（）持續發展期（19941994-19991999）：量子科技產業持續發展。）：量子科技產業持續發展。1994 年，Peter Shor 提出 Shor 算法，展示了量子計算機在破解加密方面的巨大潛力；同年，Lov Grover 提出量子搜索算法，設計用于無序列表搜索目標性，利用量子并行性和干涉效應加速搜索過程。1996 年，DiVincenzo提出量子計算機準則，用于評估和設計量子計算機，有助于確定量子系統是否適用于構建量子計算機，包括可擴展量子比

32、特、可控可讀量子比特、長時間相干性、通用量子門集、可靠量子讀寫操作。1998 年，Bernhard Omer 提出量子計算機編程語言，制造為量子計算機提供統一編程框架，結合傳統編程概念和量子計算的疊加和糾纏特性。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。9 圖圖1.1.量子科技產業整體發展歷程梳理量子科技產業整體發展歷程梳理 資料來源：物理學報，New Scientist，Quantumpedia，國投證券研究中心 第二次量子革命（第二次量子革命（2121 世紀初至今）：實現單個微觀粒子操控，量子信息技術產業持續演進。世紀初至今）：實現

33、單個微觀粒子操控，量子信息技術產業持續演進。第一次和第二次量子革命的核心區別在于第一次量子革命主要發明與發展原子能、激光、超導、晶體管和半導體器件、集成電路器件、微處理器、核磁共振成像等基于量子力學效應的信息技術，而第二次量子革命基于操控電子、光子等離子體系的微觀量子行為發展量子信息技術，利用量子體系的疊加、糾纏等量子力學行為，進行信息獲取、處理和傳輸，對多個領域產生基礎共性與顛覆性的重大影響。在這一時期，量子比特概念的提出，量子糾纏的實驗在這一時期，量子比特概念的提出，量子糾纏的實驗驗證、量子計算的原理性驗證等，意味著量子層面上操控和利用量子現象成為可能驗證、量子計算的原理性驗證等，意味著量

34、子層面上操控和利用量子現象成為可能，為解決經典計算難以處理的問題、實現信息安全傳輸、探索量子模擬等提供全新途徑，標志著量子標志著量子技術開始從理論探索轉向實際應用，一系列突破性技術和商業化產品逐漸涌現技術開始從理論探索轉向實際應用，一系列突破性技術和商業化產品逐漸涌現。21 世紀以來，隨著科技企業積極布局，量子計算進入了技術驗證和原理樣機研制的階段。2000年，DiVincenzo 提出建造量子計算機的判據。此后，加拿大 D-Wave 公司率先推動量子計算機商業化，IBM、谷歌、微軟等科技巨頭也陸續開始布局量子計算。2018 年，谷歌發布了 72量子位超導量子計算處理器芯片。2019 年，IB

35、M 發布最新 IBM Q System One 量子計算機，提出衡量量子計算進展的專用性能指標量子體積，并據此提出了“量子摩爾定律”，即量子計算機的量子體積每年增加一倍。在量子優越性方面，在量子優越性方面，2019 年 10 月，谷歌基于 53 位的Sycamore 量子處理器進行實驗，成功證明量子計算機在隨機電路采樣任務的執行速度遠超最快的經典超級計算機，宣布在量子計算領域實現“量子霸權”。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。10“量子霸權”是重要的里程碑，標志著量子計算領域的一個重大轉折點“量子霸權”是重要的里程碑，標志著量子

36、計算領域的一個重大轉折點，即量子計算機首次在特定任務上展現出超越傳統超級計算機的能力，證明了量子計算機從原理走向應用的可行性與在并行計算方面的優越性。盡管目前量子計算機的應用還非常有限，但這一突破展示了量子計算技術的巨大潛力，并為未來的發展奠定了基礎。量子計算機的進一步發展可能會在材料科學、藥物發現、優化問題等領域帶來革命性的變化。量子計算機的進一步發展可能會在材料科學、藥物發現、優化問題等領域帶來革命性的變化。2020 年 12 月 4 日，中國科學技術大學的潘建偉院士團隊成功構建了 76 個光子的量子計算原型機“九章”。根據中科大鐘瀚森、潘建偉等人發表的在 Science 期刊發表的Qua

37、ntum computational advantage using photons 論文，“九章”在處理高斯玻色取樣的速度上比當時的超級計算機“富岳”快 100 萬億倍，使中國成為全球第二個實現“量子優越性”的國家。2021年，在“九章”的基礎上，中國科學技術大學團隊又構建了“九章二號”和“祖沖之二號”量子計算機。這些機器在處理特定問題上的速度比當時的頂級超級計算機快得多，進一步鞏固了中國在量子計算領域的國際領先地位。2023 年，中國科學技術大學團隊成功構建了 255個光子的量子計算原型機“九章三號”。根據鄧宇皓、潘建偉等人發表的Gaussian Boson Sampling with P

38、seudo-Photon-Number Resolving Detectors and Quantum Computational Advantage論文，“九章三號”在處理高斯玻色取樣的速度上比“九章二號”提升了 100 萬倍，進一步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。圖圖2.2.量子計算機逐漸從理論走向實現量子計算機逐漸從理論走向實現 資料來源：信通院，賽迪智庫，Science Physical Review Journals，量子物理與量子信息研究部，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。1

39、1 1.2.1.2.政策：全球積極布局，國內外政策齊發力政策：全球積極布局，國內外政策齊發力 量子科技的戰略重要性日趨顯現，多國持續加大量子研發投入。量子科技的戰略重要性日趨顯現，多國持續加大量子研發投入。鑒于量子信息科技重要的科學意義和巨大的應用價值，歐美發達國家的政府、科研機構和產業資本正在不斷完善戰略部署，穩步增加研發投入。全球主要國家在量子信息領域的戰略規劃和投資概況來看，以以 20182018年歐盟“量子旗艦計劃”和美國年歐盟“量子旗艦計劃”和美國國家量子倡議（國家量子倡議（NQINQI）法案為重要標志法案為重要標志，近五年來各國在量子信息領域的規劃布局持續加速。根據信通院的統計報告

40、，2023 年 6 個國家相繼發布量子信息相關國家戰略和投資規劃，計劃投資總規模達到 67 億美元。美國方面，美國方面，2018 年 12 月，美國啟動了為期 10 年的“國家量子倡議法案（NQI）”，2019-2022 年間計劃投資 12.75 億，實際投資已達 37.38 億，2023 年的預算請求為 8.44 億美元，遠超 NQI 法案最初計劃的 5 年 13億美元。2022 年 8 月，美國總統拜登簽署了2022 年芯片和科學法案，為多個量子信息相關項目撥款近 8 億美元。歐盟方面，歐盟方面，2018 年 10 月，歐盟正式實施“量子技術旗艦項目”，連同各成員國的配套，總經費超過 40

41、 億歐元；2021 年，歐盟提出天基安全連接計劃，計劃將衛星星座和歐洲量子通信基礎設施集成，以借助量子加密技術為歐洲政府和軍事組織提供安全通信，預估經費總額為60 億歐元；2023 年，德國政府通過“量子技術行動計劃”，將在 2023-2026 期間投入約 30 億歐元。2021 年 1 月，法國啟動量子技術國家行動計劃，5 年投資 18 億歐元。2023 年 3 月，英國發布國家量子戰略，將在 2024-2034 年間提供 25 億英鎊的政府投資，并吸引至少 10 億英鎊的額外私人投資。表表1 1：全球主要國家量子信息領域戰略規劃與投資概況（截至全球主要國家量子信息領域戰略規劃與投資概況（截

42、至 20232023 年年 1010 月）月）時間時間 戰略規劃戰略規劃/法案法案 國家國家/地區地區 投資規模（美元）投資規模（美元）2014 國家量子技術計劃 英國 10 年投資約 12.15 億 2018 光量子躍遷期間計劃 日本 投資約 1.2 億/年 2018 量子旗艦計劃 歐盟 10 年投資約 11 億 2018 國家量子信息科學戰略 國家量子倡議（NQI）法案 美國 計劃 5 年投資 12.75 億，實際投資已達 37.38 億 2018 量子技術從科研到市場 德國 投資約 7.1 億 2019 量子技術發展國家計劃 荷蘭 7 年投資約 7.4 億 2019 國家量子技術計劃 以

43、色列 5 年投資約 3.3 億 2019 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 2022 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 2023 國家量子戰略（NQS）英國 10 年投資 31.8 億 2023 國家量子戰略 澳大利亞 投資約 6.4 億 2023 國家量子技術戰略 丹麥 5 年投資約 1 億 2023 量子科技發展戰略 韓國

44、2035 年前投資 17.9 億 2023 國家量子任務 印度 2030 年前投資 7.2 億 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用研究報告 2023，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。12 美國：發布美國：發布國家量子倡議法案（國家量子倡議法案（NQINQI）與專項戰略，推動量子科技發展。與專項戰略，推動量子科技發展。美國是較早開展量子信息科學研究的國家之一，特別注重通過政府頂層設計推動量子信息科學（QIS）發展，經過多年發展，已形成立法保障、制定專項戰略和優先發展相互銜接配套的政策體系，多方位支撐 QIS

45、 發展。一是頒布法案，2018 年，美國國家量子倡議法案（NQI）正式生效，該法案既是美國統籌國內力量推進 QIS 發展的法律基礎，也是美國謀求 QIS 及其技術應用全球領導地位的戰略規劃。法案共有五大目標：1）支持 QIS 研發、示范和應用；2）加強聯邦政府 QIS 研發的跨部門規劃與協調；3）最大限度地發揮聯邦政府 QIS 研發和示范項目的效能；4）促進聯邦政府、聯邦實驗室、企業和大學之間的合作；5）促進 QIS 安全國際標準的制定。二是制定 QIS 專項戰略。三是近期綜合科技戰略將 QIS 作為優先發展方向。無論聯邦政府層面還是機構層面的科技發展戰略，其優先發展事項中不乏 QIS 的身影

46、。例如，2020 年10 月美國政府發布的關鍵與新型技術國家戰略將 QIS 列為 20 項關鍵與新興技術之一。表表2 2：美國量子戰略和專項計劃美國量子戰略和專項計劃 時間時間 機構機構 戰略規劃名稱戰略規劃名稱 內容內容 2020 年 2月 白宮國家量子協調辦公室 美國量子網絡戰略遠景 提出美國將開辟量子互聯網，確保QIS 惠及大眾 2020 年 7月 能源部（Department of Energy，DOE)從遠距離糾纏到建設全國范圍的量子互聯網 規劃了美國第一個全國性量子互聯網的戰略發展藍圖，提出需要重點關注的 QIS 應用領域、優先研究方向，以及量子互聯網建設的階段性目標 2020 年

47、10 月 白宮國家量子協調辦公室 量子前沿報告 確定八個方向為優先領域，指導后學量子研發投入：1）擴大量子技術造福社會的機會。2）建立 QIS 工程學科。3）QIS 靶向材料科學。4）通過 QIS 仿真探索量子力學。5）利用 QIS 技術進行精確測量。6）為新應用生成的分配量子糾纏。7）表征和緩解量子誤差。8）通過 QIS 了解宇宙。2020 年10 月 白宮 關鍵與新興技術國家戰略 將QIS列為20項關鍵與新興技術之一，認為 QIS 對軍事、情報和經濟等國家安全優勢具有至關重要的作用。2021 年 1月 國家科學技術委員會 量子網絡研究的協調辦法 確定了美國量子網絡戰略遠景中所提出的目標的實

48、現途徑，確定了聯邦機構可以采取的行動，以增進國家的知識基礎并準備使用量子網絡。資料來源：世界科技研究與發展：量子科技創新戰略研究，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。13 美國：美國：NQINQI 計劃提供總體框架，加強與協調量子研發活動。計劃提供總體框架，加強與協調量子研發活動。在立法方面，迄今為止與量子有關的最重要立法是國家量子倡議法案(NQI)，該法案于 2018 年 12 月簽署成為聯邦法律，旨在加速和推進美國的量子科學技術。從本質上講，NQI 為量子研發創建了一個框架，并授權在 2019-2023 年提

49、供略高于 12 億美元的資金，用于各種量子研究和開發項目。這些資金主要分配給歷來積極參與量子科學與技術研發的三個機構：美國國家標準與技術研究院(NIST)、美國國家科學基金會(NSF)和美國能源部(DOE)。NQI 法案授權這些機構加強 QIS 計劃和研究中心；建立一個新的聯邦機構，名為國家量子協調辦公室(NQCO)；成立一個新的聯邦咨詢委員會，名為國家量子計劃咨詢委員會(NQIAC)，由來自學術界、工業界和政府的專家組成，其任務是為國家量子計劃提供獨立評估和建議。美國：打造量子生態三大支柱，共筑量子領域領導地位。美國：打造量子生態三大支柱，共筑量子領域領導地位。量子信息科學(QIS)研發資助

50、機構可被視為支持量子信息產業生態系統的三大支柱，民用科學機構、國防部科學機構和情報部科學機構共同支持量子信息產業的研發工作。1 1）美國國家標準與技術研究院）美國國家標準與技術研究院(NIST)(NIST)：通過擴展和連接量子系統、提高設備性能和穩定性、豐富人才庫、制定技術標準等多種方式，推進測量科學標準，促進美國的創新與工業競爭力；開展在量子傳感、計算、網絡、風險緩解、基礎科學等方面的核心技術項目；建立并支持量子經濟發展聯盟，致力于通過識別技術、供應鏈、標準、勞動力和通過合作解決各方面差距的方法，加速美國量子產業增長。2 2）美國國美國國家科學基金會家科學基金會(NSF)(NSF)：資助超過

51、 2000 個學術機構的量子科學與工程研究；NQI 法案明確要求NSF 支持量子信息科學研究與教育的多學科中心，協調量子計算核心項目。此外，NSF 在 2024財年預算中向國會闡明兩大投資目標：量子計算、量子通信、量子測量、量子網絡的先驅發展，提高信息處理、傳輸與測量效率；開發具有明顯量子優勢的概念研制設備、工具、系統和應用程序。3 3）美國能源部美國能源部(DOE)(DOE)：通過基礎和應用科學研究、新技術的發現和開發、同位素生產等多種方式推進量子技術發展；NQI 法案授權能源部建立 5 個國家量子信息科學研究中心，并在核心項目中繼續加強和協調量子研究。多個量子研究活動機構在量子信息科多個量

52、子研究活動機構在量子信息科學基礎研究、教育、培訓和勞動力發展方面的投資相互促進、相輔相成，加快美國在量子信學基礎研究、教育、培訓和勞動力發展方面的投資相互促進、相輔相成，加快美國在量子信息服務領域的領導地位。息服務領域的領導地位。圖圖3.3.美國量子信息技術實施機構及組織架構美國量子信息技術實施機構及組織架構 資料來源：ICV，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。14 美國：量子科技研發資金大幅增加，推動量子科技快速發展。美國：量子科技研發資金大幅增加，推動量子科技快速發展。在 NQI 法案的推動下，用于QIS

53、研發的聯邦資金大幅增加。從 2019 財年到 2024 財年，聯邦資金大約翻了一番。2023 年12 月 1 日，國家量子計劃（NQI）總統 2024 財年預算補編發布，這是國家量子計劃法案（NQI）要求的第四份 NQI 計劃年度報告，2019-2024 財年量子信息科學預算分別為4.49/6.72/8.55/10.31/9.32/9.68 億美元。此外，分配給分配給 NQINQI 法案授權活動的資金是在基線量子法案授權活動的資金是在基線量子信息服務研發活動預算之外的額外資金。信息服務研發活動預算之外的額外資金。然而，雖然國家質量與創新法案為各聯邦機構的質量信息系統研發設定了資助目標和優先事項

54、，但并不保證具體的資助金額?？偨y和國會通過年度財政年度預算確定各聯邦機構的非國防量子研發優先事項和資金，國防開支則通過名為國防授權法案的單獨法案確定。圖圖5.5.三大研發機構資金規劃情況三大研發機構資金規劃情況 圖圖6.6.美國美國 NQINQI 法案頒布后的法案頒布后的 QISQIS 量子戰略總體聯邦預算量子戰略總體聯邦預算（百萬美元）（百萬美元）資料來源：NQI Annual Report FY2024，國投證券研究中心 資料來源：NQI Annual Report FY2024，國投證券研究中心 NQI 法案修訂后增加預算總規模，根據 ICV 計算顯示，未來美國量子科技預算總額超過 36

55、億美元，其中 NQI 法案擬議更新的資金規劃共 22.33 億美元，芯片與科學法案授權資金規劃共 14.24 億美元。0100200300400FY2019ActualFY2020ActualFY2021ActualFY2022ActualFY2023EstimatedFY2024ProposedNISTNSFDOE02004006008001,0001,200FY2019ActualFY2020ActualFY2021ActualFY2022ActualFY2023EstimatedFY2024ProposedBaseNQI圖圖4.4.量子科學生態系統三大支柱量子科學生態系統三大支柱 資料來

56、源：NQI Annual Report FY2024，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。15 表表3 3：NQINQI 法案擬議資金（法案擬議資金（20242024-20282028）NQINQI 再授權法案再授權法案 參考章節參考章節 機構機構 年投資金額年投資金額 （百萬美元）（百萬美元）投資周期投資周期 （年）（年）投資總額投資總額 （百萬美元）（百萬美元）法案依據法案依據 目的目的 11 NIST（國家標準技術研究院）QED-C（量子經濟發展聯盟）85 4 340 芯片與科學法案 開展研發和示范項目，促

57、進量子應用的發展和標準化；支持量子技術可比性能相關研究；促進量子相關國際事務參與；建立必要的基礎設施項目 12 NIST（國家標準技術研究院）54 5 270 NQI再授權法案 NIST 建立新的、目的驅動的量子中心，加速 NIST 研發、部署和標準化活動，并優先考慮量子測量和量子工程 13 NSF（國家科學基金會）141 4 564 芯片與科學法案 量子信息科學研究與教育項目 14 NSF（國家科學基金會）100 5 500 NQI再授權法案 多學科量子研究和教育中心，15 NSF（國家科學基金會）10 5 50 NQI再授權法案 建立量子再培訓教育與勞動力協調中心（QREW)15 NSF（

58、國家科學基金會）50 5 250 NQI再授權法案 建立新的量子試驗臺 16 DOE（能源部）130 4 520 芯片與科學法案 能源量子信息科學研究項目，指導制定十年戰略計劃，指導聯邦設計、開發、商業化以量子為中心的高性能計算系統 17 DOE（能源部）25 5 125 NQI再授權法案 建立量子儀器和基礎設施計劃，以應對量子供應鏈特有的挑戰和需求 18 DOE（能源部）175 5 875 NQI再授權法案 對能源部進行技術修正指導，并確保合作事務包括多樣化的可行量子技術 20 DOE（能源部）38 1 38 NQI再授權法案 指導能源部與公共部門、私營部門多方合作開發基于云的量子計算機算法

59、和應用，并探索教育與培訓計劃。21 NASA（國家航空航天局）25 5 125 NQI再授權法案 授權 NASA 開展量子基礎與應用研究，建立 NASA 專屬量子研究所，專注于量子科技航空航天應用 NQINQI 法案修訂后的資金規劃法案修訂后的資金規劃 2,233 2,233 芯片與科學法案授權資金規劃芯片與科學法案授權資金規劃 1,424 1,424 資金規劃總額資金規劃總額 3,657 3,657 資料來源：世界科技研究與發展，國投證券研究中心 美國：明確五大資金投入領域，增加資金投入。美國：明確五大資金投入領域，增加資金投入。美國政府在量子信息科學國家戰略概述中劃分的所有五個計劃組成領域

60、，即量子傳感與計量(QSENS)、量子計算(QCOMP)、量子網絡(QNET)、量子發展(QADV)和量子技術(QT)，都增加并保持了資金投入。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。16 圖圖7.7.按項目組成領域劃分的美國量子信息科學研發情況按項目組成領域劃分的美國量子信息科學研發情況 資料來源：NQI Annual Report FY2024，國投證券研究中心 美國：促進量子跨學科研究，推進量子科技快速發展。美國：促進量子跨學科研究，推進量子科技快速發展。美國國家科學基金會(NSF)和能源部(DOE)都在通過支持建立跨學科研究中

61、心來克服這些機構障礙，采取不同的方法以反映其不同的使命和資助重點。國家科學基金會的重點是促進大學中心和研究所的教師開展跨學科合作，截至截至 20232023 年年 3 3 月，該機構已資助了五個量子飛躍挑戰研究所。月，該機構已資助了五個量子飛躍挑戰研究所。另一方面，能源部已在自己的國家實驗室建立了跨學科量子研究中心。對此，負責國家量子計劃評估工作的國家量子信息中心對量子合作的進展進行了評估，發現總體而言各中心之間的合作發展良好。圖圖8.8.國家自然科學基金委員會對國家自然科學基金委員會對 QISQIS 研究中心的規模投資研究中心的規模投資 資料來源：ICV，國投證券研究中心 050010001

62、500FY2019ActualFY2020ActualFY2021ActualFY2022ActualFY2023EstimatedFY2024Proposed量子領域基礎科學（QADV）量子計算（QCOMP）量子網絡（QNET）量子傳感與計量（QSENS）量子科技（QT）行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。17 歐盟：發布量子宣言和量子旗艦計劃，多方位發展量子信息技術。歐盟：發布量子宣言和量子旗艦計劃，多方位發展量子信息技術。2016 年 3 月，歐盟委員會發布量子宣言（草案），呼吁歐盟成員國及歐盟委員會發起資助額達發起資助額達

63、 1010 億歐元的量億歐元的量子技術旗艦計劃，并實現如下目標：子技術旗艦計劃，并實現如下目標：1 1）建立極具競爭性的歐洲量子產業，確保歐洲在未來全球產業藍圖中的領導地位；2 2）增強歐洲在量子研究方面的科學領導力和卓越性；3 3）面向量子技術的創新企業和投資，把歐洲打造為一個有活力和吸引力的區域；4 4）充分利用量子技術進展，更好地解決能源、健康、安全和環境等領域的重大挑戰。宣言提出，歐洲旗艦計劃應集合工程、科學、教育以及創新能力，充分釋放量子技術的潛能。通過通信、模擬器、傳感器和計算機這四方面的短中長期發展，實現原子量子時鐘、量子傳感器、城際量子鏈接、量子模擬器、量子互聯網和泛在量子計算

64、機等重大應用。表表4 4：歐盟量子技術的短中長期目標歐盟量子技術的短中長期目標 量子技術及量子技術及發展目標發展目標 通信通信 （城際量子連接、（城際量子連接、量子互聯網）量子互聯網）模擬器模擬器 （量子模擬器）（量子模擬器）傳感器傳感器 （原子量子時鐘、（原子量子時鐘、量子傳感器）量子傳感器）計算機計算機 （量子計算機）（量子計算機）短期（5 年內）量子中繼器核心技術；安全的點到點量子鏈接。材料中電子運動的模擬器；針對量子模擬器和網絡的新算法 針對醫療護理、地理調研和安全等新型應用的量子傳感器；針對高頻金額交易的時戳打造更準確的原子時鐘。運行受糾錯或拓撲學保護的邏輯量子位；針對量子計算機的新

65、算法；能執行技術相關算法的小型量子處理器。中期（5-10年）遠距離城市間的量子網絡；量子信用卡 設計和開發新型復合材料；有關量子磁性和電流的多樣化模擬器。針對汽車建筑等大規模應用的量子傳感器；手持量子導航設備。利用專業型量子計算機解決化學和材料科學難題。長期（10 年以上）具有加密和監聽檢測功能的量子中繼器；結合量子與傳統通信的泛歐安全互聯網。有關量子動力學和化學反應機制的模擬器，用以支持藥物設計?；谥亓鞲衅鞯闹亓Τ上裨O備；將量子傳感器集成到消費者應用中（包括移動設備）。結合量子路線和低溫傳統控制硬件；超越傳統計算機能力的通用量子計算機。資料來源：Quantum Manifesto，國投證

66、券研究中心 歐盟：組織和成員國雙層發力，明確四大領域發展路線。歐盟：組織和成員國雙層發力，明確四大領域發展路線。近年來，為在全球量子科技競爭中贏得主動，歐盟和歐洲主要國家積極布局，在組織和成員國兩個層面出臺了一系列量子科技戰略。在組織層面，在組織層面，歐盟牽頭制定泛歐洲的量子技術發展戰略。2020 年 3 月，量子旗艦戰略咨詢委員會發布的報告戰略研究議程對量子技術旗艦計劃進行了細化，提出量子通信、量子計算、量子模擬，以及量子計量和傳感等領域的發展路線圖。在成員國層面，在成員國層面，法國和德國制定戰略謀劃未來量子科技發展。量子宣言 得到 3400 多名學術界與工業界人士的支持。行業深度分析行業深

67、度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。18 圖圖9.9.歐盟量子宣言成員國和組織數量分布歐盟量子宣言成員國和組織數量分布 資料來源：Quantum Manifesto國投證券研究中心 歐盟投入規模達歐盟投入規模達 1010 億歐元，資助四大領域科研項目。億歐元，資助四大領域科研項目。歐洲量子技術旗艦計劃是歐盟未來新興技術旗艦計劃（FET）的重要組成部分，FET 旨在為歐盟革命性、高風險、高回報的技術創新及商業開發提供長期穩定支持，量子技術旗艦計劃是 FET 中執行期最長、資助強度最大的計劃。量子技術旗艦計于在 2018 年正式啟動，項目為期 10 年

68、，總研發投入規模達 10 億歐元。旗艦計劃實施分為兩個階段：旗艦計劃實施分為兩個階段：1 1）導入期（2018-2021）：由地平線 2020 計劃提供支持，投資總額預計為 1.32 億歐元；2 2）發展期（2021-2027）：由“未來第九研發計劃”（FP9）提供支持。第一階段，計劃將資助量子基礎科學、量子計算、量子互聯網、量子模擬和量子傳感領第一階段，計劃將資助量子基礎科學、量子計算、量子互聯網、量子模擬和量子傳感領域的域的 2424 個項目。個項目。歐洲議會、歐洲理事會和歐盟委員會正在磋商，以確保量子研發將在歐盟2021-2028 年的多年度財務框架中得到資助。受資助的項目中，超過三分之

69、一為參與者是來自各行各業的工業公司，其中大部分是中小企業。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。19 表表5 5：歐盟“量子宣言”旗艦計劃首批科研項目歐盟“量子宣言”旗艦計劃首批科研項目 量子通信方向量子通信方向 連續變量量子通信 CIVIQ ICFO，西班牙 基于 PIC 的 CV-QKD 系統，面向電信運營商的網絡部署和應用驗證 量子互聯網聯盟 QIA Delft，荷蘭 基于量子中繼器的量子隱形傳態網絡，連接量子計算平臺物理比特 量子隨機數生成器 QRANGE Geneva，瑞士 集成化 CMOS 工藝 SPAD，隨機數產生速率

70、 10Gbps 芯片化 QRNG 實用化量子通信 UNIQORN AIT，奧地利 InP 平臺量子片上系統，可用于量子隱形傳態、單光子 QKD和壓縮態 量子計算量子計算+模擬方向模擬方向 離子阱 量子計算 AQTION Innsbruck，奧地利 可擴展離子阱量子計算物理平臺及多激光器操作系統，全自動運行 開放超導量子計算機 OpenSuperQ Saarlanders，德國 開放式超導量子計算機硬件+軟件+優化工具，50-100 量子比特 可編程原子大規模量子模擬 PASQuanS Max-Planck，德國 500 位中性原子和離子平臺離子模擬器，面向離子退火與優化問題 級聯激光器頻率梳量

71、子模擬 Qombs Consglio，意大利 光學晶格超冷原子離子模擬器，研究載波傳輸離子動態效應和傳感 新一代量子計算應用 NEASQC Leiden，荷蘭 研究、開發量子應用，利用 NISQ 含噪聲量子系統解決實際問題，如藥物發現、二氧化碳捕獲、智能能源管理、自然預研處理等，旨在通過提供通用工具集吸引工業用戶。硅中的量子大規模集成 QLSI fraunhofer，德國 為量子計算開發一種可拓展的硅量子比特技術 量子測量方向量子測量方向 金剛石色心量子測量 ATERIQS Thales,法國 固態金剛石 NV 色心探針，高動態范圍多用途量子傳感器 集成化量子鐘 IqClock Amerste

72、rdam，荷蘭 集成化光原子晶格鐘，小型化鍶原子鐘，超輻射原子鐘 微型原子氣室量子測量 MACQSIMAL CSEM，瑞士 基于 MEMS 原子蒸汽腔的量子陀螺、量子重力儀和氣體傳感器 金剛石動態量子多維成像 MetanoliQs Fraunbofer，德國 基于金剛石 NV 色心偏振器的超極核磁共振（MRI）醫學成像 量子基礎科研量子基礎科研 二維量子 PIC 材料與器件 2D-SIPC ICFO，西班牙 用于可擴展集成光子電路（PIC）的二維量子材料和器件集成 微波驅動離子阱量子計算 MicroQC TCPA，保加利亞 微波控制微加熱技術多比特離子阱邏輯門和量子處理器設計 亞泊松分布光子槍

73、 PhoG Andrews，英國 集成化高確定性非傳統光源，如亞泊松分布光源和多模糾纏光源 基于光子的量子模擬 PhoQuS Sorbonne，法國 基于多光子量子超流體和量子湍流轉臺的量子模擬新平臺 量子微波計算和傳感 QMICS Bayorlsche，德國 微波頻段單光子探測，數米距離的量子微波互聯分布式量子計算 可擴展二維量子PIC S2QUIP Kungliga，瑞典 小型通用化光源和集成光子電路，為量子通信提供信息載體 可擴展稀土離子量子計算 SQUARE KIT，德國 基于稀土離子材料的離子物理比特高密度集成和光學互聯 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券

74、股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。20 離子協調、合作與教育離子協調、合作與教育 量子旗艦的協調和支持行動 Qflag 歐盟 核心任務是建立一個學術界與工業界的旗艦社區，以準備和實施歐洲量子技術戰略研究議程，將確定用例，分析并提供關鍵的量子技術基礎設施，并動員歐盟成員國將量子技術從實驗室推向商業階段。量子技術國際合作 IncoQFlag 歐盟 旨在確定與美國、加拿大和日本等大量投資量子技術的國家合作的雙贏局面 量子技術教育的協調和支持行動 QTEdu 歐盟 協助歐洲量子旗艦計劃構建必要的量子學習生態，向社會教育普及量子科技 資料來源：Quantum Manifesto，國投證券研究中心 歐

75、盟：大力投入基礎設施，推進量子技術發展。歐盟：大力投入基礎設施，推進量子技術發展。在量子旗艦計劃中，歐盟也通過在量子基礎設施等關鍵領域進行專門的投資，展示量子技術部署，例如，EuroQCI 歐洲量子通信基礎設施部署規劃和 EuroQCS 歐洲量子計算和模擬基礎設施部署規劃。量子通信方面，量子通信方面，通過EuroQCI 進行量子通信基礎設施建設，聯合 27 歐盟成員國和歐洲航天局共同設計、開發和部署最先進的量子通信地面和空天的基礎設施。地面部分依賴于光纖通信網絡，連接國內外戰略站點。同時，空天部分利用衛星形成歐盟新的天基安全通信系統 IRIS。EuroQCI 結合地面和空天能力，旨在建立高度安

76、全可靠的量子通信網絡，并在安全數據傳輸和量子密碼學等領域取得突破。量子計算方面，量子計算方面，EuroQCS 計劃重點推進量子計算和模擬的基礎設施，旨在將量子計算機和模擬器集成到歐洲的超級計算基礎設施中，促進量子模擬和量子計算在各個領域的突破性研究。量子計算機被集成到選定主機上的現有超級計算機中。目前，歐盟的六個站點已被選中托管和運行首批 EuroHPC 量子計算機，包括捷克、德國、西班牙、法國、意大利和波蘭。這些量子計算機將主要供歐洲用戶用于研究和開發，惠及科學界、工業界和公共部門。圖圖10.10.量子旗艦計劃構建歐洲量子生態量子旗艦計劃構建歐洲量子生態 資料來源：Strategic Res

77、earch and Industry Agenda,國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。21 圖圖11.11.歐洲量子技術部署方向歐洲量子技術部署方向 資料來源：Quantum Flagship 官網,國投證券研究中心 歐盟：布局四大研發方向，規劃明確發展路線。歐盟：布局四大研發方向，規劃明確發展路線。歐盟量子旗艦計劃分別規劃了量子通信、量子計算、量子模擬、量子傳感與測量四大領域的短期、中期發展路線。短期來看，在量子通短期來看，在量子通信領域，信領域，歐盟注重開發用例和業務模型，開發光纖、自由空間和衛星鏈路的可信

78、節點網絡功能和互操作性；開發基于衛星的離子密碼術等。在量子計算領域，在量子計算領域，歐盟計劃短期實現容錯用用量子計算機的實用策略，確定具有優勢的算法和用例，啟動更深的算法，與芯片和軟件提供商聯絡，實現量子器件物理、量子位和柵極控制，實現與材料科學、理論物理學等領域合作。在量子模擬領域，在量子模擬領域，歐盟計劃演示特定任務中的優勢，利用量子模擬加快機器學習，提供控制水平和可伸縮性，擴大供應鏈，加強關鍵使能技術的開發等。在量子測量領域，在量子測量領域，歐盟計劃短期建立可靠、高效的供應鏈，進行首次標準化，研發光電集成芯片，使用納米加工等技術進行材料工程研發，建立新傳感器技術的標準等。中期來看，在量子

79、通信領域，中期來看，在量子通信領域，歐盟計劃實現遠距離量子中繼器、至少 20 個量子位的量子網絡節點、在獨立于平臺的軟件中的量子網絡應用程序、與設備無關的 QRNG 和 QKD 等。在在量子計算領域，量子計算領域，歐盟計劃研發具有量子誤差校正和強大量子位的量子處理器、優于傳統計算機的通用門、具有量子優勢的量子算法，建立能夠制造所需技術的制造廠，研究材料、量子器件物理、量子位和柵極控制、量子存儲器、光子學、RF、低溫和超導體電子學、系統工程和器件封裝等。在量子模擬領域，在量子模擬領域，歐盟提出與最終用戶建立緊密聯系，開發更多實際應用，提供更高程度的控制和可編程性的量子模擬器；使用量子模擬器解決化

80、學、復雜量子系統和材料科學中的問題，與企業密切聯系保持投資；開發帶有計算機科學概念的軟件；建立量子模擬和計算相關研究機構與企業之間的合作。在量子測量領域，在量子測量領域，歐盟提出發展技術和材料工程，將量子傳感器推向市場；集成用于儀器自校準的量子測量標準；建立關鍵技術制造廠等。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。22 表表6 6：量子旗艦四大研發領域的未來發展路線量子旗艦四大研發領域的未來發展路線 領域領域 短期發展路線（短期發展路線（20242024-20262026）中期發展路線（中期發展路線（20272027-20302030

81、）量子通信量子通信 1）開發用例和業務模型；2）開發光纖，自由空間和衛星鏈路的可信節點網絡功能和互操作性；3）開發基于衛星的離子密碼術；4）開發標準、量子隨機數發生器（Quantum Random Number Generation,QRNG）和 QKD 的認證方法；5）開發測試套件；6）演示基于衛星通信的關鍵組件；7）標準化 QKD 衛星和地面站組件；8）改進了設備和組件的性能，解決與密碼學和網絡應用相關的參數基準；9）演示基本鏈接、應用程序協議等。1）遠距離量子中繼器；2）至少 20 個量子位的量子網絡節點；3）在獨立于平臺的軟件中的量子網絡應用程序；4）與設備無關的 QRNG 和 QKD

82、；5）使用基于衛星的糾纏；6）開放式開發基于結構，用于教育和吸引未來勞動力；7）建立強大的量子通信供應鏈。量子計算量子計算 1）容錯用用量子計算機的實用策略；2）確定具有優勢的算法和用例；3）啟動更深的算法；4）與芯片和軟件提供商聯絡；5）量子器件物理、量子位和柵極控制；6）與材料科學、理論物理學等領域合作；7）標準等。1）具有量子誤差校正和強大量子位的量子處理器，優于傳統計算機的通用門；2）具有量子優勢的量子算法；3）建立能夠制造所需技術的制造廠，包括集成光子、低溫和超導電子產品；4）支持儀器制造商和軟件公司；5）研究材料、量子器件物理、量子位和柵極控制、量子存儲器、光子學、RF、低溫和超導

83、體電子學、系統工程和器件封裝；6）擴展量子算法套件；7）優化編譯器和編譯庫；8）演示自動化系統控制和調優；9）開發集成工具鏈和模塊庫，集成光學器件、低溫和超導體電子器件；10）協調材料科學、理論和低溫物理學、電氣工程、數學和計算機科學領域研究；11）整合中小企業、大型企業和制造廠；12）和歐盟的基礎設施計劃、大型實驗室和 RTOs 協調開展。量子模擬量子模擬 1）特定任務中的優勢；2）利用量子模擬加快機器學習；3）提供控制水平和可伸縮性；4）與產業互動在復雜研究中應用；5）擴大供應鏈，加強關鍵使能技術的開發；6）認證和基準測試等。1）與最終用戶建立緊密聯系，開發更多實際應用；2）提供更高程度的

84、控制和可編程性的量子模擬器；3）使用量子模擬器解決化學、復雜量子系統和材料科學中的問題，與企業密切聯系保持投資；4）開發帶有計算機科學概念的軟件；5）建立量子模擬和計算相關研究機構與企業之間的合作。量子傳感和量子傳感和計量計量 1）建立可靠、高效的供應鏈，進行首次標準化；2）研發光電集成芯片；3）使用納米加工等材料工程；4）建立新傳感器技術的標準；5）量子電氣標準雛形；6）可移動光學時鐘原型；7）基于人造原子或量子光電系統的可移動電、磁、溫度和壓力傳感器原型；8）量子增強型，超分辨型和/或亞散電噪聲顯微鏡等。1）發展技術和材料工程，將量子傳感器推向市場；2）集成用于儀器自校準的量子測量標準；3

85、)建立關鍵技術制造廠；4）基于生物醫學應用的功能化材料、感應電場和磁場集成原子芯片，制造光電集成芯片實驗平臺；5）量子增強的測量和成像設備；6）商業產品，例如新型磁共振成像磁力計，高性能光學時鐘和原子干涉儀；7）量子傳感器網絡以及增強型量子傳感器網絡。資料來源：Strategic Research and Industry Agenda，Quantum Flagship，國投證券研究中心 歐盟：明確量子技術關鍵績效指標。歐盟：明確量子技術關鍵績效指標。歐盟在量子旗艦計劃中提出 2030 年計劃實現的幾大量子技術關鍵績效指標，包括繁榮與就業、數字自治和技術領先、人民利益、凝聚力與多樣性、量子通信

86、、量子計算、量子模擬、量子傳感與測量、教育和多樣性九大方向。其中，在量子在量子通信領域，通信領域，歐盟提出創建跨領域的量子安全網絡、具有衛星鏈路的互聯光纖網絡，以及利用糾纏性和量子中繼器的遠程量子通信網絡；將歐洲所有國家連接到量子通信網絡；結合后量子密碼學，創建量子安全網絡功能和密鑰分發，用于 IoT、5G、SDN 和關鍵基礎設施，以及利用遠程量子處理器、時鐘和傳感器之間的遠程糾錯量子互聯網應用。在量子計算方面，在量子計算方面，歐盟提出構建至少 1000 個物理量子位的全棧、高度連接、高保真度量子計算機，展示可擴展性能，并能夠在相關的實際用例中超越經典計算機；為科學和技術用戶提供歐洲量子計算基

87、礎設施，以超越當前最好的超級計算機。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。23 在量子模擬方面，在量子模擬方面，歐盟提出構建可編程的歐洲量子模擬器，能夠模擬遠超經典的難以計算的量子或經典系統的可能性；能夠訪問歐洲量子模擬設施，并在相關的實際用例中超越最好的超級計算機。在量子測量方面，在量子測量方面，歐盟提出廣泛部署，使用量子傳感器網絡進行地面和天基的實際演示；可用性方面，工業界要開發量子產品生產和制造設施以及產學研試驗線，以促進產品開發和快速創新；市場準備方面，面向高性能和大眾市場的商業產品，以及基于全球公認的標準和可追溯的量子測量

88、和校準服務，利用量子傳感器擴展產品組合，以應對衛生、運輸、導航和電信探索、科學和氣候挑戰。表表7 7：歐洲量子技術關鍵績效指標梳理（歐洲量子技術關鍵績效指標梳理（20302030）領域領域 關鍵績效指標關鍵績效指標 繁榮和就業 歐洲的量子產業在就業數量和質量/產量/市場份額方面屬于世界前兩大量子科技產業 數字自治和技術領先 不同領域價值鏈的完整性，在核心量子科技產業應用領域擁有領先的知識產權地位 人民利益 為歐洲公民在應用領域帶來突破性的進步，使歐洲公民能夠通過提高認識來充分利用了科技潛力 凝聚力和多樣性 來自不同領域的量子科技跨成員國合作，包括工業、學術界和公共部門項目，以確保凝聚力和多樣性

89、 通信 創建跨領域的量子安全網絡、具有衛星鏈路的互聯光纖網絡，以及利用糾纏性和量子中繼器的遠程量子通信網絡；可訪問性：將歐洲所有國家連接到量子通信網絡；功能：結合后量子密碼學，創建量子安全網絡功能和密鑰分發，用于 IoT、5G、SDN 和關鍵基礎設施，以及利用遠程量子處理器、時鐘和傳感器之間的遠程糾錯量子互聯網應用。計算 能力：構建至少 1000 個物理量子位的全棧、高度連接、高保真度量子計算機，展示可擴展性能，并能夠在相關的實際用例中超越經典計算機?？捎眯裕簽榭茖W和技術用戶提供歐洲量子計算基礎設施，以超越當前最好的超級計算機。模擬 能力：構建可編程的歐洲量子模擬器，能夠模擬遠超經典的難以計算

90、的量子或經典系統的可能性；可用性：能夠訪問歐洲量子模擬設施，并在相關的實際用例中超越最好的超級計算機。傳感和計量學 能力：廣泛部署，使用量子傳感器網絡進行地面和天基的實際演示?？捎眯裕汗I界正在開發自己的量子產品生產和制造設施，以及產學研試驗線，以促進產品開發和快速創新，特別是對初創企業和中小企業。市場準備：面向高性能和大眾市場的商業產品，以及基于全球公認的標準和可追溯的量子測量和校準服務，利用量子傳感器擴展產品組合，以應對衛生、運輸、導航和電信探索、科學和氣候挑戰。教育和多樣性 教育和培訓：在所有教育和技能水平上建立自我維持的泛歐量子技術教育計劃。多樣性和公平性：建立成熟和有效的計劃，以解決

91、、促進和實現泛歐范圍內的包容性和公平性，涵蓋量子技術的所有學術和工業相關層面。資料來源：Strategic Research Agenda&Key Performance Indicators，European Quantum Flagship，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。24 中國：多次強調量子科技關鍵技術前瞻戰略布局，量子科技有望成為未來新質生產力。中國：多次強調量子科技關鍵技術前瞻戰略布局，量子科技有望成為未來新質生產力。自 2006年以來，我國國家相關部委制定了一系列推動量子科技產業發展下相關政策

92、。其中，2021 年12 月，國務院印發的“十四五十四五”國家信息化規劃國家信息化規劃 中明確提到，加強人工智能、量子信息、集成電路、空天信息、類腦計算、神經芯片、DNA 存儲、腦機接口、數字孿生、新型非易失性存儲、硅基光電子、非硅基半導體等關鍵前沿領域的戰略研究和技術融通創新。此外，“十四五十四五”數字經濟發展規劃數字經濟發展規劃中亦明確提出增強關鍵技術創新能力，瞄準傳感器、量子信息、網絡通信、集成電路、關鍵軟件、大數據、人工智能、區塊鏈、新材料等戰略性前瞻性領域，發揮我國社會主義制度優勢、新型舉國體制優勢、超大規模市場優勢，提高數字技術基礎研發能力。20242024 年的政府工作報告中年的

93、政府工作報告中，明確將量子技術列入未來產業，成為新質生產力的重要組成部分。3 月 29 日，國務院國資委國務院國資委遴選確定首批新質生產力的啟航企業名單，重點布局了人工智能、量子信息和生物制藥領域，量子科技再獲重要關注。表表8 8：國內量子科技產業相關政策梳理國內量子科技產業相關政策梳理 年份年份 機構機構 政策政策 具體內容具體內容 2006.2 國務院 國家中長期科學和技術 發展規劃綱要（2006-2020 年）重點研究量子通信量子通信的載體和調控原理及方法，量子計算，電荷-自旋-相位-軌道等關聯規律以及新的量子調控方法，受限小量子體系的新量子效應，人工帶隙材料的宏觀量子效應，量子調控表征

94、和測量的新原理和新技術基礎等。2011.7 科技部 國家“十二五”科技發展規劃 突破光子信息處理、量子通信量子通信、量子計算、太赫茲通信、新型計算系統體系、網構軟件、大量數據處理、智能感知與交互等重點技術，攻克普適服務、人機物交互等核心關鍵技術。研發未來網絡/未來互聯網、下一代廣播電視、衛星移動通信、綠色通道與融合接入、高性能計算與服務環境、高端服務器、大量存儲與服務環境高可信如那件與服務、虛擬現實與智能表達等重大技術系統和戰略產品。2016.3 全國人大 中華共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要 著力構建量子通信和泛在安全物聯網，加快發展合成生物和再生醫學技術，加速開發新一代核電裝備

95、和小型核動力系統、民用核分析與成像，打造未來發展新趨勢。2016.5 國務院 國家創新驅動發展戰略綱要 面向 2030 年在量子通信量子通信、信息網絡、智能制造和機器人、深空深海探測、重點新材料和新能源、腦科學、健康醫療等領域，充分論證，把準方向，明確重點，再部署一批體現國家戰略意圖的重大科技項目和工程。2016.12 國務院“十三五”國家信息規劃 加強量子通信量子通信、未來網絡、類腦計算、人工智能、全息顯示、虛擬現實、大數據認知分析、新型非易失性存儲、無人駕駛交通工具、區塊鏈、基因編輯等新技術基礎研發和前沿布局，構筑新賽道先發主導優勢。加快構筑之智能穿戴設備、高級機器人、智能汽車等新興智能終

96、端產業體系和政策環境。2016.12 信息部 信息通信行業發展規劃（2016-2020 年）發揮互聯網企業創新主體地位和主導作用，以技術創新為突破，帶動移動互聯網、5G、云計算、大數據、物聯網、虛擬現實、人工智能、3D 打印、量子通信等領域核心技術的研發和產業化。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。25 2017.5 科技部、教育部、中國科學院、國家自然科學基金委員會“十三五”國家基礎研究專項規劃 量子通信研究面向多用戶聯網的量子通信關鍵技術和成套設量子通信研究面向多用戶聯網的量子通信關鍵技術和成套設備，率先突破量子保密通信技術，

97、建設超遠距離光纖量子通信備，率先突破量子保密通信技術，建設超遠距離光纖量子通信網，開展星地量子通信系統研究，構建完整的空地一體廣域量網，開展星地量子通信系統研究，構建完整的空地一體廣域量子通信網絡體系，與經典通信網絡實現無縫鏈接。子通信網絡體系，與經典通信網絡實現無縫鏈接。2018.1 國務院 國務院關于全面加強基礎科學研究的若干意見 拓展實施國家重大科技項目，加快實施量子通信與量子計算機、腦科學與類腦研究等“科技創新 2030重大項目”，推動對其他重大基礎前沿和占了必爭領域的前瞻布局。2018.7 中央辦公廳、國務院辦公廳 金融和重要領域密碼應用與創新發展工作規劃（2018 年-2022年）

98、大力推動密碼科技創新促進密碼與量子技術、密碼與量子技術、云計算、大數據、物聯網、人工智能、區塊鏈等新興技術融合創新。2020.1 中央政治局 第二十四次集體學習 量子科技量子科技發展具有重大科學意義和戰略價值，是意向對傳統技術體系產生沖擊，進行重構的重大顛覆性技術創新，將引領新一輪科技革命和產業變革方向。2020.12 科技部 長三角科技創新共同體建設發展規劃 聚焦量子信息量子信息、類腦芯片、物聯網、第三代半導體、新一代人工智能、細胞與免疫治療等領域，努力實現技術群體性突破，支撐相關新興產業集群發展。2021.3 全國人大 中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標

99、綱要 加快布局量子通信量子通信、神經芯片、DNA 存儲等前沿技術，加強信息科學與生命科學、材料等基礎學科的交叉創新，支持數字技術開源社區等創新聯合體發展，完善開源知識產權和法律體系，鼓勵企業開放軟件源代碼、硬件設計和應用程序。2021.1 中共中央、國務院 國家標準化發展綱要 加強關鍵技術領域標準研究。在人工智能、量子信息、量子信息、生物技術等領域，開展標準化研究。2021.12 國務院“十四五”國家信息化規劃 加強人工智能、量子信息、量子信息、集成電路、空天信息、類腦計算、神經芯片、DNA 存儲、腦機接口、數字孿生、新型非易失性存儲、硅基光電子、非硅基半導體等關鍵前沿領域的戰略研究和技術融通

100、創新。2022.1 國務院“十四五”數字經濟發展規劃 增強關鍵技術創新能力。瞄準傳感器、量子信息、量子信息、網絡通信、集成電路、關鍵軟件、大數據、人工智能、區塊鏈、新材料等戰略性前瞻性領域，發揮我國社會主義制度優勢、新型舉國體制優勢、超大規模市場優勢，提高數字技術基礎研發能力。2022.12 中共中央、國務院 擴大內需戰略規劃綱要（2022-2035 年）以需求為導向，增強國家廣域量子保密通信骨干網絡服務能力。在人工智能、量子信息、量子信息、腦科學等前沿領域實施一批前瞻性、戰略性國家重大科技項目。2023.3 國家發改委 橫琴魯澳深度合作區鼓勵類產業目錄 在科技研發與高端制造產業中，包括量子通

101、信量子通信技術等新機理計算機系統開發等。2024.1 工信部、教育部、科技部、交通運輸部、文化和旅游局、國務院國資委、中國科學院 關于推動未來產業創新發展的實施意見 以實施意見為指南，圍繞腦機接口、量子信息量子信息等專業領域制定專項政策文件，形成完備的未來產業政策體系，發揮行業協會等社會組織作用，推廣先進的典型案例，營造推進未來產業發展的良好氛圍。資料來源：ICV2024 量子通信與安全產業發展展望，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。26 1.3.1.3.產業：四大研究領域共創新需求產業：四大研究領域共創新需求

102、 量子信息技術通過對光子、電子和冷原子等微觀粒子系統及其量子態進行精確的人工調控和觀測，借助量子疊加和量子糾纏等獨家物理現象，以經典理論無法實現的方式獲取、傳輸和處理信息。量子信息主要包括量子計算、量子通信、量子測量、抗量子密碼四大研究領域量子信息主要包括量子計算、量子通信、量子測量、抗量子密碼四大研究領域。1 1）量子計算：）量子計算：基于量子力學的新型計算方式，利用量子疊加和糾纏等物理特性，以微觀粒子構成的量子比特為基本單元，通過量子態的受控煙花實現計算處理。隨著量子比特數量增加，量子計算算力可呈指數級規模拓展，理論上具有經典計算無法比擬的巨大信息攜帶和超強并行處理能力、以及攻克經典計算無

103、解難題的巨大潛力。2 2）量子通信：）量子通信：利用量子相干疊加、量子糾纏效應進行信息傳輸的一種新型通信技術，由量子論和信息論相結合而產生。從物理學角度看，量子通信是在物理極限原理下完成的高性能通信，從物理原理上確保通信的絕對安全，解決了通信技術無法解決的問題，是一種全新的通信方式。從信息學角度看，量子通信是利用量子不可克隆或者量子隱形傳輸等量子特性，借助量子測量的方法實現兩地之間的信息數據傳輸。量子通信中傳輸的不是經典信息，而是量子態攜帶的量子信息，是未來通信技術的重要發展方向。3 3）量子測量：）量子測量：以量子力學為基礎理論的，采用粒子能級躍遷、量子糾纏、量子相干等技術原理對微觀粒子，如

104、原子、光子等量子態制備、測量和讀取，實現對物理參數如磁場、頻率、電場、時間、長度等物理參數的高準確度精密測量。量子精密測量能夠消除宏觀實物基準各種參數不穩定所產生的影響，在待測物理量上可以獲得前所未有的測量準確度，可以獲得比實物基準高幾個數量級的穩定性和準確度。4 4）抗量子密碼：）抗量子密碼：為了解決量子計算機對傳統加密算法威脅的產物。其目標是設計新的密碼學算法，能夠在量子計算機的影響下依然保持高度安全性。這種新型密碼學研究了在量子計算背景下仍然難解的數學難題，以及基于這些難題構建的新型加密算法。圖圖12.12.量子科技產業分類量子科技產業分類 資料來源：MckinseyQuantum Te

105、chnology Monitor，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。27 四大領域研究與應用探索發展迅速，前景可期。四大領域研究與應用探索發展迅速，前景可期。量子科技作為前沿科技領域，其研究與應用探索正以前所未有的速度發展，展現出廣闊的前景。量子計算利用量子比特的疊加態和糾纏態進行計算，有望解決傳統計算機難以處理的復雜問題，未來可能在藥物發現、材料科學、優化問題等領域實現重大突破。量子通信利用量子糾纏和量子密鑰分發實現安全、高效的信息傳輸，未來目標是構建全球性的量子互聯網，實現絕對安全的信息傳輸。量子測量利用量

106、子系統的超高靈敏度，能夠進行精密測量，未來將在精密工程、時間標準、物理常數測定等方面發揮更加關鍵的作用?？沽孔用艽a旨在開發新的加密算法，確保在量子計算機時代的信息安全，將成為網絡安全的新基石?？偟膩砜?，量子科技在多個細分領域都取得了顯著進展，總的來看，量子科技在多個細分領域都取得了顯著進展，其發展速度和應用潛力表明，量子科技將成為未來科技革命和產業變革的重要驅動力。其發展速度和應用潛力表明，量子科技將成為未來科技革命和產業變革的重要驅動力。圖圖13.13.量子信息四大領域的原理特性，發展定位及應用場景量子信息四大領域的原理特性，發展定位及應用場景 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用研究報告

107、 2020，國投證券研究中心 量子計算：量子計算：20232023 年產業規模達到年產業規模達到 4747 億美元，預計億美元，預計 20352035 年總市場規模有望達到年總市場規模有望達到 81178117 億美元。億美元。根據 ICV 的報告，2023 年全球量子計算產業規模達到 47 億美元，2023 至 2028 年的年平均增長率（CAGR）達到 44.8%，有望實現高速增長。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

108、應用，到 2035 年總市場規模有望達到 8117 億美元。我們認為量子計算作為新型的算力形態和模式，有望為社會帶我們認為量子計算作為新型的算力形態和模式，有望為社會帶來顛覆式創新，創造出許多新的應用需求，從而打開新的廣闊市場空間，是量子科技領域最來顛覆式創新，創造出許多新的應用需求，從而打開新的廣闊市場空間，是量子科技領域最值得關注的研發方向。值得關注的研發方向。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。28 圖圖14.14.全球量子計算產業規模（全球量子計算產業規模（20212021-20352035）（單位：十億美元）（單位：十億

109、美元）資料來源：ICV2024 全球量子計算產業發展展望，國投證券研究中心 量子計算：上游產業規模顯著增長，預計量子計算：上游產業規模顯著增長，預計 20352035 年達千億美元。年達千億美元。從產業鏈來看，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。上游來看，量子比特環境量子比特環境市場規模的高速增長表明，在量子計算的演進中，提供穩定、可控的環境成為至關重要的因素。技術的不斷進步推動了對量子比特環境的不斷增加的需求，包括低溫環境、低噪聲等，因此投入在創造適宜的量子比特環境上不斷增加。與此同時，量子

110、比特測量與控制系統量子比特測量與控制系統市場規模增長有望實現較快增長，預計從 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，跨越了 3 個數量級。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，帶來龐大的市場需求。同樣，量子芯片量子芯片市場規模到 2030 年以及 2035 年均有指數級別的增長。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，推動了市場規模的顯

111、著增長。圖圖15.15.全球量子計算上游產業規模（全球量子計算上游產業規模（2030&20352030&2035）（單位：十億美元）（單位：十億美元）資料來源：ICV2024 全球量子計算產業發展展望，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。29 量子計算：多種下游應用并駕齊驅，金融行業需求旺盛。量子計算：多種下游應用并駕齊驅，金融行業需求旺盛。從下游應用來看，根據 ICV 的報告，2035 年金融領域的應用市場份額有望達到 51.90%，主要源于金融行業對量子計算技術的深刻認可，特別是在風險管理、投資組合優化等方面

112、的應用。量子計算的強大計算能力賦予其在解決金融難題上的優越性能，這使得金融領域有望對量子計算需求快速上升，市場份額得以快速擴大。排名二至五的應用方向還包括醫藥、化工、物流和安全等。排名二至五的應用方向還包括醫藥、化工、物流和安全等。此外，人工智能、量超融合、機人工智能、量超融合、機群架構等因素同樣對市場產生了深刻影響。群架構等因素同樣對市場產生了深刻影響。金融、醫藥等行業在人工智能算法的發展中尋求更強大的計算能力，而量子計算的崛起為其提供了更為強大的計算工具，有望部分替代傳統的計算機方案，從而在市場格局中產生了深遠的變革。這一多元因素的綜合影響使得全球量子計算市場將在 2035 年呈現出多層次

113、的發展格局。圖圖16.16.全球量子計算下游應用占比全球量子計算下游應用占比 資料來源：ICV2024 全球量子計算產業發展展望，國投證券研究中心 量子計算：對解決多種問題具顛覆式影響，金融與生命科學有望成為最具價值下游應用。量子計算：對解決多種問題具顛覆式影響，金融與生命科學有望成為最具價值下游應用。從金融、生命科學、航天與國防、化工、交通物流、自動化與裝配、電氣與天然氣這七大潛在的量子計算下游應用場景來看，量子計算技術對金融行業在分解問題、最優求解問題、量子模擬語言和人工智能、采樣與檢索等多個問題類型表現出了顛覆性的影響，同時量子計算技術對生命科學領域的量子模擬和最優求解問題上也表現出了顛

114、覆性的影響。因此，從長遠來看，金融和生命科學領域有望成為最具價值的量子計算領域下游應用場景。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。30 圖圖17.17.全球量子計算下游應用未來價值展望全球量子計算下游應用未來價值展望 資料來源：MckinseyQuantum Technology Monitor 2023，國投證券研究中心 量子通信：產業規模預計超百億，主要聚焦于中游設備。量子通信：產業規模預計超百億，主要聚焦于中游設備。根據 ICV 預測，2021 年，全球量子通信市場規模約為 23 億美元，預計到 2025 年增長到 153 億

115、美元，到 2030 年，增長到 421 億美元。從產業鏈來看，量子通信市場規模集中度主要聚焦于中游。圖圖18.18.全球量子通信市場規模預測（全球量子通信市場規模預測（20212021-20302030）資料來源：ICV2022 年全球量子通信產業發展報告，國投證券研究中心 25%21%15%65%59%57%10%20%28%0%20%40%60%80%100%202120252030上游中游下游2323億美元億美元153153億美元億美元421421億美元億美元行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。31 量子測量：市場規模穩步增

116、長，未來規模有望超十億美元。量子測量：市場規模穩步增長，未來規模有望超十億美元。根據 ICV 預測，2022 年全球量子精密測量市場規模約為 9.5 億美元，預計到 2029 年，市場規模增長到 13.48 億美元，2022-2029年復合增長率約為 5.1%。圖圖19.19.全球量子精密測量市場規模預測（全球量子精密測量市場規模預測（20192019-2029E2029E）（單位：百萬美元）（單位：百萬美元）資料來源：ICV2022 年全球量子通信產業發展報告，國投證券研究中心 量子測量：重點應用聚焦四大領域，近半為時間與頻率的測量需求。量子測量：重點應用聚焦四大領域，近半為時間與頻率的測量

117、需求。根據 ICV 報告，2022年，量子時鐘市場規模約為4.4億美元，占比最高（46.3%），2022-2029年復合增長率約為4.9%；其次為量子磁測量，市場規模約為 2.5 億美元，2022-2029 年復合增長率為 6.2%；然后為量子科研和工業儀器，市場規模約為 2 億美元，2022-2029 年復合增長率約為 4.4%；最后為量子重力測量，市場規模約為 0.6 億美元，2022-2029 年復合增長率約為 5.4%。圖圖20.20.全球量子精密測量市場份額預測（按產品技術領域劃分）全球量子精密測量市場份額預測（按產品技術領域劃分）資料來源：ICV2022 年量子測量產業發展報告，國

118、投證券研究中心 8459131082134802004006008001000120014001600201920202021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。32 抗量子密碼：產業處于初期階段，未來有望加速發展?？沽孔用艽a：產業處于初期階段，未來有望加速發展。PQC 市場增長與 PQC 標準化進程及量子計算機的實用化有較大關聯。2023 年，PQC 產業規模仍處在初期成長階段，約為 1 億美元。根據 NIST 的 PQC 標準化工作

119、預計完成的時間點來估計，預計 2024 年后，行業將加速發展，到 2030 年，全球 PQC 產業規模將達到 86 億美元。圖圖21.21.全球抗量子密碼產業規模預測（全球抗量子密碼產業規模預測（20232023-2030E2030E，單位：十億美元），單位：十億美元）資料來源：ICV2024 量子通信與安全產業發展展望，國投證券研究中心 論文和專利分析：量子信息四大領域科研技術創新持續活躍。論文和專利分析：量子信息四大領域科研技術創新持續活躍。近十年，量子信息科學研究和技術創新保持快速發展趨勢，量子計算、量子通信、量子測量、后量子加密等領域科研論文和專利申請數量逐年遞增。論文方面，量子計算是

120、最大熱點，論文數量增速明顯加快，近年來超過其他領域總和，量子通信和量子測量保持平穩增長，PQC 從 2016 年起逐步成為研究熱點，2023 年有 340 余篇相關論文。專利方面，量子通信專利的增長趨勢較為穩定，量子計算專利申請在 2019 年超過量子通信并持續保持快速增長，PQC 專利近年來快速增長，2023年數量預計將達到 200 項。圖圖22.22.全球量子信息科研論文數量年度變化趨勢全球量子信息科研論文數量年度變化趨勢 圖圖23.23.全球量子信息專利申請數量年度變化趨勢全球量子信息專利申請數量年度變化趨勢 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 資料來源：

121、信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。33 論文和專利分析：中美位于技術研發前列，我國量子通信領域研發實力領先。論文和專利分析：中美位于技術研發前列，我國量子通信領域研發實力領先。分國家來看，在量子信息各領域科研論文數量前十位中，中美占據前兩位，在科研輸出方面表現突出，量子通信我國論文數量遠超其他國家；但從論文被引頻次來看，我國與歐美相比仍有一定差距，高水平論文數量有待提升。圖圖24.24.量子計算領域科研論文數量前十位國家情況量子計算領域科研論文數量前十位國家情況 圖圖25

122、.25.量子通信領域科研論文數量前十位國家情況量子通信領域科研論文數量前十位國家情況 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 圖圖26.26.量子測量領域科研論文數量前十位國家情況量子測量領域科研論文數量前十位國家情況 圖圖27.27.后量子加密領域科研論文數量前十位國家情況后量子加密領域科研論文數量前十位國家情況 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 論文和專利分析：超導路線為量子計算主流方案，量子密

123、鑰分發為目前量子通信主流方案。論文和專利分析：超導路線為量子計算主流方案，量子密鑰分發為目前量子通信主流方案。從技術方向上看，在量子計算硬件技術路線中，超導路線專利數量占比超過 50%，光量子和中性原子路線技術創新熱度高于離子阱和硅半導體；量子通信領域中，量子密鑰分發技術專利占比超過 70%，器件、設備等系統研發類專利數量眾多，量子信息網絡技術成熟度不足，相關專利尚未大量涌現；量子測量領域中，以原子鐘為代表的時頻基準方向專利占比接近50%，是技術創新與應用主力，磁場測量和慣性測量方向也有較多創新成果積累。0 010102020303040400 010001000200020003000300

124、0400040005000500060006000發文量發文量篇均被引頻次篇均被引頻次0 010102020303040400 01000100020002000300030004000400050005000發文量發文量篇均被引頻次篇均被引頻次0 010102020303040400 050050010001000150015002000200025002500發文量發文量篇均被引頻次篇均被引頻次0 01010202030300 05050100100150150200200250250300300350350發文量發文量篇均被引頻次篇均被引頻次行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告

125、版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。34 圖圖28.28.量子信息領域不同技術方向專利數量對比量子信息領域不同技術方向專利數量對比 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 論文和專利分析：中美均論文和專利分析：中美均處于量子科技領先水平，在不同領域各具優勢。處于量子科技領先水平，在不同領域各具優勢。全球各國量子信息領域的專利申請占比情況來看，量子計算領域，量子計算領域，美國技術創新活躍，專利申請占比達到 56%，中國位居第二，專利申請數量占比達到 26%；在量子通信和量子測量領域，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

126、 24%和 32%。圖圖29.29.量子信息三大領域各國專利申請占比情況（截至量子信息三大領域各國專利申請占比情況（截至 20222022 年年 9 9 月）月）資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2022，國投證券研究中心 企業分析：量子科技企業數量持續增多，支撐未來產業化落地。企業分析：量子科技企業數量持續增多，支撐未來產業化落地。根據信通院的報告，截至 2023年 9 月，四大研發領域的全球相關科技企業、初創公司、行業應用企業等共 552 家，其中量子計算相關企業 278 家，占比超過 50%，凸顯出量子計算是全球技術產業競爭的關注焦點。全球量子測量和量子通信企業數量均在百家左右，占

127、比約為 20%。隨著 PQC 算法評選和標準制定進程的逐步明朗，PQC 相關企業數量達到 63 家。圖圖30.30.量子信息全球企業量子信息全球企業 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。35 企業分析：量子計算企業聚集歐美，量子通信企業國內占優。企業分析：量子計算企業聚集歐美，量子通信企業國內占優。從不同領域看，量子計算領域，量子計算領域，歐美地區企業聚集度最高，共有 175 家，全球占比超過 60%，反映出美國和歐洲是量子計算產業生態活躍地區，中國量子計算領域相

128、關企業共有 35 家，不及美國一半。量子量子通信通信領域領域，中國企業數量最多，共有 42 家，美國僅有 13 家，歐洲有 27 家，側面反映出不同國家和地區在量子通信領域，主要是進入初步實用化階段的量子密鑰分發和量子保密通信的投資和推動力度差異。量子測量領域量子測量領域，歐美企業數量最多，共有 80 家，全球占比超過 60%，中國量子測量相關企業共 22 家，約為美國的一半。PQC 領域歐美平分秋色，共有相關企業 47 家，中國 PQC 企業數量僅 4 家，數量差距明顯，未來 PQC 產業中國仍有待進一步發力。圖圖31.31.量子信息各領域企業數量量子信息各領域企業數量 資料來源：信通院量子

129、信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 企業分析：從具體企業的國籍分布來看，企業分析：從具體企業的國籍分布來看，美國共有 158 家量子信息相關企業，全球占比超過四分之一。其中，谷歌、IBM、英特爾等科技企業已經成為量子計算領域業界標桿，IonQ、Quantinuum、PsiQ、AOSense 等初創企業創新驅動能力突出，在量子信息技術產業中擁有較為明顯的先發優勢。中國量子信息相關企業共 103 家。全球量子信息領域企業數量較多的國家還有加拿大、英國、德國、法國、日本、荷蘭等，在未來技術產業發展中也擁有較強競爭力。圖圖32.32.量子信息企業國家分布情況量子信息企業國家分布情況 資料來

130、源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 0 02020404060608080100100量子計算量子計算量子通信量子通信量子測量量子測量PQCPQC中國中國美國美國歐洲歐洲行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。36 企業分析：產業鏈逐漸成型，依托產業聯盟推動發展。企業分析：產業鏈逐漸成型，依托產業聯盟推動發展。量子計算目前仍處于應用和產業探索的初期，但氣象、金融、石油化工、材料科學、生物醫學、航空航天、汽車交通、圖像識別等眾多行業已開始關注和重視到其中的巨大發展潛力，開始于科技企業和初創企業合作探索，生態鏈不

131、斷壯大。其中，不同類型的產業聯盟在量子計算生態建設中起到了巨大的推動作用。IBM 發起 Q Network 聯盟，全球超過 100 家組織、160 個國家、20 萬名用戶使用其量子計算云服務，探索在人工智能、金融、智慧交通、生物醫藥、航天航空等的應用。微軟成立“微軟量子網絡”和“西北量子聯盟”，成員包括數十家企業及研究機構。加拿大成立了量子產業部（QIC），聚集了量子領域的 24 家公司，向全球的量子技術生態系統、人才和投資者宣傳加拿大的量子準備，同時在省政府和聯邦政府合作，從戰略上支持量子技術之一新興產業的發展。在產業配套設施設備供應鏈方面，精密機械、低溫平臺、真空室、微波器件、光學組件及系

132、統等產業基礎配套不斷完善，既有 Janis Research 等老牌企業提供已有工業基礎平臺的共享，也有 ColdQuanta、Qblox 和 Quantum Microwave 當新興企業推動助力發展。目前，目前，全球已有百余家量子計算初創企業，地域分布以美國、歐洲和加拿大最為密集，覆蓋量子計全球已有百余家量子計算初創企業，地域分布以美國、歐洲和加拿大最為密集，覆蓋量子計算技術棧的各個層級。算技術棧的各個層級。國際方面，國際方面，國際科技巨頭在量子計算領域競爭激烈，是推動量子計算技術與應用加速發展的主要動力。IBM、Google、Microsoft、Intel、Honeywell、Amazo

133、n 等美國科技巨頭均已進軍量子計算領域，具備資金投入雄厚、工程技術成熟、軟件能力突出、云計算資源豐富等優勢，開展包括量子計算硬件、軟件算法、云服務及應用服務在內的全套研發。國內方面，國內方面，中國量子科技企業的發展格局主要由運營商、國盾量子、本源量子、研究院所和中國量子科技企業的發展格局主要由運營商、國盾量子、本源量子、研究院所和高校構成高校構成。其中，運營商在量子通信領域發揮著重要作用，積極推動量子密鑰分發等技術的應用和發展；國盾量子作為國內量子通信領域的領軍企業，不斷突破關鍵技術，為我國量子通信產業提供有力支撐；本源量子則在量子計算機領域進行前瞻布局，在量子處理器硬件、開源軟件平臺和量子計

134、算云服務等方面進行探索。此外，各大研究院所和高校在量子科技研究方面取得了一系列重要進展，為我國量子科技的發展提供了源源不斷的創新動力?？傮w來總體來看，我國量子科技企業格局呈現出多元化、協同發展的良好態勢?？?，我國量子科技企業格局呈現出多元化、協同發展的良好態勢。圖圖33.33.量子計算領域科技公司和初創企業分布量子計算領域科技公司和初創企業分布 資料來源：GQI 量子計算報告，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。37 投融資：事件及金額雙增長，量子信息產業廠商不斷孵化。從投融資事件數量來看，投融資：事件及金額雙增

135、長，量子信息產業廠商不斷孵化。從投融資事件數量來看，根據信通院的報告，2017 年起企業投融資事件數量開始出現明顯增長，與企業數量爆發式增長的時間趨勢吻合。大量初創企業獲得政府的贈與投資（Grant）和不同輪次的股權融資等風險投資。美國 DOE、NSF 和國防部（DOD）等政府部門的合同贈予投資占比較高，從 2018 年開始，每年都有約 20 筆贈予，占全部投融資數量 20%左右。風險投資中，種子輪和 A 輪占比最高，合計每年約占整體投融資事件數量的 40%50%，孵化器數量也在逐漸增加?？梢钥闯?，資本市場對量子信息領域關注度持續提升，但大多數企業仍處于早期投資階段。表表9 9：全球量子信息初

136、創企業十大融資事件（金額降序）全球量子信息初創企業十大融資事件（金額降序）公司公司 國家國家 技術領域技術領域 融資額（億美元）融資額（億美元）時間時間 SandboxAQ 美國 量子軟件/PQC 5.00 2022 PsiQuantum 美國 量子計算 4.50 2021 IonQ 美國 量子計算 3.50 2021 Regetti Computing 美國 量子計算 3.45 2022 Arqit 英國 量子通信 3.45 2021 IonQ 美國 量子計算 3.00 2021 Quantinuum 英國 量子計算 3.00 2021 D-Wave Systems 加拿大 量子計算 3.0

137、0 2022 PsiQuantum 美國 量子計算 2.30 2020 本源量子 中國 量子計算 1.45 2022 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 從投融資金額規?？?，從投融資金額規?？?，過去 5 年資本市場對量子信息領域企業的投資同樣經歷了一輪爆發式增長，2021 年和 2022 年均超過 20 億元量級，超過過去十年總和。近兩年來，量子信息初創企業獲得的投融資數量和金額開始出現一定回落，一方面是全球疫情、經濟衰退和美元加息等宏觀層面影響，另一方面也有量子計算等初創企業技術產品和投資收益未達市場預期等具體原因。圖圖34.34.量子信息領域企業投融資事件數

138、量與金額變化趨勢量子信息領域企業投融資事件數量與金額變化趨勢 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用 2023，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。38 2.2.量子計算：算力產業量子計算：算力產業的顛覆式創新，未來科技的鋒利之矛的顛覆式創新，未來科技的鋒利之矛 2.1.2.1.量子計算原理：量子比特實現量子優越性量子計算原理：量子比特實現量子優越性 量子比特利用量子疊加態原理實現處理信息量的指數級增長。量子比特利用量子疊加態原理實現處理信息量的指數級增長。經典計算機中最基本的單位被稱為經典比特，經典比特擁有兩種

139、互斥狀態“”，“”，在任意時刻只能處于其中任一狀態。與之對應的量子計算機中基本單位被稱為量子比特（quantum bit），它可以處于由兩個基態|0，|1線性組合的任意疊加態。量子計算利用量子疊加與糾纏性質，其優勢體現在量子并行性與本身的可逆過程中。量子并行性提供了量子計算巨大的計算潛力。量子并行性提供了量子計算巨大的計算潛力。當 N 個比特參與運算時，經典計算機參與運算的信息為 2N 個信息中的一個，量子計算時由于量子疊加性原理,其參與運算的態可以為 2N個。即經典計算處理信息的能力隨著 N 的增加是線性增長的，量子計算隨著 N 的增加處理能力是指數增長的。量子計算可逆過程代表量子計算過程隨

140、著比特數目和門數目的增加不會產生像經典計算發量子計算可逆過程代表量子計算過程隨著比特數目和門數目的增加不會產生像經典計算發熱的問題。熱的問題。邏輯不可逆的過程對應著物理態自由度減少的過程，必然導致能量耗散。經典計算的很多門操作是邏輯不可逆過程，比如與非門，異或門等。在計算過程中必然帶來計算信息自由度的減小，也就帶來發熱問題。隨著計算力的增加，散熱問題也是現在經典計算機不得不面對的問題。因為量子計算的門操作都是量子力學中的厄密操作其都是可逆的，所以理論上計算的過程不會產生發熱問題。圖圖35.35.經典比特和量子比特的區別經典比特和量子比特的區別 資料來源：Quantum computation

141、and quantum information.Cambridge University Press，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。39 單個量子比特可以直觀的由布洛赫球面上的一個向量來表征。單個量子比特可以直觀的由布洛赫球面上的一個向量來表征。布洛赫球模型最初是由德國理論物理學家費里布洛赫（Felix Bloch）在 1929 年提出來的。布洛赫球是一種用于描述量子比特（quantum bit，或簡稱 qubit）狀態的圖形化工具。在布洛赫球上，兩個計算基態分別位于球面的北極點和南極點，而一個單量子比特的

142、狀態可以用一個點表示，這個點的位置和方向對應著量子比特的狀態。圖圖36.36.用布洛赫球表示的量子比特用布洛赫球表示的量子比特 資料來源：Qubits.top，國投證券研究中心 量子邏輯門通過操控量子比特的狀態，實現通用邏輯門運算。量子邏輯門通過操控量子比特的狀態，實現通用邏輯門運算。經典計算中有許多邏輯門：例如與門、或門、非門、與非門、或非門等等。每一種邏輯門完成一項簡單的邏輯運算，但是它們的各種組合，便能夠完成各種復雜的計算。量子計算中也有各種“量子邏輯門”，與經典邏輯門相對應。量子邏輯門的作用是將 Qubit 從一個狀態變成另一個狀態?？梢杂?2 維矩陣代數的語言來描述疊加態（Qubit

143、）的變化。量子比特是布洛赫球面上一個矢量，Qubit 狀態的演化，就是布洛赫球面上矢量的旋轉。旋轉是由用幺正（酉）矩陣表示的“量子邏輯門”引起的。矩陣（量子門）作用在矢量上，將 Qubit 的狀態變成新的狀態。許多量子門連在一起，量子計算便如此一步一步進行下去。所有 Qubit 的最后狀態，便是計算得到的最后結果。圖圖37.37.幾種量子邏輯門的矩陣和布洛赫球表示幾種量子邏輯門的矩陣和布洛赫球表示 資料來源：墨子沙龍，國投證券研究中心 例如，最簡單的量子門是量子非門（上圖最左邊的 X 門），類似于經典非門，實現 0、1 互換，量子非門實現|0|1或|1|0，另一個重要的量子門是 H 門（Had

144、amard 門），它的作用是使基態變成疊加態：|0|0+|1，這樣才有可能進行量子計算。除此之外，還有雙比特的邏輯門如受控非門（CNOT 門）、三比特的邏輯門如托佛利門（CCNOT 門）等等。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。40 量子比特和量子邏輯門組成量子邏輯電路。量子比特和量子邏輯門組成量子邏輯電路。量子電路是用于量子計算的模型，是執行量子位狀態的傳送之路，但量子電路圖只是貌似經典的電路圖，實際上完全不同于傳統電路，例如：實線并不一定是物理電纜。量子電路的目的只是定義事件的時間順序：水平軸是時間，左邊開始右邊結束。量子門的

145、時間順序會對量子位的最終狀態產生重大影響。類似經典電路，計算是一系列的量子門，但測量是經典電路沒有的量子操作。多個量子電路結合，就構成了量子計算機，可以實現通用計算。圖圖38.38.簡單的量子電路實例簡單的量子電路實例 資料來源：墨子沙龍，國投證券研究中心 接下來我們以接下來我們以 DeutschDeutsch-JozsaJozsa 算法為例，來看一下量子計算在特定算法場景下的優越性。算法為例，來看一下量子計算在特定算法場景下的優越性。Deutsch 算法主要想解決以下的數學問題：x 是由 0 或 1 組成的任意 n 位二進制數（例如 n=3的 011，n=7 的 1010011 等），f(x

146、)是一個常值函數（f(x)=0 或者 f(x)=1）或者是一個平衡函數（50%情況 f(x)=0，50%情況 f(x)=1），如何進行最少次數的計算，來確定 f(x)是常值函數還是平衡函數。經典計算機情況下經典計算機情況下，n 位二進制最多表示 2n 個數字，因為需要嘗試(2n)/2+1 次計算，才能在比 50%多一次的情況下，判斷函數 f(x)是常值函數還是平衡函數。而量子計算量子計算機下機下，只需要做一次嘗試，就可以做出準確判斷，為此我們需要構建以下的量子邏輯門電路：圖圖39.39.DeutschDeutsch-JozsaJozsa 算法的量子電路算法的量子電路 資料來源：Deutsch-

147、Jozsa algorithms quantum circuit，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。41 在 這 個 量 子 線 路 中，H門 先 把 低 位 的n個 量 子 比 特|0n演 化 為 了210|0|11|22nnnxx=+=，這樣所有可能的態|,0.0,0.1,.1.1x x=就疊加在一起了。最高位量子比特把|1演化為|0|12，和低位的 n 個量子比特一起，得到：21101|0|1|22nnxx=將其進入Uf矩陣進行運算。按照Uf矩陣的運算規則，如果()0f x=，則高位量子態不變，如果()1

148、f x=，則高位量子態取反，演化為|1|02。綜合而言，最高位量子態在經過Uf之后會演化為()|0|1(1)2f x，而低位的 n 個量子比特保持不變，因此得到：2121()()200|0|111|0|1|(1)|(1)|2222nnf xf xnnxxxx=對該量子態低處的n位做H門操作，也就是除了最高位以外，其他位的|0要演化為|0|12+，|1要演化為|0|12。對于任意|0和|1張成的|x，每一位都經過 H 門之后，會變成210|0|1|0|1|0|11.(1)|2222nx znzz=，其中x z 代表兩個二進制數按位與。從上式可以看出，只有當,x z同時取 1 的時候，才會有一個-

149、1 的系數。因此，最后 n+1 個量子比特的量子態表示為：2121()3001|0|1|(1)|22nnx zf xnxzz+=接下來只要對低位的 n 個量子比特進行測量，如果()(),0,1f xa a=是常值函數，則全0 量子態|000的系數為2100()01(1)(1)2nf xanx+=，無論a取 0 還是 1，系數的平方為 1，即對 n 為量子比特的測量，最后會坍縮為 100%的測出量子態|000。如果()fx是平衡函數，量子態|000的系數會由于()fx取0和1的等可能性而互相抵消，從而振幅平方為0，即不可能測出|000這個量子態。因此，我們只需要測量低位量子態是否為全 0 的|0

150、00，若是則為常值函數，若不是則為平衡函數，從而通過通過 1 1 次函數運算，實現經典計算機次函數運算，實現經典計算機 2n2n 運算，實現量子計算機指數級加速運算，實現量子計算機指數級加速。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。42 ShorShor 算力利用量子糾纏和干涉的原理，實現對密碼破解的指數級加速。算力利用量子糾纏和干涉的原理，實現對密碼破解的指數級加速。另一種具備量子計算優越性的算法，就是 1994 年由 Peter Shor 提出的 Shor 算法。Shor 算法主要用于解決找出一個給定整數 N 的質因數的問題即整數

151、分解問題，通過量子計算機實現 Shor 算法，可以將整數的質因數分解問題計算復雜度，從經典計算機的()nO n下降到()O n，實現指數級加速。Shor 算法所解決的問題為設一個很大的奇數 N，N 為兩個質數 n1 和 n2 的乘積，現在已知 N求 n1 和 n2。主要計算步驟如下主要計算步驟如下：1）選擇任意數字 a；2）計算 a 和 N 的最大公約數 gcd(a,N)。3）若 gcd(a,N)1 程序結束；4）否則，利用量子計算來周期查找函數 f(x)=ax mod N 的周期 r，也就是能夠使得 f(x+r)=f(x)；5）若 r 是奇數，回到第一步；6.）若 ar/2=-1(mod N

152、)，回到第一步。7）否則，計算 gcd(ar/2+1,N)與 gcd(ar/2-1,N)，他們至少有一個是 N 的因數。ShorShor 算法將求解質因數分解問題，轉換為求解余數周期的問題，而這一問題又可以通過量子算法將求解質因數分解問題，轉換為求解余數周期的問題，而這一問題又可以通過量子計算機來實現加速。計算機來實現加速。如下是查找函數 f(x)=ax mod N 的周期所構建的量子電路，首先我們構造兩個量子寄存器 1 和 2，對寄存器 1 利用 H 門來形成疊加態的量子比特，然后利用量子的并行性，對所有的 f(x)同時進行求余數的計算，再利用量子的糾纏態，對寄存器 2 進行一次投影測量。此

153、時由于糾纏的特性，周期信息被包含在了寄存器 1 的量子比特中。我們利用量子相干性，對寄存器 1 中的量子比特再做一次量子傅里葉逆變換（QFT），變換后量子比特中包含的周期信息轉移到比特前的系數上，從而使得我們需要獲取的量子比特值前的系數（即測量概率）會變大，而不需要的量子比特前的值會變?。ㄉ踔翞?0）。對于變換后的寄存器 1再做一次測量，將測得的量子比特值通過連分數的計算，就可以得出函數的周期 r。圖圖40.40.ShorShor 算法的量子電路算法的量子電路 資料來源：Algorithms for quantum computation:discrete logarithms and fac

154、toring，國投證券研究中心 ShorShor 算法實現密碼破解的指數級算法實現密碼破解的指數級加速，為量子計算機打開了應用空間。加速，為量子計算機打開了應用空間。2019 年 Craig Gidney等發表論文How to factor 2048 bit RSA integers in 8 hours using 20 million noisy qubits，提出用表面碼編碼形成的容錯量子計算，結合 Shor 算法以及近些年再此基礎上的優化方法，可以在 20 萬個錯誤率在 0.1%的量子物理比特上在 8 個小時內破解 2048 位的 RSA 密碼。隨著評估解決算法的持續進步，也有人提出了

155、可以優化實現的方法可以進一步減小物理量子比特的數量。因此我們認為 Shor 算法的落地已經在未來可見的時間內，為量子計算的商用典型了算法基礎。量子比特的物理實現依賴于一個服從量子力學基本原理的二能級系統，技術路徑仍未量子比特的物理實現依賴于一個服從量子力學基本原理的二能級系統，技術路徑仍未收斂。收斂。類似于經典計算機中使用二進制編碼處理和保存信息，其中比特是信息的最小單元，量子計算機中，量子比特替代比特作為存儲信息的最小單元。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。43 但不同于經典計算機中，物理實現路徑已收斂至，通過外端輸入的電壓信

156、號對晶體管進行開關控制從而實現 0 和 1 的轉變，量子計算機目前仍處于早期發展階段，物理實現方案眾多，包括但不限于離子阱、光量子、核磁共振、超導電路等，但其本質均旨在構建一個服從量子力學基本原理的二能級系統，例如離子的能級、光子的偏振、原子核的自旋、超導電路的電磁場能量等。圖圖41.41.量子計算機的不同物理實現方案量子計算機的不同物理實現方案 資料來源：超導多比特電路的量子操控和量子多體物理研究郭秋江，國投證券研究中心 超導量子計算成為主流物理實現方案，理論基礎是宏超導量子計算成為主流物理實現方案，理論基礎是宏觀量子現象觀量子現象。盡管學界對最終哪一種物理體系能夠率先實現通用量子計算尚未形

157、成統一意見，但是超導量子計算長期被寄予厚望，因此我們以超導量子計算為例，看量子比特的物理實現。對于 BCS 超導體，當溫度低于超導臨界溫度時，電子之間通過電聲子相互作用形成庫伯對，此時在外加電場的作用下，盡管存在大量的庫珀對電子的運動，但與經典過程不同的是，他們運動的“步調一致”、相位相干。因此，這種大量庫珀對電子的集體運動行為可以用單個波函數來描述，呈現出宏觀量子現象，即該電路可以用量子電動力學來描述。圖圖42.42.經典電流示意圖和超導電流示意圖經典電流示意圖和超導電流示意圖 資料來源：超導多比特電路的量子操控和量子多體物理研究郭秋江，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算

158、機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。44 超導量子比特是一個超導量子比特是一個利用約瑟夫森結非線性電路特性利用約瑟夫森結非線性電路特性所構成的二能級系統。所構成的二能級系統。結合上文，一個處在超導狀態下的 LC 振蕩電路會表現出諧振子的物理特性，但由于其能級間的間距是無差別的，即系統可能被激發到各個高激發態，因此不能直接用來做量子比特。此時我們引入約瑟夫森結，其類似三明治結構（在兩個超導層中間夾一層很薄的絕緣層），具有宏觀量子遂穿效應，可以作為非線性器件來使用。通過非線性器件的引入，我們得以構建不同能級間距的能級態，并選擇其基態和第一激發態構成二能級系統。因此，超導

159、量子比特本質上是一種，利用約瑟夫森結在極低溫環境下的非線性電路特性，由人工構建二能級系統。圖圖43.43.振蕩電路及能級圖振蕩電路及能級圖 圖圖44.44.約瑟夫森結示意圖與約瑟夫森結示意圖與 SEMSEM 掃描圖掃描圖 資料來源：基于超導量子比特芯片的測控與量子模擬王戰，國投證券研究中心 資料來源：基于 transmon qubit 的量子芯片工作環境的研究與優化孔偉成，國投證券研究中心 TransmonTransmon 型量子比特型量子比特是目前最流行的超導量子比特是目前最流行的超導量子比特。盡管理論上超導電路是無耗散的，但是由于電路尺寸太大，材料特性也不可能完美，導致現有工藝制備的超導量

160、子比特與環境的耦合還是很強烈，退相干時間較短。因此在電荷、通量、相位三種超導量子比特原型的基礎上，衍生出許多新的超導量子比特：如 Transmon 型量子比特、Fluxonium、0-量子比特、混合量子比特等。這其中，Transmon 型量子比特是目前最流行的超導量子比特，主要系結構簡單、可擴展性好，并通過增大電容的方式降低了對電荷噪音的敏感度，從而提升了相干性，但代價是非線性比較弱。圖圖45.45.電荷、通量、相位三種超導量子比特電荷、通量、相位三種超導量子比特 圖圖46.46.T Transmonransmon 量子比特及其電路示意圖量子比特及其電路示意圖 資料來源：光子盒公眾號，國投證券

161、研究中心 資料來源：光子盒公眾號，國投證券研究中心 超導量子比特具有設計可控性強、可擴展性好、易耦合和易操控等優勢。超導量子比特具有設計可控性強、可擴展性好、易耦合和易操控等優勢。超導量子比特的優點是在于制備工藝接近傳統的半導體工藝，因此帶來的好處包括：1）可以利用成熟的微加工技術完成芯片級的設計，使得超導體系的量子計算擁有接近經典計算機的高集成度潛力；2）一旦完成芯片線路設計就能快速利用成熟微加工產線加工出相應的芯片，試錯時間成本低；3）與現有的微波電子技術結合緊密，工作頻段在標準射頻范圍內，諸如電容、電感和傳輸線之類的電子元器件可以用來讀出超導量子比特的狀態，或者用來控制。行業深度分析行業

162、深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。45 2.2.2.2.量子計算機：從量子計算機：從 NISQNISQ 向向 FTQCFTQC 邁進，技術路線較為多元邁進，技術路線較為多元 從量子計算機的演進來看，主要分為從量子計算機的演進來看，主要分為 5 5 個階段。個階段。1 1）量子優越性展示：）量子優越性展示：由計算領域成熟企業引導，完成初步的概念驗證。IBM 早在 1990 年代就建立了專門的量子計算研究團隊；Google團隊首次證明了量子優越性等；2 2）進入中等規模含噪聲（）進入中等規模含噪聲（NISQNISQ）時代：）時代：初創企業以及大部分

163、科研機構開始加入硬件研發以及糾錯的行列，全面推進各個技術路線發展；3 3）專用量子）專用量子計算機實現多種核心應用示范：計算機實現多種核心應用示范：各技術路線的專用量子計算機不斷涌現，并且中下游的量子軟件企業，將在這一階段迅速增長。將優先在金融、醫藥、化工、汽車、機器學習等領域替代經典計算機，產生多種核心應用范例；4 4）研制出可糾錯的通用量子計算機：）研制出可糾錯的通用量子計算機：各技術路線間的優劣勢開始逐漸被放大，或將收斂到單一或幾條特定路線，糾錯成本大幅降低。由下游新應用場景的需求驅動產業鏈進一步細化，產業鏈上游話語權增加，產線擴張直至供需平衡；5 5）進入全面容錯量子計算（）進入全面容

164、錯量子計算（FTQCFTQC）時代：）時代：運算錯誤率接近或小于經典計算機，量子比特數量將達百萬量級。但即使計算機產業進入全面容錯的量子計算時代，量子計算機和經典計算機依舊將并存，各自發揮優勢，二者并非完全替代關系。當前我們正處于當前我們正處于 NISQNISQ 階段，而從階段，而從 NISQNISQ 向向 FTQCFTQC 的跨越，是量子計算機從技術探索向規模的跨越，是量子計算機從技術探索向規模商用邁進的重要過程。我們將這兩者分別定義如下：商用邁進的重要過程。我們將這兩者分別定義如下：NISQNISQ 時代（時代（Noisy IntermediateNoisy Intermediate-Sc

165、ale QuantumScale Quantum，中等規模含噪聲），中等規模含噪聲）：一些參與者強調使用更適度、嘈雜、中等規模的量子設備可能會更快實現。這避免了量子糾錯所需的巨大開銷，而是尋求在少量步驟（淺電路深度）完中成計算，以便每個物理量子比特門引入的錯誤不會變得難以處理。門模型量子計算機要在實際應用中獲得廣泛的量子優勢，可能需要 99.99%+的 2Q保真度。增強的甚至是針對特定問題的量子比特連接也可能非常重要。將需要與經典處理進行低延遲集成。FTQCFTQC 時代（時代（Fault Tolerant Quantum ComputationFault Tolerant Quantum C

166、omputation，大規模糾錯容錯量子計算機），大規模糾錯容錯量子計算機）：對于某些應用，我們只需要“幾個量子比特”。此類應用的早期示例通常位于量子計算、網絡安全和量子通信的交叉點；這種重疊有望最終發展成為量子互聯網，并通過傳感器發展成為量子物聯網。這里的不同權衡最終可能適合不同的量子比特平臺。能夠在更高、更容易部署的溫度下提供一些相干壽命可能是一個有用的優勢。圖圖47.47.量子計算發展生命周期圖量子計算發展生命周期圖 資料來源：光子盒公眾號，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。46 通用量子計算機的實現需要

167、滿足通用量子計算機的實現需要滿足 DiVincenzoDiVincenzo 的的 5+25+2 技術準則。技術準則。2000 年，IBM 研究員 David P.DiVincenzo 提出了構建可行的量子計算機的 5 條技術準則和量子通信的兩條準則，只有滿足準則的物理體系,才有望構建出可行的量子計算機。這 7 條準則分別為：（1）表征量子比特（2）量子比特有足夠的相干時間（3）量子比特可以初始化（4）可以實現通用的量子門集合（5）量子比特可以被讀出（6）靜止量子比特和飛行量子比特相互轉換的能力（7）在指定位置之間忠實地傳輸飛行量子比特的能力。表表1010：DiVincenzoDiVincenz

168、o 關于量子計算機五條技術準則的解釋關于量子計算機五條技術準則的解釋 標準標準 示意示意 含義含義 表征量子比特 在可擴展物理體系中，要能很好的表征（定義）量子比特。需要一個由多比特組成的，用來存儲信息的量子寄存器。在量子體系中，一種能夠物理上實現量子比特的最簡單的方式，莫過于利用二能級物理體系。例如：電子自旋、自旋為 1/2 的原子核等。同時使用幾種類型的量子比特可能是實現可行的量子計算機最有前景的方式。量子比特有足夠的相干時間 當經典計算機無法重置時，即使其處理過程非常正確，所得的計算結果也不會令人信服。因此初始化對于經典計算機和量子計算機來說都是一個重要的部分。量子比特可以初始化 對于一

169、臺內存比較大的經典計算機，需要通過一系列的邏輯門操作，把數據編碼到內存上去。對于量子計算來說需要在內存上應用任意的邏輯操作門，去完成有用的量子信息處理過程?？梢詫崿F通用的量子門集合 對于量子計算，需要測量運算量子算法之后的狀態以提取計算結果，測量過程在很大程度上取決于所考慮的物理系統。由于退相干（量子比特非常脆弱，它對外界的微擾極其敏感，量子比特的計算狀態如果由于外界影響發生變化稱為退相干），量子門操作誤差等原因，測量通常沒有 100的準確性。如果是這種情況，必須重復多次相同計算，以達到合理且比較高的置信度。量子比特可以被讀出 建造一個可實用的量子計算機，退相干的問題可能是一個最大的障礙。由于

170、系統會和環境有相互作用，退相干也就意味著量子態的諸多方面都會退化，同時也會限制量子計算的最大有效時長。資料來源：光子盒公眾號，量子客公眾號，國投證券研究中心 當前量子計算機在物理實現上，分為多種技術路線，其中超導和離子阱路線相對領先。當前量子計算機在物理實現上，分為多種技術路線，其中超導和離子阱路線相對領先。圍繞量子計算的一大熱點問題是哪種硬件技術將最終勝出，目前主要有五個資格充足且經過充分論證的候選方案正在競爭，分別為超導、離子、光量子、半導體量子點和冷原子(或稱為中性原子)。這些方案都是在 20 世紀 90 年代開創性的物理實驗和實現中開發的。目前，以超導目前，以超導電路和離子阱技術搭建的

171、量子計算系統基本滿足電路和離子阱技術搭建的量子計算系統基本滿足 DiVincenzo DiVincenzo 標準的標準的 5 5 個條件，而光個條件，而光量量子系子系統在第統在第（3 3）條的受控非門方面較難實現。條的受控非門方面較難實現。從量子計算的物理實現要求和現今技術發展情況來看，超導和離子阱的量子計算實現系統當前比較成熟。此外，國際上正在嘗試的量子計算系統的物理實現還有中性原子、硅自旋、拓撲、NV 色心和量子點等約十種方式。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。47 圖圖48.48.量子計算機主要技術路線和參與公司量子計算機

172、主要技術路線和參與公司 資料來源：光子盒公眾號，國投證券研究中心 超導量子計算機方案是目前國際上進展最快的方案。超導量子計算機方案是目前國際上進展最快的方案。原理上，超導量子計算技術使用電荷量子比特、磁通量子比特和相位量子比特這三種方式來形成量子比特。目前普遍采用的 Transmon 量子比特，是一種基于電荷量子比特的改良的設計，該設計可以減小量子比特對于電荷噪聲的敏感度，從而提高退相干時間，使得測量操縱變得更加容易。圖圖49.49.超導量子計算機示意圖超導量子計算機示意圖 圖圖50.50.超導量子計算技術超導量子計算技術 資料來源：國盾量子官網，國投證券研究中心 資料來源：Science，國

173、投證券研究中心 超導量子比特是人造原子，在操控、耦合、測量、擴展等方面具有獨特的優勢。超導量子比特是人造原子，在操控、耦合、測量、擴展等方面具有獨特的優勢。目前超導量子技術路線的難點在于易受環境噪音影響，而導致退相干時間短。但該技術路線的發展并無原則性障礙。當前的發展主要側重于可控耦合量子比特的數目與可以連續進行的高保真度多量子比特邏輯操作次數的繼續提高。長遠來看，該條技術路線在未來比較容易實現規?；?。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。48 表表1111：中美超導量子計算機進展中美超導量子計算機進展 中國中國 美國美國 時間時間

174、 進展進展 時間時間 進展進展 2018 年 中科大、浙江大學等聯合實現11 位超導量子比特糾纏 2019 年 谷歌報道53位比特處理器“懸鈴木”，量子隨機路線采樣問題中首次實驗驗證量子計算優越性。2019 年 中科大實現 24 位超導量子比特處理器，并進行多體量子系統模擬；同時，清華大學利用單量子比特實現精度 98.8%的量子生成對抗網絡，未來可應用于圖像生成等領域。2019 年 1 月，IBM 展示具有 20 位量子比特的超導量子計算機，并在 9 月將量子比特數量更新為 53 位。2019 年 本源量子研發了適用于 20 位量子比特的量子測控一體機，用于提供量子處理器芯片運行所需要的關鍵信

175、號，實現量子芯片操控。2020 年 IBM 推出 65 位比特樣機“蜂鳥”，在德、日、英等國開展部署，通過云平臺向部分用戶開放 2021 年 5 月 中科大報道 62 位“祖沖之”處理器實驗演示二位量子隨機行走 2021 年 谷歌發布路線圖預測 2029 年實現百萬位量子比特和可糾錯量子計算 2021 年 10 月 中科大報道 66 位處理器在與Google 相同問題中，以更大優勢驗證量子計算優越性。2021 年 11 月 IBM 推出 127 位量子比特 Eagle 處理器 2021 年 本源量子發布超導樣機研發計劃，預計 2025 年達 1024 位比特。2022 年 2 月 Regett

176、i 上線 Aspen-M80 量子比特系統，預計明年初發布 84 個量子比特單芯片處理器 Ankaa。2022 年 7 月 阿里報道實現 Fluxonium 系統中雙比特門的 99.72%保真度。2022 年 5 月 IBM 發布 433 量子比特 Osprey 處理器 2022 年 8 月 百度發布超導量子計算機乾始。2023 年 IBM 推出 1121 位量子處理器 Condor 2023 年 中科大在 66 位超導量子處理器“祖沖之二號”基礎上新增110 個耦合比特控制接口，使可操縱比特數達到 176 位 2023 年 Regetti 推出 84 位量子比特單芯片量子處理器 Ankaa-

177、1。2023 年 中科院物理所利用 41 位超導量子芯片“莊子”模擬“侯世達蝴蝶”拓撲物態。2023 年 谷歌使用超導量子處理器模擬操控非阿貝爾任意子，并通過編碼創新新型量子糾纏態 資料來源：信通院，國投證券研究中心 離子阱量子計算機至今已經發展離子阱量子計算機至今已經發展 20 20 余年，與超導量子計算的發展旗鼓相當余年，與超導量子計算的發展旗鼓相當。原理上，其利用電荷與電磁場間的交互作用力牽制帶電粒子運動，并利用受限離子的基態和激發態組成的兩個能級作為量子比特，利用微波激光照射操縱量子態，通過連續泵浦光和態相關熒光實現量子比特的初始化和探測。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告

178、版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。49 圖圖51.51.離子阱芯片離子阱芯片 圖圖52.52.離子阱技術示意圖離子阱技術示意圖 資料來源：霍尼韋爾官網，國投證券研究中心 資料來源：How small startups are vying with corporate behemoths for quantum supremacy，國投證券研究中心 離子阱技術的優勢在于相干性好，可糾纏量子比特數目多，邏輯門保真度高。離子阱技術的優勢在于相干性好，可糾纏量子比特數目多，邏輯門保真度高。離子阱的劣勢表現為量子比特操縱速度相對較慢，并且隨著量子比特數量的增加，其操縱仍有技術困難。離

179、子阱技術在應用方面，除量子計算機外，還廣泛應用于量子化學、相對論量子力學、量子熱力學等領域的量子模擬研究。表表1212：國內外離子阱量子計算機進展國內外離子阱量子計算機進展 中國中國 海外海外 時間時間 進展進展 時間時間 進展進展 2018 年 中科大分別實現相干時間最長的離子阱體系量子儲存 2019 年 IonQ已實現79位光量子比特和160位存儲量子比特。2020 年 清華大學、中山大學和啟科量子等研究機構和公司在離子阱路線有所布局和研究。2019 年 霍尼韋爾的離子阱量子比特裝置已進入測試階段 2021 年 1 月 清華大學交叉信息院金奇奐研究組在離子阱系統中首次將單量子比特相干時間提

180、升至 1 小時以上，即 5500 秒。2020 年 IonQ 發布 32 位數比特離子阱樣機，預計在 2025年比特數達到 64 位。2021 年 9 月 中山大學物理與天文學院羅樂教授研究團隊實現了離子阱中量子比特微運動抑制的自動化處理，這是國際上首次把神經網絡技術應用于囚禁離子量子比特的微運動控制。2020 年 10 月 IonQ 公司報道僅依靠 32 位高質量全連接的量子物理比特即可實現四百萬量子體積性能指標，將該指標直接推向指數增長區間。2022 年 1 月 清華大學交叉信息研究院段路明研究組在離子阱量子信息處理領域取得重要進展，首次實現對長離子鏈的高效協同冷卻，獲得接近全局激光冷卻的

181、極限溫度，為多離子比特量子計算準備了技術基礎。2020 年 11 月 MIT 林肯實驗室報道實現基于集成光學的離子阱處理芯片 2021 年 Honeywell 報道基于電荷耦合器架構的 10 位高保真比特原型機“H1”，預計在 2023 年實現 40 位量子比特原型機“H2”，2030 年實現基于集成光學柵格的模塊化百位量子比特樣機。2023 年 2 月 啟科量子發布了國內首臺模塊化離子阱量子計算工程機 1.0“天算 1 號”，綜合工程化水平進入國際先進行列。2022 年 6 月，Quantinuum 的 Model-H1 離子阱量子計算機擴展到 20 全連接量子比特，9 月實現量子體積指標

182、8192 新紀錄。2023 年 4 月 華翊量子發布 37 位量子比特離子阱原型機HYQ-A37。2022 年 3 月 3 月 29 日，IonQ 報道鋇基離子阱處理器的保真度達到 99.96%2023 年 12 月 啟科量子在離子阱量子計算工程機上成功實現量子速度極限測試 2023 年 Quantinuum宣布其32位全連接量子比特離子阱原型機 Model H2 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，成為業界最新紀錄。資料來源：信通院，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項

183、聲明請參見報告尾頁。50 光量子是除超導量子和離子阱之外研究進展較快的技術路線。光量子是除超導量子和離子阱之外研究進展較快的技術路線。原理上，光量子計算機利用光子的偏振、路徑、軌道角動量、時隙等自由度，將其編碼量子比特的技術路線實現。根據是否支持邏輯門和量子糾錯等操作，光量子可進一步分為邏輯門型和非邏輯門型兩類：（1）邏輯門型光量子計算是未來實現通用量子計算的發展方向（2）非邏輯門型光量子計算，如玻色采樣和相干伊辛系統等，可用于組合優化和圖論問題求解等專用計算問題。光量子的技術優勢主要體現在，光子不易于受到外界環境影響，所以由光子編碼成的量子比特抗退相干能力強。同時，由于光子具有多個自由度的特

184、性，可以用更少的光子數實現更多的物理量子比特。由于光子之間相互作用非常微弱,傳統的光量子計算機技術只能實現光子的概率性邏輯門(對應確定性邏輯門)，這也是光量子技術路線實現通用量子計算道路上目前最大的阻礙。不過目前已有一些光量子方案實現了確定性和可重構性。表表1313：國內外光量子計算機進展國內外光量子計算機進展 中國中國 海外海外 時間 進展 時間 國家/地區 2019 年 中科大已實現 18 位光量子糾纏操控，處于國際領先地位。2022 年6 月 加拿大：Xanadu報道Borealis光量子計算機完成216壓縮高斯玻色采樣實驗，在此驗證光量子計算優越性。2019 年 中科大實現了高保真的單

185、比特邏輯門 2020 年 中科大在量子計算研究探索方面處于領先，實現 50 位光量子物理比特糾錯操控和玻色取樣實驗。2020 年 上海交大在基于光子集成的光量子芯片領域開展了布局研究。2020 年12 月 76 光子單模壓縮光學實驗系統九章，在高斯玻色采樣問題中實驗驗證量子計算優越性，2021 年報道進一步提升為 113 光子，在相同問題中更大優勢驗證量子計算優越性。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。2022 年8 月 德國：馬克思-普朗克研究所報道實現 14 個光子糾錯操控新紀錄 2023 年 玻色量子發布

186、了 100 量子比特相干光量子相干伊辛機“天工量子大腦”，并與中國移動合作開展圖像渲染算力調度優化等任務的可行性驗證。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。2023 年 玻色量子發布了 100 量子比特相干光量子相干伊辛機“天工量子大腦”，并與中國移動合作開展圖像渲染算力調度優化等任務的可行性驗證。資料來源：信通院，國投證券研究中心 圖圖53.53.光量子光學裝置光量子光學裝置 圖圖54.54.光量子技術光量子技術 資料來源：Quantum computational advantage using photon

187、s，國投證券研究中心 資料來源：Quantum circuits with many photons on a programmable nanophotonic chip，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。51 量子點技術利用半導體工藝，更容易實現芯片化，但相干性和比特數仍需提升。量子點技術利用半導體工藝，更容易實現芯片化，但相干性和比特數仍需提升。半導體量子點可以作為量子比特，也叫自旋量子比特。量子點是一種納米大小的半導體粒子，一般為球形或類球形。由于這種納米半導體粒子擁有限制電子和電子空穴的特性，這一特性

188、類似于自然界中的原子或分子，因而被稱為量子點。常見的量子點有硅量子點、鍺量子點、硫化鎘量子點和砷化銦量子點等。其中，半導體量子點或量子自旋技術路線是利用半導體量子點中的電子制造量子比特，將其電子的自旋方向編碼為量子態用來存儲量子信息。半導體量子點計算機結合了當前的半導體工業技術，未來可以快速實現產業化，同時由于半導體量子比特體積較小，較超導技術路線和光量子技術路線而言更容易實現芯片化。但是，當前半導體量子比特的數量較少，且相干性較弱。中性原子技術中性原子技術/冷原子技術冷原子技術，實現長相干時間，但比特之間的相互作用較難。，實現長相干時間，但比特之間的相互作用較難。中性原子是指核外電子等于核內

189、質子數的原子，具有全同性且處于低能態的特點。原理上，中性原子量子計算機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。該技術在時間和操控精度等特性與離子阱路線相似，而在規?；瘮U展方面更具優勢。當前中心原子技術路線尚不成熟，包括需要特定技術來實現量子比特之間的相互作用，從而制備糾纏態的比特對，以及在操作精度和設備成熟度方面的挑戰。針對不同的技術路線，可以用量子體積這一指標來衡量不同量子計算機的性能。針對不同的技術路線，可以用量子體積這一指標來衡量不同量子計算機的性能。由于當今量子計算機使用了不同的技術路線和指標，很難對比機器的整體性能。不同技術路線的量子計算機不能只從

190、量子比特的數量來衡量，而忽略了影響計算能力的其他重要因素。為了衡量不同技術路線下的量子計算機性能，需要建立一套指標體系。2017 年，IBM 的研究人員引入了量子體積 Quantum Volume(QV)這一與硬件無關的指標進行簡單的量子計算機性能衡量。量子計算機的 QV 越大，它可以解決的問題就越復雜。從量子體積的衡量指標來看，量子比特的數量和可以執行的操作數量稱為量子電路的寬度和量子比特的數量和可以執行的操作數量稱為量子電路的寬度和深度。深度。量子電路越深，計算機可以運行的算法就越復雜。量子電路深度受諸如量子比特數量、量子比特互連方式、門和測量錯誤、設備串擾、電路編譯器效率等因素的影響。相

191、干性是另相干性是另一個影響量子體積的重要因素。一個影響量子體積的重要因素。相干時間 T1 表示量子比特自然弛豫的時間，即處于高能狀態的量子比特自然會衰減到低能狀態，與這種衰減相關的時間稱為相干時間 T1。相干時間 圖圖55.55.硅半導體技術示意圖硅半導體技術示意圖 圖圖56.56.中性原子技術原理中性原子技術原理 資料來源：How small startups are vying with corporate behemoths for quantum supremacy，國投證券研究中心 資料來源：光子盒公眾號，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證

192、券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。52 T2 表示量子比特受環境影響的時間，即量子比特也有可能與環境相互作用并在弛豫到|0狀態之前遇到相位錯誤，與這種衰減相關的時間常數稱為相干時間 T2。此外，保真度對量子體積也有重要影響。保真度對量子體積也有重要影響。量子計算機通過操縱比特的狀態來執行計算-將比特從 0 更改為 1，將 1 更改為 0。保真度是衡量嘗試翻轉導致正確量子比特狀態兩個量子態“接近程度”的度量。由于環境噪聲及量子處理器自身品質的影響，實際量子處理器執行結果往往與理想情況下經過量子門操作得到的結果有一定的偏差。這種偏差可以用理想量子態和實際量子態之間的保真度來衡量。保真度數值越

193、大，代表偏差越小，系統的計算結果就越好。計算的準確性取決于以非常高的成功率或“保真度”執行這些“比特翻轉”的能力?；裟犴f爾量子計算系統 99.997%的單個量子比特操作保真度是目前所有可尋址量子比特技術中報告的最佳性能。圖圖57.57.影響量子體積的因素影響量子體積的因素 資料來源：光子盒公眾號，國投證券研究中心 表表1414：量子計算機性能對比量子計算機性能對比 超導超導 離子阱離子阱 光量子光量子 硅半導體硅半導體 中性原子中性原子 量子比特規模（光子/原子/量子點）433(IBM)37(華翊量子)255(中科大)16(TUDelft)1180(Chicago)單比特邏輯門 保真度 99.

194、99%(Maryland)99.9999%(Oxford)99.84%(華中科大)99.96%(SQC)99.9953%(精測院)雙比特邏輯門 保真度 99.92%(MIT)99.92%(NIST)99.69%(華中科大)99.65%(TUDelft)99.5%(Harvard)SPAM 讀取 保真度 99.2%(ETH Zurich)99.9904%(Quantinuum)98%(賦同科技)97%(Princeton)99%(QuEra)T1 時間 1.2 ms(Maryland)數百 s 量級 數百s 量級 數百 ms 量級 數百 s 量級 T2 時間 1.48 ms(Maryland)5

195、500s(清華)數百s 量級 0.23 ms(UNSW)407s(Atom Computing)門速度 24 ns(中科大)sms 量級 nss 量級 nss 量級 數百 ns 量 資料來源：信通院，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。53 當前量子計算機參與者主體較為多元，主要參與者可分為四大類當前量子計算機參與者主體較為多元，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(

196、Fermilab)、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。其中我們看到，超導和離子阱技術參與的企業和科研機構最多，也反映了這兩種技術路線的成熟度較高。表表1515：量子計算機主要參與者量子計算機主要參與者 技術路線技術路線 機構類型機構類型 采用機構采用機構 超導 學術團隊 加州大學圣巴巴拉分校(UCSB)、耶魯大學、麻省理工學院(MIT)、美國國家標準與技術研究院(NIST)、加州大學伯克利分校、馬里蘭大學、芝加哥大學、荷蘭代爾夫特大學(TU De

197、lft)、瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH)、中科大中科大、清華大學、浙江大學浙江大學、南京大學、南方科技大學、日本理化學研究所(RIKEN)、北京量子院、中國科學院量子信息與量子科技創新研究院、中國科學院物理研究所、法國 CEA 研究中心、IBM 蘇黎世研究所 公司 IBMIBM、谷歌、谷歌、RigettiRigetti、D D-WaveWave、英特爾、NEC、OCI、Oxford Ouantum、本源量子、本源量子、國盾量子、量旋科技、國盾量子、量旋科技、亞馬遜 離子阱 學術團隊 哈佛大學哈佛大學、MIT、馬里蘭大學、杜克大學、牛津大學、清華大學清華大學、國防科技大學、中科大、中國人民大學

198、、中山大學、中科院量子信息重點實驗室、因斯布魯克大學、蘇塞克斯大學(Sussex)、NISTNIST、Sandia Sandia 國家實驗室國家實驗室、中國科學院量子信息與量子科技創新研究院、北京量子院 公司 霍尼韋爾、霍尼韋爾、IonQIonQ、Alpine Quantum Technologies(AQT)、Unversal Quantum、啟科量啟科量子子 光量子 學術團隊 牛津大學牛津大學、MIT 電子研究實驗室、維也納大學量子科學與技術研究中心、布里斯托大學量子光學研究中心、昆士蘭大學量子計算與量子通信技術研究中心、中科大中科大、南京大學、山西大學量子光學與光量子器件國家重點實驗室、

199、RIKEN 日本國立研究開發法人量子科學技術研究開發機構、中國科學院量子信息與量子科技創新研究院 公司 XanaduXanadu、PsiQuantumPsiQuantum、惠普、圖靈量子、惠普、圖靈量子、玻色量子玻色量子、法國 Quandela、英國 Tundrasystems 量子點 學術團隊 普林斯頓大學、TU Delft、東京大學、北京大學、中科大量子信息重點實驗室、新南威爾士大學(UNSW)、澳大利亞國家量子計算與通信技術研究中心(COCT)、中國科學院量子信息與量子科技創新研究院、RIKEN、法國 CEA-CNRS Grenoble 研究中心、比利時 IMEC 研究中心、美國 HRL

200、Laboratories 美國 Sandia 國家實驗室、日本 NIT、威斯康辛量子研究所(WOI)公司 英特爾、本源量子英特爾、本源量子、Silicon Quantum Computing(SQC)冷原子 學術團隊 哈佛大學、香港科技大學、中科大、中科院量子信息重點實驗室、清華大學、山西大學、中國科學院量子信息與量子科技創新研究院、中國科學院武漢物理與數學研究所 公司 ColdQuanta、Atom Computing、QuEra Computing、PASQAL 資料來源：光子盒公眾號，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請

201、參見報告尾頁。54 2.3.2.3.量子計算機結構：量子芯片、稀釋制冷機和測控系統是核心量子計算機結構：量子芯片、稀釋制冷機和測控系統是核心 我們以超導量子計算機為例，來分析量子計算機的主要結構。超導量子計算機由量子芯片、我們以超導量子計算機為例，來分析量子計算機的主要結構。超導量子計算機由量子芯片、稀釋制冷機、測控系統三大核心部件構成。稀釋制冷機、測控系統三大核心部件構成。具體來看，1 1）稀釋制冷機稀釋制冷機外形呈桶狀，用于產生極低溫、低噪聲的環境，是超導量子計算機正常運行的必要基礎；2 2）量子芯片量子芯片是量子比特和外圍電路的物理載體，其沿用了現有的半導體生產工藝，主要由超導量子計算機

202、廠商自研；3 3）室溫室溫測控系統測控系統用于量子比特狀態的控制和讀取，其由 AWG、微波源等電子測量儀器構成，產業成熟度相對較高。此外，超導量子計算機還包括了軟件系統、低溫線纜、低溫器件等。價值量方面，根據合肥超量融合計算中心項目招標文件，一臺 200 量子比特的超導量子計算機單價約為 4500 萬元。圖圖58.58.超導量子計算機及核心系統超導量子計算機及核心系統 資料來源：國盾量子、Bluefors、基于超導量子比特芯片的測控與量子模擬王戰、國投證券研究中心 稀釋制冷機稀釋制冷機是是生成低溫環境的核心設備生成低溫環境的核心設備。超導量子計算機需要運行在超低噪聲的環境中，稀釋制冷機是實現該

203、環境的核心設備。超導量子計算機是基于超導電路的量子比特體系，對于工作環境的最基本要求就是溫度低于其超導臨界溫度（約 1.18K），同時為了提高相干時間、降低噪聲，溫度需要降低到 10mK 左右。從原理上來看，稀釋制冷機利用了氦-3 和氦-4 的混合液體在 0.8K 左右發生的相分離現象，隨著氦-3 從濃縮相向稀釋相擴散，這一擴散過程會吸熱，從而達到制冷的目的。圖圖59.59.稀釋制冷機原理示意圖稀釋制冷機原理示意圖 資料來源：ULVAC，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。55 稀釋制冷機全球市場約稀釋制冷機全球

204、市場約 2 2 億美元億美元，行業呈現加速增長趨勢，行業呈現加速增長趨勢。根據 ICV，2019-2015 稀釋制冷機的年均增長率達到 8.59%以上，且增長率逐年上升。2022 年全球稀釋制冷機市場規模將為 1.93億美元，到 2025 年預計達到 2.66 億美元，并呈現加速增長的趨勢。從單臺價格來看，稀釋制冷機的單價從百萬到千萬元不等，其價格與制冷功率相關性較大。根據招標網信息，本源量子于 2024 年中標的一臺稀釋制冷機 SL400 的單價為 450.7 萬元。此外，自 2023 年起，10mK以下溫區的稀釋制冷機已對我國禁運，且由于 10mk 以下溫區的稀釋制冷機占據了大部分市場，我

205、國的稀釋制冷機進口規模自 2023 年以來有所下滑。圖圖60.60.20222022-20302030 年全球稀釋制冷機市場規模（年全球稀釋制冷機市場規模（1010 億美元）億美元）資料來源：2023 全球量子計算產業發展報告-ICV&光子盒，國投證券研究中心 芬蘭的芬蘭的 BlueforsBluefors 和英國的牛津儀器是和英國的牛津儀器是全球全球主要主要供應商供應商，國產，國產已實現已實現突破。全球來看，突破。全球來看，量子計算專用稀釋制冷機市場主要由 Bluefors 和牛津儀器兩家公司占據，其中 Bluefors 由于在量子計算領域起步較早，市場份額長期占據第一，且與量子計算領域頭部

206、公司 IBM 保持著深度合作。牛津儀器則在近年來推出了一系列新品，發展較快。根據北京量子信息科學研究院的中標公告，該單位 2021 年購入 Bluefors 和牛津儀器稀釋制冷機分別為 8 臺和 5 臺。國產方面，國產方面，中科院物理所在 2021 年取得了國產稀釋制冷機的突破，自主研發的無液氦稀釋制冷機原型機率先實現 10mK 以下極低溫環境，此外電科 16 所也于 2023 年取得突破。目前，包括國盾量子、本源量子等企業已向市場推出國產稀釋制冷機。圖圖61.61.全球稀釋制冷機主要供應商全球稀釋制冷機主要供應商 圖圖62.62.國產稀釋制冷機國產稀釋制冷機 資料來源：Bluefors、牛津

207、儀器、Leiden Cryogenics、formfactor,國投證券研究中心 資料來源：中電科 16 所、本源量子、國盾量子，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。56 量子芯片是量子比特和外圍電路的物理載體，是量子計算機廠商的研發重點。量子芯片是量子比特和外圍電路的物理載體，是量子計算機廠商的研發重點。超導量子計算機的硬件性能主要取決于量子比特的數量和質量，而量子芯片則是量子比特的物理載體，因此目前絕大多數參與量子計算機的廠商均把研發重心放在了量子芯片上，即大多數量子芯片均是實驗室或科研機構自研的產品。根據I

208、CV，2022年量子芯片的市場規模約為5.45億美元，預計 2030 年量子芯片的市場規模將達到 500 億美元。圖圖63.63.20222022-20302030 年年全球量子計算上游產業規模（全球量子計算上游產業規模（1010 億美元億美元）資料來源：2023 全球量子計算產業發展報告-ICV&光子盒，國投證券研究中心 量子芯片結構從一維向三維演進，集成度持續提升。量子芯片結構從一維向三維演進，集成度持續提升。由于稀釋制冷機內部空間極為有限，量子芯片的尺寸一般為 100mm量級，而量子芯片中包含了約瑟夫森結（尺寸在 100-1000nm），控制線、諧振器、電容電感、讀出線等結構（尺寸在 1

209、00-1000m），且考慮到電磁場的串擾影響，各結構間都要保留足夠的間隔，因此早期量子芯片中的比特數大都在 10 以下，例如IBM 于 2016 年發布的 5 比特處理器 Tenerife。隨著比特數量的增長，2 維的空橋方案被廣泛采用，即利用架空的超導傳輸線相互接地，以降低線路間的干擾并節省線路排布空間。當比特數接近 100 后，量子芯片開始向 3 維發展，目前常見的是將量子比特和讀出控制分成 2 個單獨的平面，并用倒裝焊模式進行連接，從而提升集成度。圖圖64.64.一個具有一個具有 5 5 比特的超導量子芯片比特的超導量子芯片 圖圖65.65.空橋結構示意圖空橋結構示意圖 資料來源：基于超

210、導量子比特芯片的測控與量子模擬王戰，國投證券研究中心 資料來源：超導量子芯片集成技術概述鄭偉文，李曉偉，熊康林等，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。57 TSVTSV 多層堆疊是量子芯片比特數進一步提升的關鍵技術。多層堆疊是量子芯片比特數進一步提升的關鍵技術。當比特數量進一步提升，上下 2 層結構也無法滿足排線的空間需求時，此時需要更多的平面進行比特的擴展，TSV（硅通孔）開始被引入。其將兩面的圖形結構線路通過 TSV 內的導線進行連通，再利用倒裝焊模式與第2 個芯片進行連接，不僅充分利用了晶圓的正反面空間，同

211、時解決了排線密集占空間的問題。例如 IBM 433 量子比特處理器 Ospery 便采用了 TSV 和多層布線技術，將量子比特、讀出諧振器和測控線分成 3 個部分，再利用倒裝焊進行多層互聯。圖圖66.66.IBM 433IBM 433 量子比特處理器量子比特處理器 OsperyOspery 圖圖67.67.IBMIBM 超導量子計算機技術迭代圖超導量子計算機技術迭代圖 資料來源：IBM 官網，國投證券研究中心 資料來源：IBM 官網，國投證券研究中心 測控系統用于量子比特的實時控制、測量、反饋，是量子計算機的重要組成部分。測控系統用于量子比特的實時控制、測量、反饋，是量子計算機的重要組成部分。

212、由于超導量子比特本質上是一個由超導電路形成的二能級系統，因此我們可以使用微波信號對其進行控制，而測控系統便是生成和讀取各類微波信號的設備，是量子計算機的重要組成部分。已有的量子測控系統可分為兩代，第一代主要由可直接生成和接收模擬微波信號的設備組成，即波形發生器、模擬信號源、IQ 混頻器、高精度電源等一系列通用電子測量儀器，其易于實現，但因缺乏反饋控制而使可擴展性和編程能力受限。二代測控系統則兼具可靈活編程的反饋控制能力和更好的可擴展性，例如本源量子于 2020 年推出第二代量子測控一體機，支持216 通道，具備 200 皮秒同步穩定性，能夠測控 32 個量子比特。圖圖68.68.微波信號可以對

213、量子比特進行控制微波信號可以對量子比特進行控制 圖圖69.69.本源量子本源量子 3232 位測控一體機位測控一體機 資料來源：達摩院量子實驗室系列公開課，國投證券研究中心 資料來源：本源量子官網，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。58 測控系統的價值量隨著量子比特數的增加而增長。測控系統的價值量隨著量子比特數的增加而增長。通常而言，一個 qubit 的 XY-control 操控和讀取各需要用到 2 通道的 AWG 以及微波源，同時在讀取側還額外需要一臺波形采集器用于讀取諧振電路中輸出的信號。因此測控設備市場

214、規模的提升來自兩大驅動力，首先是量子計算機臺數的增長，其次是隨著量子比特數量的增加，理論上測控設備的測控線路數也會相應增加。根據 ICV，2022 年全球量子計算測控系統市場規模為 1.60 億美元，預計到 2025 年該市場總規模將達到 5.45 億美元，2030 年達到 210 億美元。圖圖70.70.兩兩比特超導量子計算操控系統電路模型比特超導量子計算操控系統電路模型簡視圖簡視圖 圖圖71.71.20222022-20302030 年年全球量子計算全球量子計算測控系統市場規模測控系統市場規模（1010億美元億美元）資料來源：超導量子計算室溫電子學讀出系統研究徐昱，國投證券研究中心 資料來

215、源：2023 全球量子計算產業發展報告-ICV&光子盒，國投證券研究中心 量子測控系統的主要供應商可分為測量儀器公司和量子計算機公司兩大類。量子測控系統的主要供應商可分為測量儀器公司和量子計算機公司兩大類。1 1）測量儀器廠商：全球的典型代表為羅德與施瓦茨（蘇黎世儀器）、Keysight 等，國內廠商包括普源精電（耐數電子）、中電科 41 所、中微達信等。2 2）量子計算機廠商：）量子計算機廠商：典型代表包括了 Google、IBM、國盾量子、本源量子、國儀量子等。競爭格局方面，由于起步較早，羅德施瓦茨旗下的蘇黎世儀器以及 Keysight 占據全球測控系統的絕大部分市場份額，但技術上看國內外

216、公司基本處于同一起跑線。圖圖72.72.布局測控系統的布局測控系統的測量儀器公司測量儀器公司 圖圖73.73.布局測控系統的量子計算機廠商布局測控系統的量子計算機廠商 資料來源：Keysight、蘇黎世儀器、思儀科技、中微達信、普源精電，國投證券研究中心 資料來源：國盾量子、本源量子、國儀量子，IBM、Google，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。59 低溫化和芯片化是測控系統未來的發展方向。低溫化和芯片化是測控系統未來的發展方向。由于處在室溫環境中，現有的量子測控系統存在兩大問題，其一是大量的線纜需要從室溫

217、連接到 10mK 的量子芯片，會帶來熱噪聲，并影響量子門操作的保真度；其二是隨著比特數的增長，控制線的數量會觸及到稀釋制冷機的功率與體積的天花板。為了解決這些問題，低溫化和芯片化成為測控系統未來的發展方向，即把 DAC、RF、信號采集和處理電路均集成在一個芯片上，并將芯片置于低溫環境中，從而提升性能。近年來，國際上有多款具備低溫超導量子測控特征的測控芯片發布，相關廠商包括了英特爾、谷歌等。圖圖74.74.量子計算測控系統發展趨勢量子計算測控系統發展趨勢 資料來源：2022 全球量子計算產業發展報告-ICV&光子盒，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券

218、股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。60 2.4.2.4.量子計算應用：產業百花齊放，量子云平臺構筑量超融合算力網量子計算應用：產業百花齊放，量子云平臺構筑量超融合算力網 隨著量子計算技術的飛速發展，其在多個領域的應用探索逐漸成為研究的熱點。隨著量子計算技術的飛速發展，其在多個領域的應用探索逐漸成為研究的熱點。近年來，量子計算應用探索主要集中在量子模擬、組合優化和線性代數求解等領域。量子計算機在原子尺度直接模擬微觀系統相互作用，可為物理化學、材料、醫藥等領域帶來全新探索工具，近年來已成為研究熱點。在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，量子計算應用探索也在廣泛開展。量子

219、機器學習通過構建新型數據處理模型，有望提升目前機器學習算法處理大數據的計算效率。從技術研發和成果落地看，量子計算技術在金融領域的應用已經取得實質性進展。從技術研發和成果落地看，量子計算技術在金融領域的應用已經取得實質性進展。2021 年 2月，本源量子與建信金科聯合推出國內首批量子金融應用量子期權定價應用與量子 VaR值計算應用，是國內金融領域對量子計算指數級加速能力的首次嘗試，實現了國內量子金融算法 0 的突破。2021 年 3 月，英國劍橋量子計算公司（現已和霍尼韋爾 HQS 部門合并成Quantinuum 公司）推出多個量子機器學習推理方法，在 IBM 量子計算機上實現貝葉斯網絡的隨機實

220、例推理，在模擬金融時間序列的隱馬爾可夫模型中推斷市場條件波動。量子機器學習逐漸成為研究和應用的熱點，為解決復雜的人工智能問題提供了新的計算方案量子機器學習逐漸成為研究和應用的熱點，為解決復雜的人工智能問題提供了新的計算方案和思路。和思路。2023 年，各公司都在積極探索量子機器學習的新思路和新應用。量子計算和機器學習相結合，能夠充分利用量子計算的優勢解決傳統計算無法處理的復雜問題。例如利用VQNet 2.0 框架、CUDAQuantum 和 H100 NVL 等技術，研究人員實現了量子和經典計算資源的同時調度和優化，提高了機器學習的效率和性能，為解決復雜的 AI 問題提供了混合計算方案。另一方

221、面，當前另一方面，當前量子計算與量子計算與 AIAI 大模型的融合在當前階段仍然面臨著諸多的挑戰和問題大模型的融合在當前階段仍然面臨著諸多的挑戰和問題，如如何克服量子系統的噪聲和不穩定性、如何適應不同類型的 AI 任務和數據、如何評估和驗證量子計算在 AI 領域的優越性等。通過自然語言與 AI 進行交互，在解決問題和開發應用方面或許將有更多的可能性。目前的量子計算機仍然面臨著錯誤率和噪聲的問題，需要更穩定和可控的量子比特來支持大規模的機器學習任務。量子機器學習需要針對量子計算的特殊性質進行算法設計和優化，同時也需要簡化和統一的編程框架來加速開發和應用。圖圖75.75.量子計算應用各場景評分等級

222、（評分采用量子計算應用各場景評分等級（評分采用 5 5 分制，分制，1 1 為最差，為最差，5 5 為最優）為最優）資料來源：中國信息通訊研究院，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。61 表表1616：各公司量子計算機與人工智能結合進展各公司量子計算機與人工智能結合進展 公司公司 量子計算機與人工智能結合進展量子計算機與人工智能結合進展 谷歌與盧森堡大學以及 BIFOLD 合作，共同開發機器學習算法以處理復雜的量子系統。Rigetti 與 Moodys 以及倫敦帝國學院合作，使用量子增強的數據轉換和經典特征核方法

223、相結合的機器學習技術，提出了解決經濟衰退預測問題的新方法。Quantinuum 發布了量子自然語言處理工具ambeq 的更新版本 0.3.0，通過與 PennyLane 的集成，增強了功能和用戶體驗。IonQ 計劃優化離子阱技術，增加量子比特數量和密度，并預測將在 2024 年實現量子機器學習的量子優勢。資料來源：光子盒公眾號，信通院，國投證券研究中心 量子計算云平臺作為一種創新的計算服務平臺，推動了量子計算研究和應用的發展。量子計算云平臺作為一種創新的計算服務平臺，推動了量子計算研究和應用的發展。量子計算云平臺是依托云計算技術，提供用戶接入實體量子計算機硬件或量子計算模擬器的一種服務平臺，在

224、平臺上用戶可以運行算法或進行實驗任務。量子云平臺為用戶帶來諸多便利，提供了更廣泛的量子計算機接口，對發展量子計算研究有極大地推動作用。云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算資源共享池(資源包括網絡、服務器、存儲、應用軟件、服務)，這些資源能夠被快速提供，但只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。當前各公司量子云平臺的邏輯架構基本相同，與云計算分類相似當前各公司量子云平臺的邏輯架構基本相同，與云計算分類相似。根據提供服務的類型不同將量子云平臺提供的服務細分為量子基礎設施即服務 QaaS、量子平臺即服務 PaaS 和量子軟件即服務

225、 Q-SaaS 三種。部分量子云平臺提供的量子計算服務包括其中的兩種或三種，如 D-Wave 提供的服務類型包括 Q-IaaS 和 Q-Saas，本源量子和 IBM 包括了上述三種。圖圖76.76.量子計算云平臺服務類型量子計算云平臺服務類型 資料來源：光子盒公眾號，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。62 量子云平臺好比連接量子計算機和用戶之間的橋梁量子云平臺好比連接量子計算機和用戶之間的橋梁。用戶使用經典計算機訪問量子云，然后經由量子云將處理過的指令傳輸到后端，后端完成量子計算后經由量子云把結果輸送給用戶。通

226、過量子云平臺，即使不能實地使用量子計算機，用戶也可以完成所需的量子計算。將量子資源部署在云平臺上較一般的本地部署而言在如下方面具有其特殊的優勢。中美兩國在量子計算云平臺的布局和發展上呈現出各自的特點和優勢，共同推動了全球量子中美兩國在量子計算云平臺的布局和發展上呈現出各自的特點和優勢，共同推動了全球量子計算技術的進步。計算技術的進步。美國量子云計算布局較早，發展迅速。我國量子計算云平臺起步較晚，但發展態勢良好，緊跟國際企業發展步伐，整體表現活躍，匯集了多家科技企業、初創企業和研究機構，為國內量子計算發展貢獻支撐力量，與國際先進水平相比在量子處理器、量子計算軟件方面的差距逐步縮小。表表1717：

227、量子云平臺的優勢及內涵量子云平臺的優勢及內涵 優勢優勢 內涵內涵 較低的購置、運維和研發成本 從購置角度來看，量子計算機的硬件成本高，合適的零部件供應商少，制造難度高，導致配備量子計算機費用高昂。例如，一臺超導量子計算機所需的稀釋制冷機的價格一般為幾百萬至一千萬人民幣之間。全球能提供量子計算機整機的商業化公司極少。此外，量子計算機是國際最前沿的科學儀器，包括其核心硬件可能都在各國禁運或禁售的名單中。因此，量子計算機不僅供應量有限，而且購買難度很大。從運維角度來看，量子計算機運行條件苛刻，維護難度大。以技術相對成熟的超導量子計算機為例,計算機的運行除了需要一個接近絕對零度的運行溫度外，一個安靜穩

228、定的環境和一定的放置空間也是必須的。BM、谷歌等科技公司尚且需要一個龐大的專業技術團隊來維護和保證量子計算機的正常運行。而對于普通公司來說，一旦相關設備出現問題將很難解決。從研發角度來看，目前量子云平臺面向的潛在用戶有：量子軟件開發者、量子算法研究者、高校教師學生、量子計算愛好者和化學、生物、金融等其他領域的公司。除部分研究機構需要真實量子計算機進行基礎量子層面的相關研究外其他潛在用戶的需求大多可以通過量子云平臺上得到滿足。部分量子云平臺還可以根據客戶的差異性需求提供開發對應軟件的服務，這極大的降低了公司的研發成本。較低的技術要求 當前量子計算軟件開發困難。目前同時具備量子計算相關知識與軟件開

229、發技術的專業人員極為有限，即使對于未來量子計算有明確需求的化學、生物等行業的公司,從現在起就開始專門培養量子計算機工程師與量子開發人員對于人力資源也會是一種浪費。因而目前更多的選擇是應用量子云平臺來發展相關算法、軟件以回避當前存在的技術人員缺乏問題 資料來源：光子盒公眾號，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。63 表表1818：美國量子計算云平臺進展 時間時間 國家國家 進展進展 2017 年 3 月 美國 IBM Q Experience 首次發布量子計算 API 2019 年 美國 IBM 已推出 20 位量

230、子比特的量子云服務，提供 QiKit 量子程序開發套件，建立了較為完善的開源社區 2019 年 美國 Google開發了Cirq量子開源架構和OpenFermion-Cirq量子計算應用案例，可搭建量子變分算法，模擬分子或者復雜材料的相關特性 2019 年 美國 Regetti推出量子計算云平臺以混合量子+經典的方法開發量子計算運行環境，使用 19 位量子比特超導芯片進行無監督機器學習訓練及推理演示，提供支持多種操作系統的 ForestSDK 量子軟件開發環境。2019 年 美國 微軟推出量子計算云服務 Azure Quantum，可以與多種類型的硬件配合使用 2020 年 7 月 美國 Ho

231、neywell 發布 H0 的 6 量子比特離子阱計算原型機并提供云端訪問接入能力，與多種量子軟件框架兼容。2020 年 8 月 美國 Amazon 發布 Braket 作為完全托管的 AWS 服務，可提供開發環境來幫助客戶量子計算應用算法，靈活接入多家量子計算公司物理平臺后端，也可使用 Amazon EC2 量子計算模擬器運行和驗證算法。2020 年 9 月 美國 D-Wave 發布 5000 量子比特系統 D-Wave Advantage，在 Leap 量子云平臺中構建和運行量子混合應用程序，提供量子退火服務。2021 年 美國 Honeywell 與 CQC 公司宣布合并，未來依托云服務

232、提供更強的軟硬件服務。2021 年 美國 IonQ 與 Google 開源量子計算框架 Cirq 全面整合，提供多種量子軟件框架對 IonQ 樣機的訪問。2021 年 5 月 美國 Amazon 的 Braket 量子云平臺提供完全托管的密度矩陣模擬器，可模擬最高 17 個量子比特的量子噪聲路線。2021 年 6 月 美國 IBM宣布將其所有量子計算系統整合到了Strangeworks第三方量子計算云平臺，用戶可免費訪問全部 28 項量子計算服務，包括 9 臺免費量子計算機和 5 個托管模擬器，進一步提供 IBM Q Network 生態系統影響力。資料來源：信通院，國投證券研究中心 行業深度

233、分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。64 表表1919：中國量子計算云平臺進展 時間時間 國家國家 進展進展 2017年10月 中國 阿里云與中國科學院聯合發布量子計算云平臺 2017年10月 中國 本源量子上線量子計算云平臺，搭建 32 位量子計算模擬機，目前還可提供基于自研超導量子芯片及半導體量子芯片的云平臺接入訪問。2018 年 中國 華為宣布了由量子計算模擬器和編程框架組成的云平臺 2018 年 中國 阿里與中科大聯合發布量子計算云平臺并在 2018 年推出量子模擬器“太章”。騰訊在量子 AI、藥物研發和科學計算平臺等應用領域展開

234、研發。2018 年 中國 華為發布 HiQ 量子云平臺 2018年10月 中國 華為發布了量子計算模擬器 HiQ 云服務平臺及量子計算軟件解決方案，基于 VQE 算法探索量子化學模擬應用場景 2018 年 2 月 中國 阿里云接入 11 比特超導量子計算服務 2019 年 中國 中科大與阿里云共同推出 11 位超導量子計算云接入服務。華為發布 HiQ量子計算模擬云服務平臺，可模擬泉鎮撫的 42 位量子比特，單振幅的81 為量子比特，并開發兼容 ProjectQ 的量子編程框架。本源量子推出的量子計算云平臺可提供 64 位量子比特模擬器和基于半導體及超導的真實量子處理器，提供 Qrunes 編程

235、指令集，Qpanda SDK 開發套件，推出移動端與桌面端應用程序，兼具可怕、教學和編程等功能，為我國量子計算的研究和應用推廣提供了有益探索。2020 年 中國 華為更新 HiQ3.0 量子計算模擬器及開發者工具，增加量子組合優化求解器和張量網絡計算加速器。2020 年 中國 百度發布量易伏量子計算云平臺，實現 28 位量子比特的量子隨機線路模型，并發布了基于百度開源框架 PaddlePaddle 的機器學習庫，支持量子神經網絡搭建與訓練 2021 年 中國 北京量子信息科學研究院等研究機構愛是提供超導量子計算云平臺，為量子算法和量子模擬研究提供實際物理平臺后端的測試場景等。2021年10月

236、中國 百度發布了云原生量子集成開發環境 YunIDE。資料來源：信通院，國投證券研究中心 全球量子計算云平臺的競爭格局呈現出多元化的特征全球量子計算云平臺的競爭格局呈現出多元化的特征。近期，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，產業在迅速迭代。歐美如 IBM、Google、Microsoft、Amazon、AQT 等公司涵蓋了多種量子計算技術路線，包括超導、離子阱、中性原子、光子。中國如華為、本源量子、國盾量子、中電信量子集團等公司也嶄露頭角，主要采用超導技術路線。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。65 表表2

237、020：全球量子計算云平臺 2023 年進展 時間時間 機構機構 20232023 年進展情況年進展情況 2023.03 Microsoft Azure 首次實現量子計算和經典計算云中無縫集成。研究人員現在可以通過它開發將經典代碼和量子代碼混合在一起的應用程序，這些混合量子應用程序目前可在 Azure Quantum 云平臺上Quantinuum 公司的量子機器中運行。2023.04 STRANGE WORKS 新的高級計算云平臺正式上市，新平臺增加了新的經典與量子啟發式解決方案，還打轉向該平臺引入利用了人工智能技術的新工具，并即將推出測試版給用戶使用。2023.05 IBM Quantum

238、上線了具有 433 量子比特的 Osprey 量子處理器，并于 12 月上線了具有模塊化可擴展性能的 133 量子比特 Heron 量子處理器。2023.05 北京量子信息科學研究院 發布新一代量子計算云平臺“QUAFU”，可訪問包含 136 個、18個和 10 個量子比特的超導量子計算芯片。2023.05 國盾量子 與中科院軟件所、中電科十六所、弧光量子等合作，推出量子計算云平臺，將“祖沖之號”同款 176 量子比特（66 量子比特，110 耦合比特）量子計算機上云，配備圖形及編程兩種實驗方式，引入多款國產編程語言，面向全球開放。2023.06 IBM Quantum IBM 的 127 量

239、子比特 Eagle 處理器上線 Strangework 云平臺，并作為現收現付系統的方式來提供。2023.09 KAIST 開發并測試了一種糾纏見證電路，即使基于云的服務只允許對機器進行有限的控制，它也能證明糾纏。2023.11 中電信量子集團 發布“天衍”量子計算云平臺。該平臺融合了“天翼云”超算及 176 量子比特超導量子計算能力，構建混合計算框架體系，支持量子算法與量子模擬計算等系列量子程序應用。2023.12 IBM Quantum 將 Q-CTRL 的錯誤抑制技術（Q-CTRL Embedded）集成到 IBM云量子服務中，用戶只需輕輕開關，就能降低錯誤率。資料來源：信通院，國投證券

240、研究中心 IBMIBM 在量子計算云平臺領域扮演著舉足輕重的角色在量子計算云平臺領域扮演著舉足輕重的角色。2016 年 5 月，IBM 推出了量子計算云平臺 IBM Quantum Experience，用戶可以通過該云平臺在 IBM 的量子處理器上運行算法和實驗，這是全球范圍內量子計算云服務的開端。2021 年 3 月，IBM Quantum Composer 和 IBM Quantum Lab 取代了 IBM Quantum Experience。IBM Quantum Composer 是一個圖形化的量子編程工具，允許用戶操作來構建量子電路并在真實的量子硬件或模擬器上運行它們。而在Qua

241、ntum Lab 中，用戶可以在 Jupyter Notebook 環境中編寫結合 Qiskit 代碼、方程、可視化和敘述文本的腳本，在真正的量子硬件或模擬器上運行代碼，從任何地方存儲、訪問和管理文件。截至目前（2024.4.21），IBM 最受歡迎的軟件包 Qiskit 下載量已超 669 萬。IBM 全球網絡架構比較靈活，主要分布在美洲、歐洲和亞太地區，其中，美國、德國、加拿大和日本已經部署量子計算機服務器，而韓國、西班牙即將部署量子計算機服務器。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。66 圖圖77.77.IBM Quantum

242、 ComposerIBM Quantum Composer 操作界面操作界面 資料來源：公司官網，國投證券研究中心 本源量子作為國內量子計算云平臺的重要參與者，不斷推動著相關技術的發展與前進。本源量子作為國內量子計算云平臺的重要參與者，不斷推動著相關技術的發展與前進。2017年 10 月，本源量子聯合中科院量子信息重點實驗室發布基于半導體量子芯片的量子計算云平臺，平臺同時采用了超導量子芯片，包含一個最大支持 30 位的量子仿真器，實現國內首個圖形化量子編程界面。該平臺的一大突破是推出了全球首款半導體量子芯片編程語言“量子音符”，目的在于通過免費的云服務，擴大公眾對量子計算的認知，并吸引更多的人

243、使用量子編程語言參與開發應用。20242024 年年 1 1 月月 6 6 日，本源日，本源“悟空悟空”正式上線運行正式上線運行。該量子計算機搭載 72 位自主超導量子芯片“悟空芯”，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。根據官網，截至 3 月 25 日，已經獲得了來自全球 115 個國家和地區超 428 萬人次的遠程訪問，累計完成近 16.7 萬個全球量子計算任務。圖圖78.78.本源量子云平臺提供的量子計算服務算力資源本源量子云平臺提供的量子計算服務算力資源 圖圖79.79.本源量子悟空超導計算機云平臺操作界面本源量子悟空超導計算機云平臺操作界

244、面 2024.42024.4 資料來源：公司官網，國投證券研究中心 資料來源：公司官網，國投證券研究中心 量子云平臺技術日益成熟，量超融合算力網絡或成為未來新形勢。量子云平臺技術日益成熟，量超融合算力網絡或成為未來新形勢。2023 年 8 月，中國計算機學會主辦的第二屆 CCF 量子計算大會暨量子計算產業峰會在合肥舉辦。中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦在接受采訪時表示，量子計算機和超級計算機的“量超融合”可實現量子、經典算力互補，加快量子行業生態建設。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。67“量超融合”是指將量子計算和經

245、典超級計算機協同工作，實現量子算力和經典算力異構融“量超融合”是指將量子計算和經典超級計算機協同工作，實現量子算力和經典算力異構融合。合?！傲砍诤稀笔橇孔佑嬎?經典計算混合協作的新型計算架構。它將量子計算機的強大并行處理能力和超級計算機的高效數值計算能力結合，使得適合量子計算的任務得到量子加速，而其他任務則由超級計算機處理，從而大幅提升計算效率，也便于推動其在產業應用中不斷迭代。根據具體應用算法的特點，量子計算可根本性加速其中的關鍵步驟，協同經典超級計算顯著提高復雜問題求解效率，甚至是解算經典計算無法解算的難題?！傲砍诤稀币殉蔀樗懔Πl展的必然趨勢。圖圖80.80.云計算架構演進與算力網絡云

246、計算架構演進與算力網絡 資料來源：本源量子官網，國投證券研究中心 中微達信開發全新融合計算測控單元，量超融合取得顯著進展。中微達信開發全新融合計算測控單元，量超融合取得顯著進展。2023 年 8 月，中微達信與信大協同開發，在國內首次推出適用于經典超級計算機、支持多路量子操控和讀出的全新“量超協同”的融合計算測控單元，通過與經典計算單元的深度融合，可極大地降低經典-量子算力之間的協作延遲（降低百倍以上），且可實現分布式的量子測控，從而雙向發揮量子計算機和經典超級計算機的各自優勢，讓量子計算與經典超算實現高效協同來完成異構計算任務。圖圖81.81.中微達信經典中微達信經典+量子融合計算測控組件量

247、子融合計算測控組件 資料來源：公司官網，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。68 全球發力推動量超融合技術發展，政策和項目陸續出臺，其中歐洲多個超算中心已開展了量全球發力推動量超融合技術發展，政策和項目陸續出臺，其中歐洲多個超算中心已開展了量子子-經典計算系統的研發。經典計算系統的研發。2022 年 1 月，法國法國政府宣布啟動全國量子計算平臺，將以 CEA 運行的超大型計算中心（TGCC）為載體，與傳統計算機系統和量子計算機交互操作，平臺將供國際社會的研究機構、初創企業和行業合作伙伴使用。西班牙：西班牙：巴塞羅

248、那超級計算中心（BSC）為研究基于張量網絡的大規模量子電路開發了一個高性能計算機群（HPC）模擬器，提出使用機器學習工具對混合量子-經典電路進行算法優化。應用小型量子電路的優化來研究凝聚態系統的物理特性，并計劃安裝量子硬件以開發真正的混合-量子計算的系統。德國：德國：尤利希超級計算中心（JSC）和萊布尼茨超算中心（LRZ）均已將量子計算納入中心業務，2022 年 1 月，尤利希超級計算中心（JSC）購入的 D-Wave 量子退火機已投入使用，為德國（以及歐洲地區）的研究人員們提供基于云端的各種量子系統的訪問權限。2021 年 3 月，萊布尼茨超算中心（LRZ）成立了量子集成中心(QIC)，以進

249、一步開展混合量子-經典系統的集成研究，并向法國 Atos 公司訂購了量子學習機，同英特爾密切合作，以提高量子系統的擴展性。美國：美國：2023 年，美國國家超級計算機應用中心與 NVIDIA 合作，開發新的混合量子計算資源。2024 年 2 月，Rigetti 宣布將和英國的量子糾錯技術公司 Riverlane 一起參與由美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)領導的一個項目，該項目旨在探索將量子計算機集成到大型超級計算機中心所面臨的挑戰。中國：中國：2024 年 3 月，國務院總理李強在政府工作報告中提到，“適度超前建設數字基礎設施，加快形成全國一體化算力體系，培育算力產業生態”。安徽省在量超

250、融合方面走在前列。2023 年 10 月，安徽合肥開建超量融合計算中心，部署了 2 臺超導量子計算機和 1 臺離子阱量子計算機。2024 年 4 月，本源量子、國盾量子、國儀量子中標合肥超量融合計算中心招標項目。2023 年 12 月，安徽省數據資源管理局印發安徽省數字基礎設施建設發展三年行動方案（20232025 年），此次行動方案的發展目標明確指出，布局量子信息基礎設施，其中量子通信網的節點數，將從 2022 年的 180 個提升至 2025 年的 350 個。除推動量子通信網絡建設及其在多領域的應用外，行動方案還將推動量子計算的研究和應用進展，協同攻關解決卡脖子問題，開展超量融合與量子計

251、算云服務等。本源量子和上海超級計算中心合作，在國內開拓“量超融合”的先例本源量子和上海超級計算中心合作，在國內開拓“量超融合”的先例。二者通過合作積極探索量子計算機和經典計算機融合，更好地服務產業發展（上海超級計算中心是是國內首家面向全社會開放的高端計算平臺，由“魔方 III”（峰值計算速度 3400TFlops）和“魔盒”（峰值計算速度 100PFLOPSFP16）兩臺超級計算機對外提供高性能計算和人工智能計算服務。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。69 圖圖82.82.上海計算中心超級計算機“魔盒”和“魔方上海計算中心超級計

252、算機“魔盒”和“魔方 IIIIII”資料來源：公司官網，國投證券研究中心 巢湖明月超級計算機項目計劃與量子計算機深度融合，安徽推動量超融合計算邁出重要步伐。巢湖明月超級計算機項目計劃與量子計算機深度融合，安徽推動量超融合計算邁出重要步伐。安徽從 2022 年起開始籌劃如何讓代表下一代先進計算能力的量子計算機，與超級計算機巢湖明月合體，深度融合量子計算與超級計算。量超融合項目將在巢湖明月超級計算機基礎上，部署 3 臺量子計算機，包括 2 臺超導量子計算機，1 臺離子阱量子計算機。同時安裝配套量子計算機操作系統和量超融合計算云平臺，并開發相應的算法軟件。本源量子將提供一臺“本源悟空”超導量子計算機

253、、一套超量融合系統及相應配套的軟硬件設施的建設，國盾量子將提供一臺超導量子計算機、超量融合系統及相應配套的軟硬件設施，國儀量子將提供一臺離子阱量子計算機、超量融合系統及相應配套的軟硬件設施的建設。圖圖83.83.“巢湖明月”超級計算機“巢湖明月”超級計算機 資料來源：公司官網，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。70 2.5.2.5.量子計算展望：科技巨頭明確發展路線圖量子計算展望：科技巨頭明確發展路線圖 在在 IBM 2023 Think IBM 2023 Think 大會大會上，上，IBMIBM 推出更新后的

254、量子計算路線圖。推出更新后的量子計算路線圖。IBM 作為經典計算機產業的核心企業，希望在新一代量子計算產業中繼續穩固其地位。IBM 擁有優秀的微納加工的技術，因此在量子計算系統物理實現的路線上選擇了超導量子技術。如今，IBM 的量子計算機 Quantum System One 不僅部署在美國，還部署到了德國和日本。無論是前沿技術研究還是產業化發展，IBM 都是擁有完整量子計算機生態體系的“藍色巨人”。圖圖84.84.IBM RoadmapIBM Roadmap 資料來源：IBM 官網，國投證券研究中心 表表2121：IBMIBM 路線圖解讀路線圖解讀 時間節點時間節點 階段特點階段特點 相關內

255、容相關內容 2023 100+quibts 推出 Condor 處理器，實現 1121quibts（錯誤率較高）推出 Eagle 處理器，實現 127quibts 提前推出 Heron 處理器，實現 133quibts（133*3）（Heron 在 2023 年 12 月發布，領先 Development Roadmap 進度）2024 100+quibts Heron 處理器將能運行 5,000gates 推出 Flamingo 處理器，實現 156quibts（將 2022 年 Roadmap 中的 1386+quibts更改為 156*7quibts）推出 Crossbill 處理器，實

256、現 408quibts（將 2022 年 Roadmap 中預計 2025 發布提前至 2024 年發布）2025-2026 1000+quibts Flamingo 處理器將逐步實現 5000gates、7500gates 運行 推出 Kookaburra 處理器，實現 1386quibts（2023 年 Roadmap 明確為 1386*3quibts)實現以量子為中心的超級計算機 2027 1000+quibts 10,000gates Flamingo 處理器將實現 10,000gates 運行 推出 Cockatoo 處理器 2028-2029 200quibts 100milion

257、 gates Flamingo 處理器將實現 15,000gates 運行 推出 Starling 處理器，實現 200quibts，運行 100milion gates（將 2022 年10k-100kquibts 明確為 200quibts）2030+2000quibts 1bilion gates 推出 Blue Jay 處理器（屬于 100,000-quibts system），將實現 2,000quibts 系統，運行 1bilion gates 預計將于 2033 年實現 100,000 量子中心超級計算機 來源：IBM 官網，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算

258、機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。71 谷歌量子計算路線圖明確了谷歌量子計算路線圖明確了 6 6 個重要節點。個重要節點。谷歌在人工智能、機器學習、深度學習領域引領了一個時代，在新的量子時代，谷歌希望延續引領技術革命。谷歌量子計算項目創立于 2006年，最初專注于軟件。2014 年，谷歌與加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校 John Martinis 教授團隊合作研究量子計算硬件，該團隊于 2019 年成功以名為“懸鈴木”的處理器構建的量子計算系統實現了其宣稱的“量子霸權”(quantum supremacy)。2021 年 5 月，谷歌建成了新的量子人工智能園區(Qu

259、antum AI Campus)，園區包括其第一個量子數據中心、量子硬件研究實驗室和量子處理器芯片制造設施。路線解讀來看，路線解讀來看，谷歌將構建實用化量子計算機的道路劃分成了六個步驟：量子計算優越性是第一步；2023 年驗證量子糾錯碼性能隨著編碼規模增加而增強是第二步；它的終點（第六個步驟）預計是到 2029 年，由一百萬個物理量子比特實現可糾錯的量子計算。圖圖85.85.Google RoadmapGoogle Roadmap 資料來源：公司官網，國投證券研究中心 霍尼韋爾發布霍尼韋爾發布 1010 年量子計算路線圖，向商業化邁進。年量子計算路線圖，向商業化邁進?；裟犴f爾是總部位于美國的財

260、富 100強科技巨頭,業務涉及航空、建筑技術、高性能材料、安全和生產解決方案等領域?；裟犴f爾目前擁有一支由 150 多名科學家、工程師、軟件開發人員和功能專業人士組成的跨學科團隊，致力于推進量子計算和解決跨行業的實際企業問題。2021 年 6 月，霍尼韋爾和劍橋量子計算(COC)公司宣布組建新的獨立量子計算公司，預計于 2021 年第三季度完成合并?；裟犴f爾量子計算系統采用離子阱技術，是離子阱技術路線的佼佼者。2020 年 6 月，霍尼韋爾發布了量子計算系統 Model H0，四個月后發布了 Model H1 保持實驗測得的最高量子體積(OV1024)記錄?；裟犴f爾建立了很多合作伙伴關系共同推

261、進量子計算產業化應用，包括摩根大通、默克、DHL、寶馬、新日鐵、三星等。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。72 路線解讀來看，路線解讀來看，在霍尼韋爾的未來十年整體量子路線圖中，其計劃從 10 個量子比特到 40 個量子比特，并向下一代容錯、可大規模部署的設備邁進?；裟犴f爾還表示，量子計算路線圖表現了其對于量子業務實現商業規模的信心，霍尼韋爾將會基于云服務模式，為企業客戶提供使用霍尼韋爾現有最先進系統。圖圖86.86.Honeywell RoadmapHoneywell Roadmap 資料來源：公司官網，國投證券研究中心 Ri

262、gettiRigetti 的量子計算路線圖體現其實現“量子優勢”這一目標的決心。的量子計算路線圖體現其實現“量子優勢”這一目標的決心。Rigetti 是一家美國的量子計算初創公司,創立于 2013 年,創始人 ChadRigetti 是一位物理學家，曾在 IBM 從事量子計算機工作。Rigetti 自主開發超導量子處理器(OPU),公司還開發了 Forest 量子編程框架,使程序員能夠編寫量子算法，并且提供量子云服務(QCS)，其機器可以集成到任何公有云、私有云和混合云中。2017 年，Rigetti 的 Fab-l 工廠投入使用，是世界上第一家商用量子集成電路晶圓廠。路線解讀來看，路線解讀來

263、看，2025 年推出 1000+量子比特的處理器 QPU，2027 年推出 4000+量子比特的處理器 QPU。這兩個 QPU 由多個 84 量子比特芯片組成，在載體襯底上組裝更多的芯片，可能達到幾十個。為了實現更高的量子比特數量，4000+QPU 將會利用多個制冷機，這很可能是一種分布式量子計算機。盡管 Rigetti 預計在此期間不會增加 Ankaa 芯片上的量子比特數量，但他們很可能會在隨后的修訂中繼續完善它，以便在門保真度、相干時間和其他參數方面提供持續改進。他們還需要實現更大的稀釋制冷機，改進 flex I/O，并為這些更高的容量提供下一代控制系統。行業深度分析行業深度分析/計算機計

264、算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。73 圖圖87.87.Rigetti RoadmapRigetti Roadmap 資料來源：公司官網，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。74 3.3.量子通信：量子技術實現密鑰分發，信息安全的堅固之盾量子通信：量子技術實現密鑰分發，信息安全的堅固之盾 3.1.3.1.量子通信原理：利用量子技術實現密鑰分發量子通信原理：利用量子技術實現密鑰分發 傳統基于傳統基于 RSARSA 算法的密鑰分發過程在量子計算時代存在安全風險。算法的密鑰分發過程在量子

265、計算時代存在安全風險。當前在通信加密的過程中，經常采用基于非對稱加密的算法如 RSA 實現身份認證和后續的對稱加密密鑰分發。這一技術構成了當前數字簽名的基礎。而在量子計算時代，由于 Shor 算法利用量子傅里葉變換和疊加態的原理，可以實現對大數質因數分解的指數級加速，從而在密鑰分發環節，基于傳統 RSA算法的密鑰分發和數字簽名技術，在量子計算時代存在較大的安全風險。量子保密通信應運而生，實現量子形態的密鑰分發。量子保密通信應運而生，實現量子形態的密鑰分發。量子密鑰分發是一種通過量子力學原理實現加密通信的方法。在量子密鑰分發中，發送方利用量子糾纏的特性，向接收方發送一串隨機的單光子，接收方通過測

266、量這些光子的狀態，可以得到一串隨機數，這就是密鑰。由于量子糾纏的特性，任何試圖竊取信息的第三方都會導致量子態的崩潰，因此這個過程是絕對安全的。接收方利用這個密鑰進行加密和解密，從而實現保密通信。目前，量子密鑰分發已經被商業化并在實際應用中發揮了作用，例如金融、政府和軍事領域。圖圖88.88.量子密鑰分發設備示意圖量子密鑰分發設備示意圖 資料來源：國盾量子招股說明書，國投證券研究中心 BB84BB84 協議保障量子密鑰分發過程，目前成為業界共識。協議保障量子密鑰分發過程，目前成為業界共識。BB84 協議是一種量子密鑰分發協議，由 Charles H.Bennett 和 Gilles Brassa

267、rd 在 1984 年提出,是目前被廣泛應用于量子密碼學領域的一種協議。簡要來說，BB84BB84 協議操作過程中同時利用了量子信道和經典信道：協議操作過程中同時利用了量子信道和經典信道：在量子信道部分量子信道部分：1）Alice 發送隨機的量子比特串給 Bob。Alice 隨機選擇四種偏振片，制備不同偏振狀態的光量子，得到足夠多的隨機量子比特并將其發送給 Bob；2）Bob 隨機選擇測量基測量量子比特。由于 Bob 并不知道光量子是由發送端那一種測量基編碼的，所以他也只能隨機選擇測量基來進行測量。當選擇正確的測量基時，測量的結果正確。當使用錯誤的測量結果時，測量結果錯誤。行業深度分析行業深度

268、分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。75 在經典信道部分：在經典信道部分：3）Bob 將使用的測量基發送給 Alice；4）Alice 將接收的測量基與使用的測量基進行比較，并通過信息告訴 Bob 哪些位置的測量基是正確的；5）Bob 根據 Alice 的消息剔除錯誤的量子比特，并將選擇少部分正確的測量結果告訴 Alice；6）Alice 確認 Bob 測量結果的正確性。若錯誤，則說明存在量子信道可能存在竊聽，停止通信或者返回第 1）步（由于實際的量子信道中也存在噪聲，因此會根據一個錯誤率閾值判斷是否竊聽和停止通信）。若正確，剔除部分的量子比特，剩下

269、的二進制串作為最終的密鑰。并發送確認信息給 Bob。7）Bob 收到確認信息。同樣剔除部分的量子比特，剩下的二進制串作為最終的密鑰。如果如果 EveEve 在量子信道中旁路竊聽在量子信道中旁路竊聽，由于量子不可克隆，因此 Eve 無法復制出一份相同的量子比特副本；如果他在量子信道中直接測量光量子，由于 Eve 不知正確的測量基，他也會隨機選擇，有 50%的概率選擇正確，50%的概率選擇錯誤。若選擇的測量基錯誤，測量結果錯誤，同時光量子的偏振態發生改變。當協議的步驟由 2）執行到 6）時，Alice 將發現到量子信道的竊聽，那么她將終止這一過程。如果在經典信道進行竊聽如果在經典信道進行竊聽，實際

270、上也是無效的。即使 Eve 知道了測量基信息（步驟 3），然而由于量子不可克隆，無法得到正確的量子比特串副本。由以上分析可知，BB84 協議基于量子不可克隆等原理，實現安全的密鑰分配過程。圖圖89.89.量子密鑰分發量子密鑰分發 BB84BB84 協議示意圖協議示意圖 資料來源：Bennett C H,Brassard G.Quantum cryptography:Public key distribution and coin tossing，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。76 量子量子保密保密通信從理論

271、探索通信從理論探索轉向轉向實際應用實際應用，逐漸進入產業化成熟期。，逐漸進入產業化成熟期。自 1984 年 BB84 協議的提出為量子密鑰分發奠定了理論基礎以來，量子通信領域經歷了多個重要的發展節點。從 1989年首個量子密鑰分發實驗的成功，到 2016 年中國“墨子號”量子科學實驗衛星的發射，再到京滬干線的建成，每一步都標志著量子通信技術的進步和實用化。特別是 2021 年構建的超4600 公里的量子通信網絡，不僅展示了量子通信技術的巨大潛力，也為未來全球廣域量子通信網絡的形成奠定了基礎。這些發展不僅彰顯了量子通信技術的科學價值，也突顯了中國在這一領域的領先地位。隨著技術的不斷進步，量子通信

272、有望在全球范圍內實現更廣泛的應用，為通信安全提供強有力的保障。圖圖90.90.量子通信技術發展歷程量子通信技術發展歷程 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用研究報告 2018，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。77 3.2.3.2.量子通信產業鏈：量子通信產業鏈：QKDQKD 是核心設備，關基行業率先落地是核心設備，關基行業率先落地 量子通信產業上游：芯片量子通信產業上游：芯片+光源光源+單光子探測器單光子探測器+量子隨機數發生器量子隨機數發生器，多種核心器件構筑產業，多種核心器件構筑產業上游。上游。量子通信

273、的核心器件與材料的涵蓋囊括了關鍵的技術組成部分。首要的是先進的量子芯片技術，作為整個產業鏈的基礎，包括數據處理類芯片、電學芯片和光學芯片。光源則成為量子通信不可或缺的關鍵組件，作為載體，經過對其量子狀態的調制操作后，可攜帶量子信息在不同通信節點間中進行信息傳輸和共享。在通信接收端，單光子探測器發揮著至關重要的作用，確保對量子信息的精準檢測。量子隨機數發生器是保障通信不可預測性的關鍵工具。此外，其他核心器件如 PPLN（周期極化鈮酸鋰）晶體、PPLN（周期極化鈮酸鋰）波導、光纖光纜等元件同樣在上游產業鏈中發揮著關鍵作用。這些核心器件和材料為量子通信與安全產業鏈的上游提供了創新動力，為實現更安全、

274、更高效的量子通信系統奠定了堅實基礎。表表2222：量子保密通信上游量子保密通信上游產業產業及主要及主要公司公司 技術技術 基本情況基本情況 部分公司部分公司 芯片 數據處理芯片為 FPGA（現場可編程門陣列）芯片通過編程，可以成為實現任意功能的器件。電子學芯片在量子通信中也有所使用，包括模擬信號處理芯片、數模/模數轉換芯片（DAC/ADC）、射頻芯片、存儲芯片等。光學芯片通常指集成了光學功能的芯片，如光波導、光學傳感器等。光源 光源是產生光子的器件或設備，是實現基于量子物理的安全通信的基本元素。不同技術路線下對光源可能有不同的需求，激光器是一種常見的光源的設備。單光子 探測器 單光子探測器可以

275、檢測單個光子的信號強度，并將光信號轉換放大為電信號。在量子通信中，主要探測可見光到近紅外光波長范圍的光信號，探測范圍一般在 400 納米到 1310 納米之間。半導體探測器和超導探測器是兩種常見的單光子探測器類型。量子 隨機數 發生器 量子隨機數發生器（QRNG）已成為商業產品，是QKD 設備中的核心部件。產品成熟度不斷提升，從成本角度來看，已可具備了替代經典隨機數產品的能力。其他 晶體：主要用于生成和調制用于傳輸量子信息的光子。光纖光纜：光纖光纜是量子通信中所使用的一種傳輸介質，低損耗光纖可有效提升量子通信的通信距離和通信速率。資料來源：ICV2024 量子通信與安全產業發展展望，國投證券研

276、究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。78 量子通信產業中游：核心設備量子通信產業中游：核心設備+網絡建設集成網絡建設集成+保密網絡運營，共同構筑產業鏈中游。保密網絡運營，共同構筑產業鏈中游。核心設備涉及到關鍵的量子通信設備，如 QKD 設備、組網設備和網絡管理軟件平臺，這些設備確保信息的安全傳輸。網絡建設集成用于構建高效、安全的量子通信網絡，例如中國的國家骨干網、省骨干網以及城域網。保密網絡運營則包括各運營商參與其中，推動量子通信技術的日常運行與維護。整個中游通過設備、網絡建設和運營的協同作用，為量子通信與安全的發展提供支

277、撐，為實現更安全、高效的通信提供了關鍵保障。量子通信產業中游：量子通信廠商量子通信產業中游：量子通信廠商+運營商運營商+運維商，三大玩家參與市場競爭。運維商，三大玩家參與市場競爭。中游的參與者有國盾量子、國科量子等量子通信公司，因為目前有能力承擔量子通信網絡建設的公司數量還較少，有很多公司在成立之時便獲得了更多的機會，未來業務可以能會細分或剝離，但也可能成為大型、全面的公司。此外，參與者還有移動、聯通和電信三大網絡運營商以及神州信息、中國有線和中國衛星通信集團等傳統運維商，以及亨通光電和中信國安等建設運維商等。表表2323：量子保密通信產業中游及主要量子保密通信產業中游及主要公司公司 技術技術

278、 基本情況基本情況 部分公司部分公司 核心設備 主要包括量子密鑰分發（QKD）設備、組網設備和網絡管理軟件平臺。QKD 設備的商業化產品當前主要為 DV-QKD（離散變量量子密鑰分發）和CVQKD（連續變量量子密鑰分發）兩大類。組網設備和網絡管理軟件平臺包括信道交換類、數據處理類及網絡管理軟件平臺。網絡建設集成 全球大部分 QKD 網絡建設依托現有光纖通信網絡，通過選擇一些合適的點位，在機房中布設QKD 發送端和接收端設備。保密網絡運營 運營層主要負責管理和協調整個量子網絡的運作。這包括監控網絡狀態、調度量子信號的傳輸、維護網絡安全性和穩定性。在運營層，重要的工作還包括處理密鑰管理和分發、優化

279、網絡資源分配以及故障檢測和響應。資料來源：ICV2024 量子通信與安全產業發展展望，國投證券研究中心 量子通信產業主要產品和設備：量子通信產業主要產品和設備：量子保密通信產業主要由量子光源、單光子探測器、量子密鑰分發設備、量子安全路由器、量子交換機、量子隨機數發生器、量子衛星地面站、移動加密產品等收發設備構成。量子光源：量子光源：在量子通信中，量子信號起著重要作用，而量子信號的編碼、傳輸和檢測等技術都依賴于信號的量子特性，因此，量子通信技術的實現必須獲得穩定可靠的量子光源。量子光源主要分為：單光子光源、連續變量光源和糾纏態光源。其中，連續變量光源又分為相干態光源和壓縮態光源；糾纏態光源又分為

280、光子對糾纏和多光子糾纏。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。79 圖圖91.91.量子光源量子光源 資料來源：ICV2022 全球量子通信產業發展報告，國投證券研究中心 單光子探測器：單光子探測器：單光子探測器是一種超低噪聲器件，增強的靈敏度使其能夠探測到光的最小能量量子光子。單光子探測器可以對單個光子進行探測和計數，在許多可獲得的信號強度僅為幾個光子能量級的新興應用中，單光子探測器發揮重要作用。在生物光子學、醫學影像、非破壞性材料檢查、國土安全與監視、軍事視覺與導航、量子成像以及加密系統等領域有廣泛應用。圖圖92.92.單光子探

281、測器單光子探測器 資料來源：ICV2022 全球量子通信產業發展報告，國投證券研究中心 QKDQKD 設備：設備：量子密鑰分發（QKD）是量子保密通信的核心產品。負責量子密鑰的產生和分發。QKD 設備的研制門檻較高，全球僅少數研發團隊能夠提供，例如國盾量子、問天量子、啟科量子、IDQ 等。圖圖93.93.QKDQKD 設備設備 資料來源：ICV2022 全球量子通信產業發展報告，國投證券研究中心 量子安全路由器：量子安全路由器：量子安全路由器作為量子保密通信解決方案中的核心應用設備，將量子密鑰與經典網絡設備融合，同時實現了經典通信的加密和路由交換功能，為用戶搭建端到端電信級穩定、高速的量子加密

282、應用網絡。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。80 圖圖94.94.量子安全路由器量子安全路由器 資料來源：ICV2022 全球量子通信產業發展報告，國投證券研究中心 量子交換機：量子交換機：光量子交換機設備用于實現量子信道時分復用，是量子密鑰分發網絡組網的重要產品。光量子交換機系列產品包括兩種不同類型的光量子交換設備，矩陣型光量子交換機和全通型光量子交換機。矩陣型光量子交換機采用交叉式光纖鏈路交換，該類型的光量子交換機多用于量子密鑰中繼內部，實現密鑰分發終端的擴容與備份；全通型光量子交換機支持多通道光纖鏈路連接，每個通道與其他通

283、道間均可實現互連，適用于多用戶量子保密通信局域網或城域網絡。圖圖95.95.量子交換機量子交換機 資料來源：ICV2022 全球量子通信產業發展報告，國投證券研究中心 量子計算機發生器：量子計算機發生器：隨機數是影響通信安全和通信系統可靠性至關重要的因素。隨機數是由隨機數發生器產生的，隨機數發生器可以分為三類：偽隨機數發生器、基于經典物理和物理隨機數發生器和基于量子物理的量子隨機數發生器。與前兩類相比，量子隨機數具有真正的不可預測性。目前主要量子通信公司幾乎都在開發量子隨機數發生器。圖圖96.96.量子隨機數發生器量子隨機數發生器 資料來源：ICV2022 全球量子通信產業發展報告，國投證券研

284、究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。81 量子衛星地面站：量子衛星地面站：在星地量子密鑰分發中，地面站起到了接收衛星數據的作用。隨著技術快速進步，量子衛星地面站已經實現了可移動和小型化。該小型化量子衛星地面站是國盾量子與中國科學技術大學合作研發的具有完全知識產權的衛星 QKD 地面站產品。該系列產品基于衛星平臺自由空間量子通信技術，在原墨子號地面站光機系統的經驗基礎上設計改造，將原有地面站光機系統的大、重、不可移動，需遠離城市背景光，轉變為現在的口徑小、重量輕、體積小，可快速移動部署，適應城市背景光，能夠實現精確捕獲跟瞄量

285、子衛星，實現量子信號高效耦合。圖圖97.97.量子衛星地面站量子衛星地面站 資料來源：ICV2022 全球量子通信產業發展報告，國投證券研究中心 移動加密應用產品：移動加密應用產品：隨著量子技術的不斷發展，相關量子通信產品已經逐漸走向普惠消費者，特別是移動加密應用產品，包括量子安全服務移動平臺、量子安全 U 盾、量子安全加密卡產品、量子密鑰充注機、量子安全手機等。圖圖98.98.移動加密應用產品移動加密應用產品 資料來源：ICV2022 全球量子通信產業發展報告，國投證券研究中心 量子通信產業競爭格局：參與廠商較為多元，共同推進量子產業發展。量子通信產業競爭格局：參與廠商較為多元，共同推進量子

286、產業發展。量子保密通信產業鏈的主要市場玩家呈現出多元化的競爭格局。隨著技術的不斷發展和市場的逐步成熟，各方將在技術創新、產品研發、應用推廣等方面持續展開競爭和合作，共同推動量子保密通信產業的發展。核心器件方面，核心器件方面，國盾量子、問天量子等國內企業具有較為明顯的優勢，已成功研發出多種量子保密通信核心器件，并在國內外市場占據一定份額。此外，歐美企業如 ID Quantique、Quantum Xchange 等也在核心器件領域具有較強的競爭力。系統集成方面，系統集成方面，中國電信、中國移動、中國聯通等國內大型通信企業，以及華為、中興等通信設備制造商，在量子保密通信系統集成方面具有較強實力。這

287、些企業具備豐富的網絡建設經驗和客戶資源，有助于推動量子保密通信技術在實際應用中的落地。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。82 網絡建設方面，網絡建設方面，量子保密通信網絡建設主要依賴于國家政策支持和資金投入。在中國，量子保密通信城域網、廣域網的建設已取得顯著成果，如“京滬干線”、“墨子號”量子科學實驗衛星等。此外，歐美國家如美國、瑞士、奧地利等也在積極推動量子保密通信網絡的建設。應用服務方面，應用服務方面，量子保密通信在金融、軍事、政務等領域的應用前景廣闊。目前，中國銀聯、國家電網、軍事通信等領域的企事業單位已開始嘗試應用量子保

288、密通信技術。同時，歐美國家的一些企業如 BBVA、RWE 等也在探索量子保密通信技術在金融、能源等領域的應用。圖圖99.99.量子保密通信產業鏈量子保密通信產業鏈 資料來源：ICV2022 年全球量子保密通信產業發展報告，國投證券研究中心 量子通信產業下游應用廣泛，多領域均有進展。量子通信產業下游應用廣泛，多領域均有進展。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。在金融領域，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

289、篡改，確保電網運行的穩定性。圖圖100.100.量子保密通信下游應用發展展望量子保密通信下游應用發展展望 圖圖101.101.量子保密通信行業應用量子保密通信行業應用 資料來源：國盾量子招股書，國投證券研究中心 資料來源：國盾量子招股書，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。83 表表2424：量子保密通信下游應用進展量子保密通信下游應用進展 下游行業下游行業 進展進展 國防 美國陸軍授予 QuSecure 公司一份小型企業創新研究第二階段合同，為陸軍用戶開發基于 PQC 的加密技術和解決方案，并確定如何在戰術邊緣

290、使用量子技術 SandboxAQ 企業獲得美國國防信息系統局提供的合同，提供端到端的 PQC 管理解決方案。金融 匯豐銀行與 Quantinuum 簽署一系列探索性項目，此次合作的目標是利用量子計算的力量來增強加密密鑰，同時將其與 PQC 算法相集成。匯豐銀行使用 QKD 的加密形式保護了其專用平臺 HSBC AI Markets 上的一筆交易，將 3000 萬歐元兌換成了美元。電網 中國國網武漢供電公司在武漢經開區供電環網內的配電自動化終端實現了量子加密通信。新安裝的量子加密通信線路，配電箱里添置了一個量子加密通信模塊，加裝在每個配電設備上，通過與電網通信鏈路連通實現量子加密通信 浙江省首座

291、量子+變電站 35 千伏稽山變在紹興老城區投運，該變電站由原 35 千伏城關變經過“無線公網+量子通信”技術改造，將變電站的優先通信變為無線通信，貫通了現有配網量子開關與主網量子+變電站之間的電力信息數據，具備主配網一鍵聯動功能。此次“量子變電站”由國盾量子及參股公司浙江國盾量子電力提供設備及技術支持。通信 法國 Thales 在其移動安全應用和 5G SIM 卡中采用混合加密技術，引入了 PCQ 算法通信。美國 QuSecure 推出具有量子彈性的實時端到端衛星加密通信鏈路。谷歌 Chrome 在其最新版本（版本 116）中推出了一個量子混合密鑰協商機制，添加了抗量子攻擊的X25519Kyb

292、er768 算法。國盾量子推出安全郵件產品國盾密郵，采用“一次一密”的密鑰分發技術，結合高強度國密算法，為用戶提供端到端的郵件安全收發服務。終端 中國電信與華為合作的 Mate60 Pro 手機終端提供量子密話定制功能。中國電信與三星推出三星 W24 Flip 兩款引入中國電信量子密話功能的手機。中國電信發布支持量子密話的天翼鉑頓 S9 手機終端，其中天翼鉑頓 S9 是搭載天通衛星通話芯片的 5G衛星雙模手機。韓國 SKT 與 IDQ、三星電子合作發布 Galaxy Quantum 4 量子通信手機，該手機搭載 QRNG 芯片。資料來源：ICV2024 量子通信與安全產業發展展望，國投證券研究

293、中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。84 3.3.3.3.全球量子通信產業：美國和歐盟積極布局全球量子通信產業：美國和歐盟積極布局 美國：世界首個密鑰分發網絡，率先布局量子保密通信。美國：世界首個密鑰分發網絡，率先布局量子保密通信。美國是最先將量子通信列入國家戰略的國家。2003 年，DARPA 建立世界上第一個量子密鑰分發保密通信網絡。2007 年，美國實現了兩個獨立原子量子糾纏和遠距離量子通信。2016 年，美國航空航天局(NASA)用城市光纖網絡實現量子遠距傳輸。美國國防部高級研究計劃局(DARPA)量子網絡是世界上第

294、一個量子密鑰分發(QKD)網絡，經營在從波士頓到馬薩諸塞州劍橋市的 10 個光節點上，于 2003 年10 月 23 日在 BBN 技術公司的實驗室中全面投入使用，并于 2004 年 6 月通過暗光纖部署在劍橋和波士頓的街道下，并連續運行了 3 年。該項目還創建并部署了世界上第一臺超導納米線單光子探測器。圖圖102.102.DARPADARPA 量子通信網絡量子通信網絡 圖圖103.103.DAPRADAPRA 量子密鑰分發網絡結構量子密鑰分發網絡結構 資料來源：高端裝備產業中心，國投證券研究中心 資料來源：高端裝備產業中心，國投證券研究中心 圖圖104.104.DAPRADAPRA 量子通信

295、網絡建成過程量子通信網絡建成過程 資料來源：高端裝備產業中心，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。85 美國：通信網絡美國：通信網絡+通信干線齊頭并進，為量子網絡發展奠定基礎。通信干線齊頭并進，為量子網絡發展奠定基礎。2012 年，NASA 與澳大利亞 Quintessence Labs 公司合作，提出了建設量子保密通信干線的計劃，該線路從洛杉磯的噴氣推進實驗室延伸到 NASA 的艾姆斯研究中心，涵蓋了星地量子通信和無人機及飛行器的量子通信鏈接。另一方面，2018 年，Quantum Xchange 公司宣布建設

296、了全美首個量子互聯網Phio，從華盛頓到波士頓，沿美國東海岸總長 805 公里。2019 年 4 月，Quantum Xchange與東芝公司合作，將 Phio 網絡的容量翻一番，進一步提升了量子密鑰分發（QKD）網絡的性能和實用性。美國：開展量子網絡鏈路測試，推動量子通信發展。美國：開展量子網絡鏈路測試，推動量子通信發展。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

297、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。美國：技術研發路線陷爭議，未大規模部署，僅開展技術研究。美國：技術研發路線陷爭議，未大規模部署，僅開展技術研究。一方面，美國國家安全局 2020年表示不建議使用 QKD 確保國家安全系統中的數據傳輸。另一方面，美國能源部、哈德遜研究所認為目前 QKD 仍然是量子通信領域最充分的應用。美國從 2003 年建立第一個 QKD網絡，之后發展進程較為緩慢。2007 年，美國實現了兩個獨

298、立原子量子糾纏和遠距離量子通信。2016 年，美國航空航天局用城市光纖網絡實現量子遠距傳輸。2018 年 10 月，美國量子公司 Quantum Xchange 才部署第一個量子密鑰分發實用網絡，支持紐約到新澤西的量子密鑰分發服務。對于美國而言，中國已在 QKD 投入巨額資金，搶占領先地位，要達到中國的規模，必須投入大量的資金。所以發展抗量子密碼被美視為比量子密鑰分發更具成本效益且易于維護的解決方案。圖圖105.105.NASANASA 使用的量子通信設備使用的量子通信設備 圖圖106.106.PhioPhio 洲際量子通信網絡洲際量子通信網絡 資料來源：高端裝備產業中心，國投證券研究中心 資

299、料來源：Quantum XChange 國投證券研究中心 歐盟：集成多種量子密鑰手段，構建量子通信網絡。歐盟：集成多種量子密鑰手段，構建量子通信網絡。歐洲 SECOQC 量子通信網絡由英國、法國、德國、意大利等 12 個歐洲國家的 41 個伙伴小組共同設計研發，2004 年開始建設，2008年在奧地利首都維也納成功建成。該系統集成了多種量子密鑰手段，包含 6 個節點。其組網方式為在每個節點使用多個不同類型量子密鑰分發的收發系統并利用可信中繼進行聯網。SECOQC 量子通信實驗網絡結構中，6 個網絡節點之間通過 8 條點對點量子密鑰分發系統相互連接。SECOQC 量子通信實驗網絡的 8 條鏈路中

300、，有 7 條是光纖信道，最長為 85km，平均鏈路長度為 20-30km，可確保在 25km 光纖鏈路上安全密鑰率每秒鐘超過 1Kb。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。86 圖圖107.107.SECOQCSECOQC 量子通信實驗網絡結構示意圖量子通信實驗網絡結構示意圖 圖圖108.108.SECOQCSECOQC 實驗網絡連接示意圖實驗網絡連接示意圖 資料來源：高端裝備產業研究中心，國投證券研究中心 資料來源：高端裝備產業研究中心，國投證券研究中心 歐盟：光纖融入量子通信網絡，世界首創端到端量子安全通信實驗。歐盟：光纖融入量

301、子通信網絡，世界首創端到端量子安全通信實驗。2014 年，英國在Birmingham、Glasgow、Oxford and York 四所大學設立量子中心用于量子保密通信的研究。同年，英國電信(BT)和東芝兩家公司于東芝研究實驗室，共同在常規光纖通信網絡上整合量子保密技術，首次成功地將量子密碼學搭載于 10Gbps 數據傳輸信號的光纖上傳輸。2016 年底，他們發現量子密鑰分發以及 100Gbps 數據亦可融進同樣的光纖。同時，BT 與東芝歐洲研發中心亦在合作打造量子通信網絡(英國量子網絡)。作為英國投入 2.7 億英鎊的國家量子技術項目的一部分，該計劃在劍橋、布里斯托、倫敦和阿達斯特拉爾科技

302、園之間部署量子保密通信。連接 BT 阿達斯特拉爾科技園和劍橋科技園的線路，2017 年上半年完工。此外，3020 年 11月，英國電信(BT)與劍橋大學附屬公司 Nu Quantum、物聯網網絡安全初創企業 Angoka、量子計算公司 Duality Quantum Photonics 等合作，開始研究在 5G 和聯網汽車安全通信開發方面實現飛躍。英國電信指出，此舉是一項“世界首創”的端到端量子安全通信試驗的一部分，該試驗獲得了由英國研究與創新(UKRI)資助機構提供的 770 萬英鎊資助，為期 36 個月。圖圖109.109.東芝歐洲公司展出的量子通信設備東芝歐洲公司展出的量子通信設備 資料

303、來源：高端裝備產業研究中心，國投證券研究中心 歐盟：歐盟：EuroQCIEuroQCI 項目陸續開展，預計項目陸續開展，預計 20272027 年投入使用。年投入使用。歐洲量子通信基礎設施（EuroQCI）是一個覆蓋整個歐盟及其海外領土的量子通信安全基礎設施。歐盟委員會與所有 27 個歐盟成員國以及歐洲空間局（ESA）合作，設計、開發和部署由地面部分和空間部分組成的 EuroQCI。地面部分依賴于連接國家和跨境戰略站點的光纖通信網絡，而太空部分基于衛星進行建設。EuroQCI 空間部分主要為歐盟委員會與 ESA 合作，基于已有的第一顆原型衛星 Eagle-1 的基礎上制定 EuroQCI 第一

304、代衛星星座的規格，預計該衛星于 2025 年底或 2026 年初發射。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。87 圖圖110.110.歐盟歐盟 EuroQCIEuroQCI 項目地面部分潛在選址項目地面部分潛在選址 資料來源：ICV2024 量子通信與安全產業發展展望，國投證券研究中心 歐盟：緊隨中國位居第二，全面建設部署國家級歐盟：緊隨中國位居第二，全面建設部署國家級 QKDQKD 網絡網絡。政策標準方面，。政策標準方面，2021 年 7 月，歐盟 27 個成員國聯合簽署歐盟量子通信基礎設施協議，共建歐盟量子安全通信基礎設施。20

305、22 年 12 月，歐盟“歐洲量子技術旗艦計劃”發布報告，建議全面建設區域、國家 QKD 網絡的部署。2023 年 8 月，國際標準化組織推出了首套專門針對 QKD 的安全要求標準。建設建設部署方面，部署方面，2022 年 9 月，歐空局 Eagle-1（測試遠程量子密鑰分發 QKD）計劃 2024 年發射集成 QKD 模塊的衛星，這是第一個用于歐洲網絡安全的衛星量子加密系統。2023 年 4 月，歐洲電信標準化協會發布全球首個 QKD 保護輪廓以對制造商提交的 QKD 模塊進行安全認證。對于歐盟而言，對于歐盟而言，“量子安全”最早是由歐洲電信標準化協會于 2015 年發布的 量子安全密碼及其

306、安全性白皮書中提及并由全球沿用的概念和定義。所以歐盟對于量子密鑰分發和抗量子密碼兩條保證量子安全的路線采取同時推進、全面部署的策略。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。88 3.4.3.4.國內量子通信產業：三步走戰略實現全覆蓋國內量子通信產業：三步走戰略實現全覆蓋 中國：明確實施三步走戰略，助力量子通信產業快速發展。中國：明確實施三步走戰略，助力量子通信產業快速發展。中國量子通信的“三步走”戰略主要包括以下幾個階段。1 1）第一步：）第一步：基于現有光纖的城域網，這一階段的目標是建立覆蓋城市范圍的量子通信網絡。中國已經建成了一些

307、規?；某怯蛄孔油ㄐ啪W絡，例如合肥城域量子通信試驗示范網，這是世界上首個規?；孔油ㄐ啪W絡。2 2）第二步：）第二步：基于可信中繼的城際網，在這一階段，中國計劃通過量子中繼器建立城際網絡。量子中繼器能夠解決光子在長距離傳輸中的損耗問題，從而實現更遠距離的量子通信。3 3）第三步：）第三步：基于衛星中轉的洲際網，最后，中國計劃通過衛星中轉實現全球范圍內的量子通信網絡。這包括發射量子科學實驗衛星，如“墨子號”，以實現星地之間的量子通信。這些階段的成功實施，使得中國在量子通信領域取得了顯著的進展，并處于國際領先地位。例如，“墨子號”衛星完成了三大科學實驗任務，并建立了人類歷史上首次洲際量子保密通信。

308、此外，中國還計劃發射更多的量子衛星，以進一步擴展其量子通信網絡。圖圖111.111.量子通信發展三步走戰略量子通信發展三步走戰略 資料來源：國盾量子招股書，國投證券研究中心 骨干網骨干網+城域網建設成果顯著，全長超過城域網建設成果顯著，全長超過 1 1 萬公里。萬公里。2013 年國家發改委批復立項了世界首條量子保密通信干線“京滬干線”，全長 2032 公里，總投資 5.6 億元，沿線的北京、濟南、棗莊、宿州、合肥、上海等地也相繼建成了城域網。2018 年國家發改委批復建設“國家廣域量子保密通信骨干網絡建設一期工程”，建設京漢、漢廣、滬合 3 條量子保密通信骨干網絡,總里程約 3800 公里。

309、當前，根據國科量子官網介紹，國家廣域量子保密通信骨干網絡總長超過 1 萬公里，覆蓋京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、東北等區域的 17 個省市約 80 個城市。此外，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。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。8

310、9 圖圖112.112.中國量子保密通信網絡建設進度中國量子保密通信網絡建設進度 資料來源：國科量子，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。90 表表2525：中國量子保密通信網絡統計（部分）中國量子保密通信網絡統計（部分）時間時間 地點地點 名稱名稱 2009 年 合肥 5 節點全通型量子通信網絡 2009 年 蕪湖 7 節點量子政務網 2009 年 北京 建國 60 周年月餅量子保密熱線 2012 年 合肥 合肥城域量子通信實驗示范網 2012 年 北京 新華社金融信息量子通信試驗網 2012 年 北京 十八大

311、量子安全通信保障 2012 年 合肥-蕪湖“合巢蕪”城際量子通信網 2013 年 濟南 濟南量子通信試驗網 2014 年 合肥 公安量子通信試點工程 2015 年 北京 抗戰勝利 70 周年月餅量子密話及傳輸系統 2017 年 各地“墨子號”量子科學實驗衛星廣成量子密鑰應用平臺 2017 年 北京-上海 量子保密通信“京滬干線”2017 年 南京-蘇州 江蘇省蘇寧量子干線 2017 年 合肥 融合量子安全的合肥政務外網 2017 年 濟南 濟南黨政機關量子通信專用 2017 年 北京 十九大量子安全通信保障 2018 年 武漢-合肥 武合量子保密通信干線 2018 年 武漢 武漢量子保密通信城

312、域網 2018 年 北京 北京量子城域網 2018 年 華東 阿里巴巴 OTN 量子安全加密通信系統 2018 年 上海 陸家嘴金融量子保密通信應用示范網 2021 年 宿州 宿州量子保密通信黨政軍警專用 2019 年 烏魯木齊 烏魯木齊量子保密通信城域網 2020 年 ?？??？诹孔颖Ｃ芡ㄐ懦怯蚓W 建設中 西安 西安量子保密通信城域網 2019 年 貴陽 貴陽市量子保密通信城域網 建設中 中國 國家量子保密通信骨干網（漢廣段、滬合段）2020 年 金華 進化量子保密通信城域網 2020 年 南京 南京江寧區政務網量子通信專網 建設中 成都 成都市電子政務外網（量子保密通信服務試點）建設中 蘇

313、州 蘇州市吳江區電子政務外網量子安全通信 資料來源：ICV，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。91 天地一體量子保密通信網絡蓄勢待發，以星地量子通信為契機促進空間量子科學發展。天地一體量子保密通信網絡蓄勢待發，以星地量子通信為契機促進空間量子科學發展?；谛l星平臺的星地通信方案，具有信道損耗小、接入靈活性高、覆蓋面廣和生存性強等優點，成為量子通信科學研究和實驗探索的熱點方向。2016 年 8 月，中科大聯合航天科技集團等多家單位，成功發射了全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，并在之后 4 年取得一系列國際領先科

314、研實驗成功。2021 年 1 月，中科大 Nature 發文，對基于“墨子號”量子科學實驗衛星和量子保密通信“京滬干線”技術驗證及應用示范項目，驗證天地一體化量子通信組網可行性科研成果進行回顧綜述。通過提升工作頻率、地面站望遠鏡尺寸和耦合效率，使用非平衡選基新協議等改進措施，在理想氣象條件下單軌（約 6 分鐘）星地 QKD 密鑰成碼率比早期結果提升 40 倍，可達 47.8bit/s，每周密鑰生成量的理想化最大值約 36Mbit。圖圖113.113.基于“墨子號”衛星和“京滬干線”天地一體化組網驗證基于“墨子號”衛星和“京滬干線”天地一體化組網驗證 資料來源：信通院量子信息技術發展與應用研究報

315、告 2021，國投證券研究中心 發布世界首顆量子微納衛星“濟南一號”發射，天地一體化廣域量子保密通信網絡初具雛形。發布世界首顆量子微納衛星“濟南一號”發射，天地一體化廣域量子保密通信網絡初具雛形。利用“墨子號”積累的成功經驗,我國研制并發射了世界首顆量子微納衛星“濟南一號”,為構建低成本、實用化的量子星座奠定基礎。同時,地面接收站的重量也已由十幾噸降到 100 kg左右,可初步支持移動量子通信。結合“墨子號”量子衛星與“京滬干線”,我國率先構建了天地一體化廣域量子保密通信網絡的雛形，成為近年來國際量子信息研究的一大標志性事件?！皾弦惶枴碧嵘黠@，量子通信網絡規?；瘧贸蔀榭赡??！皾弦惶枴碧?/p>

316、升明顯，量子通信網絡規?；瘧贸蔀榭赡??！皾弦惶枴弊鳛樯虡I衛星，相對于墨子號，有了進一步的發展?！皾弦惶枴绷孔用荑€分發載荷只有 23 公斤，即使算上整星，也只有 98 公斤，僅是“墨子號”的六分之一，尺寸、功耗大大減小，研發成本和發射成本遠低于“墨子號”。與“濟南一號”配合的地面站，在小型化方面也取得突破性進展，其重量由 12 噸左右降至 100 公斤以下，安裝部署時間由數月降低至數小時?！皾弦惶枴睂⒃械牧孔油ㄐ判诺篮凸馔ㄐ判诺篮隙橐?，可以實時地進行密鑰提取和成碼，時效性比“墨子號”提升了 2-3 個數量級，增加了“濟南一號”實用化前景，同時研發及發射成本也大大降低。隨著“濟南一號”

317、的研發和順利升空，構建低成本、實用化的天地一體化量子保密通信網絡成為可能。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。92 微納衛星微納衛星+小型化地面站，成就星地密鑰分發網絡開端。小型化地面站，成就星地密鑰分發網絡開端。對于完整的空地一體廣域量子通信網絡體系來說，“濟南一號”只是其中低軌衛星網絡的開始。因為，想要最終實現實用化、全球化的量子通信網絡，滿足數目日益增長、現實需求不同的客戶，必須科學布局中高軌量子衛星、低軌量子通信衛星星座和大規模的地面光纖量子通信網絡，根據實際需要，三個體系相互配合。但同時，“濟南一號”又是重要的一大步，它

318、標志著我國將在世界上首次實現標志著我國將在世界上首次實現基于微納衛星和小型化地面站之間的實時星地量子密鑰分發?；谖⒓{衛星和小型化地面站之間的實時星地量子密鑰分發。未來，將會迎來更多的低軌量子密鑰分發終端，可以為全球大約 100 多個用戶提供高頻、安全的量子密鑰服務。圖圖114.114.“低軌微納衛星“低軌微納衛星+小型化地面站”技術路線小型化地面站”技術路線 資料來源：物流學報量子信息科技的發展現狀與展望，墨子沙龍，國投證券研究中心 中國在中國在 QKDQKD 領域領域全球領跑，深耕技術突破與行業應用全球領跑，深耕技術突破與行業應用。當前我國 QKD 相關技術逐漸走入世界前列，并初步形成一條

319、探索型產業鏈。自由空間傳輸方面，以“墨子號”為代表的關鍵工程已實現 1200 千米通信距離的星地量子密鑰分發，標志著我國已率先進入 QKD 廣域網建設領域，向天地一體量子安全網絡逐步演進。中繼光纖網絡方面，光纖量子保密通信骨干網“京滬干線”、中國合肥量子城域網取得突破，通過聯通 8 個核心網站點和 159 個接入網站點向可實用規模的量子保密通信網絡演進，且以成功應用于金融、政務、醫療等多個領域，并有望拓展至四縣一市，接入國家量子骨干網。就目前發展而言，我國將持續深耕量子通信技術，加強量子網絡建設，持續探索量子保密通信行業應用和產業化落地。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國

320、投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。93 3.5.3.5.量子隱形傳態：未來量子互聯網的核心技術量子隱形傳態：未來量子互聯網的核心技術 量子隱形傳態有望成為未來量子計算機組網核心技術，實現真正的量子互聯網。量子隱形傳態有望成為未來量子計算機組網核心技術，實現真正的量子互聯網。量子隱形傳態是以實現量子態的遠程傳輸為目的的一類量子通信協議，將量子糾纏特性作為通信信道使用，從而實現任意未知量子態的傳輸。在量子隱形傳態中，通信前收發雙方事先共享一對相互關聯的粒子，也稱為糾纏粒子。糾纏態本身具有非局域的量子特性，相距很遠的糾纏粒子之間形成了特殊的量子信道。發送端將待傳輸的未知量子態與共享粒子對的

321、本地粒子進行特定的測量后，將測量結果告知接收端。接收端用戶根據這個測量結果對其擁有的粒子進行一次本地的操作后，即可獲得發送端待傳輸的量子態。如圖所示，一對糾纏 EPR 光子對被分發給空間上分處兩地的 Alice 和 Bob。Alice 另外還持有一個處于任意量子態的光子，現在她需要將該量子態（當然也包括編碼在該量子態上的信息）傳輸給 Bob。那么接下來的工作步驟可以概括為：首先，Alice 讓處于未知態的光子與 EPR對在她那里的一個光子進行以 Bell 態為基矢的投影測量；然后通過經典的方法將測量結果告知 Bob；根據 Alice 發布的經典信息，Bob 隨后對他所持有的 EPR 對中另一個

322、光子進行相應的幺正變換，使之變成與 Alice 所要傳輸的未知態完全相同的態，從而達到量子態轉移的效果。圖圖115.115.量子隱形傳態示意圖量子隱形傳態示意圖 資料來源：中國科學院量子信息與量子科技創新研究院，國投證券研究中心 突破多種關鍵技術，突破多種關鍵技術，赫茲速率城域量子隱形傳態成為可能。赫茲速率城域量子隱形傳態成為可能。2023 年，電子科技大學郭光燦院士團隊周強研究組與中科院上海微系統所尤立星團隊合作，在電子科技大學“銀杏一號”城域量子互聯網方面取得了重大進展。研究團隊合作研制出高重頻量子光源、自動化光子全同測控裝置、高性能超導納米線單光子探測器，突破了量子信息載源、量子信道建立

323、、量子信息檢測等技術難題，首次完成“赫茲速率”的城域量子隱形傳態。實現量子互聯網的關鍵任務之一便是在不同量子節點間完成量子信息的傳遞。借助于量子糾纏資源，在量子投影測量和經典通信的輔助下，量子隱形傳態可將未知量子信息進行“離物傳遞”。這次工作建成的“銀杏一號”城域量子互聯網，使用誘騙態時間片量子比特對待傳遞的量子信息進行編碼，在突破許多關鍵技術的基礎上，首次將城域量子隱形傳態的速率提升至赫茲量級。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。94 1 1）高重頻量子糾纏光源：高重頻量子糾纏光源：研究團隊研制出具有自主知識產權的量子糾纏光源，

324、使用單個尾纖耦合周期極化鈮酸鋰波導模塊，實現了 500 MHz 重頻觸發的高質量量子糾纏光源。2 2）自動化光子全同測控裝置：）自動化光子全同測控裝置：為了保障量子隱形傳態的成功，提高貝爾態投影測量效率，需確保來自 Alice 和 Bob 的光子在長距離光纖傳輸后保持全同。研究團隊自主研發出自動化光子全同測控裝置，通過對量子信道中的光子偏振及時延信息進行實時感知，實現了快速響應的光纖信道光子全同穩定測控技術。3 3）高性能超導納米線單光子探測器：）高性能超導納米線單光子探測器：中科院上海微系統所尤立星團隊為實驗系統提供了高探測效率、低暗計數、低時間抖動的高性能超導納米線單光子探測器，用于高效率

325、貝爾態投影測量和光量子態檢測過程。此外，研究團隊分別使用量子態層析及誘騙態方法獲得隱形傳態的保真度均大于經典極限（66.7%），并通過三重符合測量得到量子態傳遞速率為 7.1 Hz，首次實驗驗證了赫茲速率城域量子隱形傳態的可行性。圖圖116.116.“銀杏一號”城域量子互聯網建設場地鳥瞰圖和設計示意圖“銀杏一號”城域量子互聯網建設場地鳥瞰圖和設計示意圖 資料來源：ICV，國投證券研究中心 行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。95 4.4.抗量子密碼：密碼原理的底層創新，應對量子攻擊的新型方案抗量子密碼：密碼原理的底層創新，應對量子

326、攻擊的新型方案 4.1.4.1.量子計算對加密構成威脅，抗量子密碼應運而生量子計算對加密構成威脅，抗量子密碼應運而生 量子計算對現有密碼體系構成威脅。量子計算對現有密碼體系構成威脅。隨著量子計算技術不斷取得突破，算力大幅提升，特別是以 Shor 算法為代表的量子算法提出，有關運算操作在理論上可以實現將質因數分解算法的計算復雜度從指數級向多項式級轉變，這意味著量子計算能夠使得公鑰密鑰的破解實現指數級加速，對現有密碼體系構成威脅?？沽孔用艽a（抗量子密碼（PQCPQC）應運而生，應對量子計算攻擊的新型密碼算法）應運而生，應對量子計算攻擊的新型密碼算法。PQC 是能夠抵抗量子計算對現有密碼算法攻擊的新

327、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。對于對稱密碼算法，盡管量子計算機可能降低現有算法的安全性，但增加參數的長度對維護安全性是有效的。因此，PQC 研究重點是非對稱密碼算法。PQC 與 QKD（量子密鑰分發）有所差異，QKD 設計利用量子物理特性進行密碼的分發，而 PQC 則關注在經典計算機上運行新的密碼算法，使得這類算法即使用量子計算機也無法破壞。表表2626：量子計算對經典密碼體系的影響量子計算對經典密碼體系的影響 密碼算法密碼算法 類型類型 作用作用 量子計算的威脅量子計算的威脅 AES 對稱密鑰 通信加密 增大密鑰長度 SH

328、A-2/SHA-3 哈希密鑰 單向散列加密，完整性保證 輸出長度增加 RSA 公鑰密鑰 數字簽名 密鑰建立 喪失安全性 ECDSA/ECDH 公鑰密鑰 數字簽名 密鑰交換 喪失安全性 DSA 公鑰密鑰 數字簽名 密鑰交換 喪失安全性 資料來源：光子盒公眾號，國投證券研究中心 根據抗量子密碼算法所基于的底層困難問題，主流抗量子密碼算法大致分為根據抗量子密碼算法所基于的底層困難問題，主流抗量子密碼算法大致分為 5 5 類：類：（1）基于格(Lattice-based)的抗量子密碼算法（2）基于哈希(Hash-based)的抗量子密碼算法（3）基于編碼(Code-based)的抗量子密碼算法（4）基

329、于多變量(Multivariate-based)的抗量子密碼算法（5）基于同源(Isogeny-based)的抗量子密碼算法?；诟瘢夯诟瘢焊瘢↙attice）是一種數學結構，定義為一組線性無關的非 0 向量（稱作格基）的整系數線性組合。格密碼的主要數學基礎是格中的兩個困難問題：格的最短矢量問題（SVP）和格的最近矢量問題（CVP）。格是一個困難的問題，并且難度還能控制，滿足了成為密碼學算法核心的必要條件。PQCPQC 算法中，對格的研究是最活躍、最靈活的。算法中，對格的研究是最活躍、最靈活的?；诟竦乃惴ㄔ诎踩?、公私鑰大小、計算速度上可達到較好的平衡。第一，基于格的算法可以實現加密、數字

330、簽名、密鑰交換、屬性加密、函數加密、全同態加密等各類功能的密碼學構造。第二，基于格的算法的安全性依賴于求解格中問題的困難性。這些問題在達到相同的安全強度時，基于格的算法的公私鑰大小比上述其他三種方案更小，計算速度更快，且能被用于構造多種密碼學原語，更適用于真實世界中的應用。因此，基于格的算法被認為是最有前景的 PQC 算法之一。行業深度分析行業深度分析/計算機計算機 本報告版權屬于國投證券股份有限公司，各項聲明請參見報告尾頁。96 基于哈希：基于哈希：基于哈希的簽名算法從 Lamport 提出的一次性簽名方案演變而來，最早由 Ralph Merkle 提出，并使用哈希樹構造?；诠５拿艽a算法

331、僅限用于數字簽名，至今學術界還沒有專家提出基于哈希設計并實現的公鑰加密或密鑰封裝的方案?；诠５臄底趾灻桨傅陌踩砸蕾囉诠Ｋ惴ǖ囊恍┌踩再|，例如單向性（抗原像攻擊）、弱抗碰撞性（抗第二原像攻擊）和偽隨機性等。如果使用的哈希函數被攻破，完全可以構造新的安全的哈希函數來替代，因此基于哈希的簽名是抗量子密碼中理論安全性最強的一類。但是主要有以下兩點缺點：一是簽名體積大；二是對于有狀態的基于哈希的簽名，其所能支持的簽名次數有限，增加簽名數量也將降低計算效率，并進一步增加簽名的體積?；诰幋a：基于編碼：基于編碼的算法 1978 年，其理論依據來源于隨機線性碼的譯碼是困難問題：經過編碼的信息在信道

332、上傳輸，由于噪聲產生錯誤，在接收端通過譯碼算法恢復。其核心在于將一定數量的錯誤碼字引入編碼中，糾正錯誤碼字或計算校驗矩陣的伴隨式是困難的。McEliece提出了首個基于編碼的公鑰加密方案 McEliece 方案，從而開創了基于編碼的密碼學這一研究領域?；诰幋a的密碼算法被認為是抗量子密碼中相對具有競爭力的密碼算法?；诰幋a的密碼算法被認為是抗量子密碼中相對具有競爭力的密碼算法。著名的基于編碼的加密算法是 McEliece，McEliece 使用隨機二進制的不可約 Goppa 碼作為私鑰，公鑰是對私鑰進行變換后的一般線性碼?；诰幋a的密碼通常具有較小的密文，但其缺點是公鑰大、密鑰生成慢，在實用化

333、方面有待提升?；诙嘧兞浚夯诙嘧兞浚夯诙嘧兞康乃惴ㄊ褂糜邢抻蛏暇哂卸鄠€變量的二次多項式組構造加密、簽名、密鑰交換等算法。多變量密碼的安全性依賴于求解非線性方程組的困難程度，即多變量二次多項式問題。該問題被證明為非確定性多項式時間困難。目前沒有已知的經典和量子算法可以快速求解有限域上的多變量方程組?；诙嘧兞康乃惴ㄟm用于一些注重算法效率但不關心基于多變量的算法適用于一些注重算法效率但不關心 帶寬的應用場景帶寬的應用場景。多變量密碼算法相比于其他抗量子密碼算法具有簽名驗簽速度快、消耗資源少的優勢，其缺點是公鑰尺寸大，因此適用于無需頻繁進行公鑰傳輸的應用場景，例如計算和存儲能力受限的物聯網設備等?；谕矗夯谕矗和疵艽a是基于橢圓曲線同源問題的抗量子密碼系統，它基于一個新的困難問題，即尋找任意兩條橢圓曲線之間的同源。2011 年基于超奇異同源的 SIDH 算法被提出，該算法是一個 Dif