1、No.202413中國信息通信研究院2024年12月量子信息技術發展與應用研究報告量子信息技術發展與應用研究報告(2024 年)(2024 年)版權聲明版權聲明本報告版權屬于中國信息通信研究院，并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，應注明本報告版權屬于中國信息通信研究院，并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，應注明“來源：中國信息通信研究院來源：中國信息通信研究院”。違反上述聲明者，本院將追究其相關法律責任。違反上述聲明者，本院將追究其相關法律責任。更名聲明更名聲明原“集智”白皮書更名為“集智”藍皮書?！凹恰彼{皮書將繼續秉承原有的編撰理念和

2、高質量標準，致力于提供有價值的信息和洞見。原“集智”白皮書更名為“集智”藍皮書?！凹恰彼{皮書將繼續秉承原有的編撰理念和高質量標準，致力于提供有價值的信息和洞見。前言前言以量子計算、量子通信、量子精密測量為代表的量子信息技術是量子科技的重要組成部分，也是開辟未來產業新賽道、構建新質生產力，打造創新發展新動能的重要發展方向。量子信息領域基礎研究與應用研究并重，進入科技攻關、工程研發、應用探索和產業培育相互帶動，一體化發展階段。近年來，量子信息技術已成為全球主要國家在前沿科技領域布局的重點方向，政策規劃布局和資金投入力度不斷加大，三大領域基礎研究、實驗探索與技術創新高度活躍，科研亮點成果不斷涌現，

3、系統樣機產品關鍵性能指標持續提升，應用場景探索在諸多行業領域廣泛開展，企業數量增長和市場投融資保持較高水平，技術標準化研究取得階段性成果，供應鏈和產業生態建設成為關注熱點。我國高度重視量子信息領域發展，在政策布局、科研攻關、產品研發、示范應用和產業培育等方面，取得了一系列重要進展和成果。自 2018 年起，中國信息通信研究院持續編寫和年度發布量子信息技術發展與應用研究報告，成為管理部門和業界把握量子信息國內外發展動態和趨勢的重要參考。本報告對近一年來全球量子信息領域的總體發展態勢、最新技術研究與應用進展、行業熱點問題等進行分析探討，希望為凝聚業界發展共識合力持續做出貢獻。目錄目錄一、量子信息領

4、域總體發展態勢.1（一）量子信息技術開辟未來產業發展新賽道.1（二）量子信息科研探索與技術創新高度活躍.3（三）量子信息技術標準研究取得階段性成果.6（四）企業數量增長放緩，投融資保持高水平.9二、量子計算研究與應用進展.14（一）硬件系統多技術路線并行，科研亮點成果涌現.14（二）量子糾錯研究備受關注，距離實用化仍有差距.18（三）軟件與云平臺多元開放發展，成熟度有待提升.21（四）多領域持續探索應用場景，歐美產業生態活躍.25（五）構建測評體系成為熱點，支撐技術與產業發展.29三、量子通信研究與應用進展.33（一）量子密鑰分發科研持續推進，量子衛星受關注.33（二）量子信息網絡是研究熱點，

5、多方推動前沿探索.36（三）量子保密通信應用持續探索，仍存在問題爭議.40（四）抗量子加密標準正式發布，升級遷移逐步啟動.43四、量子精密測量研究與應用進展.47（一）新技術方案不斷涌現，基礎前沿研究亮點紛呈.47（二）歐美加大布局與投資力度，推動重點領域應用.50（三）光鐘性能指標穩步提升，秒定義更新研究啟動.54（四）產業生態構建初具雛形，規模商用仍面臨挑戰.58五、量子信息領域發展與展望.60附錄：量子信息領域國際/國內技術標準.64圖 目 錄圖 目 錄圖 1 量子信息各領域（a）科研論文（b）專利申請年度變化趨勢.4圖 2 量子信息各領域全球科研論文總量前十位國家.4圖 3 量子信息各

6、領域全球科研論文總量前十位機構.5圖 4 量子信息各領域我國專利申請總量前十位省市.6圖 5 量子信息領域企業數量（a）領域分布（b）年度增長趨勢.10圖 6 量子信息領域企業數量（a）國家分布（b）領域/區域對比.11圖 7 量子信息領域獨角獸企業（a）國家分布（b）平均估值.12圖 8 量子信息領域企業投融資事件與金額年度變化趨勢.13圖 9 量子計算主要技術路線核心指標發展趨勢.15圖 10 量子計算軟件技術體系框架.22圖 11 量子計算硬件性能基準測評指標體系.30圖 12 量子計算測評體系 1.0.32圖 13 新型協議 QKD 系統實驗（a）TF-QKD（b）CV-QKD.33圖

7、 14 量子信息網絡實驗（a）城域三節點量子網絡（b）量子存儲器互聯.39圖 15 美國 NIST 抗量子密碼（PQC）標準化歷程.44圖 16 量子精密測量主要技術方案與產品發展成熟度.48圖 17 秒定義更新路線圖任務完成度.56表 目 錄表 1 量子精密測量技術國防領域應用前景概況.52表 2 ITU-T 量子信息領域國際標準.64表 3 ISO/IEC 量子信息領域國際標準.65表 4 ETSI 量子信息領域國際標準.65表 5 TC578 量子信息領域國家標準.66表 6 TC485 量子信息領域國家標準.66表 7 CCSA 量子信息領域行業標準.67表 8 CSTC 量子信息領域

8、行業標準.67表 9 DL/TC27 量子信息領域行業標準.67量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）1一、量子信息領域總體發展態勢（一）量子信息技術開辟未來產業發展新賽道（一）量子信息技術開辟未來產業發展新賽道量子信息技術是量子科技的重要組成部分，通過調控和觀測亞原子尺度的微觀物理系統，利用量子疊加、量子糾纏、量子隧穿等新穎量子物理學現象，實現信息的感知、計算和傳輸。量子信息技術主要包括量子計算、量子通信和量子精密測量三大領域，在提升計算復雜問題運算處理能力、加強信息安全保護能力、提高傳感測量精度等方面，具備超越經典信息技術的潛力，有望帶來改變游戲規則的顛覆性創新，成為加快推動前沿科

9、技領域探索、信息通信技術演進和數字經濟產業發展的新引擎和加速器。量子計算以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現并行計算，有望產生全新計算范式，在計算復雜問題中帶來指數級加速優勢，是未來計算能力跨越式發展的重要方向。當前，量子計算多種技術路線并行發展，原型機工程化研發進展迅速，應用場景探索廣泛開展，產業生態初具雛形?；诹孔蛹m錯實現可支持大規模量子線路運行的邏輯量子比特，以及基于原型機在實際應用問題中實現量子計算加速和量子優越性應用，是下一階段的兩個主要發展目標。量子通信利用量子疊加態或糾纏效應，在經典通信輔助下實現密鑰分發或量子信息傳輸，具有理論協議層面的可證明安全性?；诹孔用荑€

10、分發（QKD）和量子隨機數發生器（QRNG）等方案的量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）2量子保密通信技術已進入實用化階段，新型協議研究與系統實驗持續開展，樣機產品研發和平臺服務探索不斷推進，但實現規?；瘧萌孕柰苿赢a品和服務提質降本?；诹孔与[形傳態、量子存儲中繼和量子態轉換等關鍵技術構建量子信息網絡是未來重要發展方向，科研探索與試驗驗證高度活躍，但技術成熟度有限，實用化仍有很大差距。量子精密測量對外界物理量變化導致的微觀物理系統量子態變化進行調控和觀測，實現高精度傳感測量，精度、靈敏度和穩定性等核心指標比傳統技術有數量級提升。量子精密測量包含多種技術方向和應用領域，技術成熟度與應

11、用發展水平各異，其中微波原子鐘、冷原子重力儀、光量子雷達、量子磁力儀等產品已實現商業化應用，光學原子鐘、原子陀螺儀、里德堡原子天線等主要處于科研攻關和樣機研制階段。量子精密測量應用場景涉及國防軍工、航空航天、生物醫療、地質/資源勘測等眾多領域，產業化前景廣闊。量子信息技術是開辟未來產業新賽道的重要發展方向。當前，量子信息領域已進入科技攻關、工程研發、應用探索和產業培育相互帶動和一體化發展的關鍵階段，加快核心技術攻關、推動科技成果轉化、構建自主產業體系，是培育未來產業競爭力的核心。2024年政府工作報告1提出：制定未來產業發展規劃，開辟量子技術等新賽道，創建一批未來產業先導區。黨的二十屆三中全會

12、審議通過 中共中央關于進一步全面深化改革、推進中國式現代化的決定2提出：1https:/ 年）3完善推動量子科技等戰略性產業發展政策和治理體系，引導新興產業健康有序發展。量子科技發展規劃、細分領域發展布局和未來產業發展行動等政策體系進一步完善3。北京、安徽、廣東、上海、湖北等省市通過布局科技研發項目、設立未來產業基金、支持新型研發機構、建設平臺設施網絡、孵化培育初創企業、提供產品服務采購等多類型舉措，積極推動量子信息未來產業培育和生態建設先行先試。（二）量子信息科研探索與技術創新高度活躍（二）量子信息科研探索與技術創新高度活躍量子信息科學研究和技術創新發展持續加速。量子計算、量子通信、量子精密

13、測量三大領域已成為前沿科技領域熱點方向，此外，由量子計算快速發展引發的密碼破譯威脅使得抗量子加密（PQC）逐步受到重視，PQC 已成為與量子信息密切相關的技術領域。中國信息通信研究院持續跟蹤四大領域的科研與技術創新進展，統計分析相關數據信息為業界提供參考。近十年來，四大領域的科研論文和專利申請數量保持逐年遞增態勢，如圖 1 所示。（a）科研論文（b）專利申請來源：中國信息通信研究院整理（截至 2024 年 10 月）3https:/ 年）4圖 1 量子信息各領域（a）科研論文（b）專利申請年度變化趨勢4科研論文方面，量子計算在量子信息各領域中研究關注度最高，論文數量增長最快，近三年來量子計算領

14、域論文數量已超過其他領域總和。量子通信和量子精密測量領域論文小幅增長，PQC 領域在2018 年之后論文增長加快，研究熱度上升明顯。專利申請方面，量子通信在 2018 年之前數量保持領先，主要得益于量子密鑰分發等方向技術成熟度較高，量子計算自 2019 年起，專利數量增長迅速，在各領域中保持領先，技術創新持續活躍。PQC 領域 2018 年之后專利數量有數量級增長，業界關注度持續提升。來源：中國信息通信研究院整理（截至 2024 年 10 月）圖 2 量子信息各領域全球科研論文總量前十位國家量子信息各領域的全球科研論文總量前十位的國家統計如圖 24科研論文統計基于 WOS 核心數據庫檢索，專利

15、數量統計有滯后效應，近 2 年數據包含預測值。量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）5所示。中、美、德三國在量子信息科研論文數量方面占據前列，在科研成果輸出方面表現突出，日本、英國、印度、法國等國家也具備較強科研實力。量子計算領域，美國論文數量領先優勢較為明顯。量子通信領域，我國論文數量全球占比約為三分之一。量子精密測量和 PQC 領域各國論文數量差距相對不大，分布較為均衡。來源：中國信息通信研究院整理（截至 2024 年 10 月）圖 3 量子信息各領域全球科研論文總量前十位機構量子信息各領域的全球科研論文總量前十位的機構統計如圖3 所示。中國科學院（含下屬院所）、中科大、清華等研究

16、機構和高校，是我國量子信息領域的代表性科研力量。美國能源部下屬國家實驗室、加州大學系統（含分校）、馬里蘭大學系統（含分校）、國家標準技術研究院（NIST）等機構是美國量子信息領域代表性科研力量。歐洲法國國家科學研究中心、瑞士聯邦理工大學、馬克斯普量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）6朗克學會、亥姆霍茲學會等機構也是量子信息領域的科研重鎮。來源：中國信息通信研究院整理（截至 2024 年 10 月）圖 4 量子信息各領域我國專利申請總量前十位省市量子信息各領域我國專利申請總量前十位的省市統計如圖 4所示。北京、安徽、江蘇、廣東、浙江、湖北等地已成為量子信息領域技術創新高地。其中，安徽地

17、區量子計算領域院校和企業聚集度較高，專利數量領先。量子通信和量子精密測量領域，北京專利數量領先，體現出科教資源優勢。PQC 領域浙江企業專利布局較早。（三）量子信息技術標準研究取得階段性成果（三）量子信息技術標準研究取得階段性成果標準對于量子信息科技成果轉化、產品應用推廣和產業生態建設具有重要作用。技術標準通過規范產品和應用的功能及性能一致性，保障安全性和互操作能力，可提升產業鏈分工合作水平與研發效率，降低系統成本，通過行業規范可增強企業市場競爭力和用戶量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）7認可度，引導和促進產業健康發展。量子信息技術標準化也是全球主要國家在發展戰略布局中的關注重點之

18、一。2024 年 7 月，美國白宮發布包含量子信息技術在內的關鍵和新興技術國家標準戰略實施路線圖5，提出增加政府項目支持，加大標準化前期研究投入，提升利益相關者參與度，加強政府機構間和公私部門間溝通協調，開展標準化領導者和人才培養，加強與盟友國家合作，提升國際標準組織影響力，推動標準化評估與認證等戰略目標和具體任務。量子信息三大領域標準發展階段與趨勢各異?；?QKD 系統和網絡的量子保密通信方向技術與應用成熟度較高，標準化進展迅速，量子信息網絡方向仍處于標準化前的研究討論階段。量子計算科研探索和原型機研制發展取得一定進展，處于開放探索和快速迭代階段，技術與應用成熟度有限，當前標準化需求主要集

19、中于統一術語定義、提供表征測試基準、研究系統和平臺功能架構等初級階段。量子精密測量技術路線和應用領域較為分散，且與傳統計量、傳感等應用行業領域關系密切，技術標準化工作主要在各個行業領域分別開展。近年來，隨著量子信息三大領域的原型機研發、產品研制、應用場景探索、網絡與服務平臺建設部署等快速發展，技術標準研制成為業界關注熱點。國際電信聯盟電信標準化部門（ITU-T）、國際標準化組織與國際電工委員會（ISO/IEC）、歐洲電信標準化協會5https:/www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2024/07/USG-NSSCET_Implementation_Rdm

20、ap_v7_23.pdf量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）8（ETSI）等國際標準組織，全國量子計算與測量標準化技術委員會（TC578）、全國通信標準化技術委員會（TC485）等國家級標準委員會、中國通信標準化協會（CCSA）、密碼行業標準化技術委員會（CSTC）、電力行業信息標準化技術委員會（DL/TC27）等行業標準組織，紛紛開展了量子信息技術標準布局，推動標準體系建設并取得階段性成果。量子信息領域已發布的國際標準和國內標準統計見附錄表 2表 9。國際標準方面，ITU-T 已成為量子通信領域的重要標準化平臺，在 QKD 網絡架構、功能、接口、安全性等標準方面開展了大量研究，已發

21、布國際標準 32 項，補編和技術報告 17 項，在研項目 27 項，同時積極開展量子信息網絡標準化預研和國際標準化協調討論，中日韓是 ITU-T 量子通信標準研究的主要推動力量。ETSI 在 QKD 標準化方面長期耕耘，集中了歐洲學術界和產業界代表性機構，在 QKD組件、系統、接口、應用等方面，發布國際標準 16 項，在研項目 13項。ISO/IEC 已發布 2 項 QKD 安全性框架與測試國際標準，1 項量子計算術語國際標準。2024 年 1 月，ISO/IEC 成立量子技術聯合技術委員會（JTC3）6，由英國標準協會（BSI）擔任秘書處，韓國全州大學 Haeseong Lee 教授擔任主席

22、，工作范圍涉及量子信息技術（量子計算和量子模擬）、量子計量、量子源、量子探測器、量子通信和基礎量子技術。目前 JTC3 設立 1 個戰略規劃顧問組和 6 個技術方向6https:/www.iso.org/news/new-joint-committee-quantum-technologies量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）9特設組7，在研項目1 項，未來可能成為量子信息國際標準化重要平臺。國家標準方面，TC578 負責量子計算和量子測量領域，目前已發布國家標準 8 項，其中量子計算領域 1 項，量子測量領域 7 項，在研國家標準項目 7 項，量子計算領域 4 項，量子測量領域

23、3 項。TC485 負責量子通信領域，目前已發布量子保密通信應用基本要求 和 量子通信術語和定義 2 項國家標準，暫無新國家標準項目。行業標準方面，CCSA 是我國量子通信行業標準研究主要平臺，已發布量子保密通信行業標準 13 項，在研行業標準 24 項，協會標準 2 項，研究課題 37 項，初步構建了包含器件、系統、網絡、應用和安全性等方面的量子保密通信技術標準體系，同時積極推動量子計算云平臺和量子測量網絡等量子信息網絡相關標準研究。CSTC從密碼行業角度，制定發布了 2 項 QKD 相關行業標準。DL/TC27基于電力通信領域量子保密通信示范應用實踐，制定發布行業標準1項。（四）企業數量增

24、長放緩，投融資保持高水平（四）企業數量增長放緩，投融資保持高水平企業是量子信息領域的產業創新主體，在推動工程技術研發攻關、科技成果應用轉化、產業生態體系構建等方面發揮重要作用。量子信息企業數量、分布和投融資情況，是觀察量子信息技術產業發展態勢的重要視角，報告對全球量子計算、量子通信、量子精密測量和 PQC 領域相關企業及其投融資情況進行統計分析，為業界提供參考。7https:/www.iso.org/committee/10138914.html量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）10全球量子計算、量子通信、量子測量和 PQC 領域的企業數量及年度增長趨勢如圖 5所示。全球量子信息領

25、域相關企業數量超過600家，量子計算企業數量超 300 家，占比超過一半，量子通信和量子精密測量企業數量相近，均超百家，占比接近 20%，隨著 PQC 標準發布和升級遷移進程啟動，企業數量增長較快，已超過 60 家。（a）領域分布（b）年度增長趨勢來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 10 月）圖 5 量子信息領域企業數量（a）領域分布（b）年度增長趨勢過去十年間，量子信息初創企業數量經歷了一輪爆發式增長，近兩年增速明顯放緩。2017-2021 年是量子信息初創企業快速增長期，每年新增企業 50 余家，2021 年達到峰值，新增初創企業達 66 家。量子信息技術發展與應用研究報告（20

26、24 年）112022 年起企業增速放緩的主要原因包括：全球經濟不確定性和人工智能大模型爆發導致資金緊張，量子信息領域技術攻關和規?；瘧萌悦媾R挑戰，高技術與人才門檻導致新企業玩家難以進入等。（a）國家分布（b）領域分布來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 10 月）圖 6 量子信息領域企業數量（a）國家分布（b）領域/區域對比全球量子信息四大領域企業數量及國家分布情況如圖 6 所示。從國家分布看，美國量子信息企業 176 家，全球占比超四分之一，中國 107 家，數量位居第二，其他國家如加拿大、英國、德國、法國、日本、荷蘭等也擁有較強企業競爭力。從領域分布看，量子計算領域歐美企業數量

27、超過 200 家，全球占比接近三分之二，科技巨頭和初創企業在數量規模和創新能力方面表現突出，產業生態高度集中。量子通信領域我國企業數量領先，全球占比超過三分之一，主要業務涉及量子保密通信產品研發、網絡建設和示范應用等。量子精密測量領域全球企業數量超過百家，歐美企業數量相近，其中有大量國防、機械、電子等領域行業領軍企業，我國量子精密測量量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）12企業在數量規模和產業影響力等方面仍有一定差距。PQC 領域企業整體數量較少，大部分為 2016 年后成立的初創企業，歐美企業數量遠超我國。（a）國家分布（b）平均估值來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 1

28、0 月）圖 7 量子信息領域獨角獸企業（a）國家分布（b）平均估值獨角獸企業8、準獨角獸企業9、上市企業是企業創新能力和增長潛力的重要標志。根據多家機構榜單和估值數據綜合評定，截至 2024年 10 月，全球共有 12 家量子信息領域獨角獸企業，如圖 7 所示。從數量分布看，美國和我國各有 4 家，占比 67%，加拿大、澳大利亞、芬蘭和法國各有一家。從估值水平看，全球量子獨角獸企業總估值超過 200 億美元，其中中美兩國企業占據了超過 90%份額。美國企業以總估值 135 億美元位居首位，平均估值達到 34 億美元，遠高于全球均值的 21 億美元。從領域分布看，10 家獨角獸企業專注于量子計算

29、，占比 80%以上，量子通信和量子精密測量領域各有 1 家8獨角獸企業一般指成立不超過 10 年、估值超過 10 億美元的未上市企業。9準獨角獸企業一般指成立不超過 10 年、估值超過 1 億美元的未上市企業。量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）13獨角獸企業，90%的量子獨角獸企業在 2016 年及之后成立。此外，量子信息領域還有 5 家準獨角獸企業，全部集中在量子計算領域，美國企業 3 家，我國 1 家，西班牙 1 家。上市企業方面，全球有 11家量子信息企業成功上市，平均市值 4.55 億美元，9 家在 2020 年及之后上市。美國量子上市企業最多，共計 4 家，我國和加拿大各

30、有 3家，我國量子上市企業平均市值為 8 億美元，高于美國企業的 5 億美元。來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 10 月）圖 8 量子信息領域企業投融資事件與金額年度變化趨勢全球量子信息企業投融資事件與金額年度變化趨勢如圖 8 所示。過去十年間，量子信息領域產業投融資超千筆，融資金額超百億美元，在經歷 2023 年的回落后，2024 年預計全年融資金額有望保持高水平，體現市場關注熱度。從融資類型看，風險投資是最主要類型，共計 600 余筆，金額超 66 億美元，合同贈予類數量較多，增長較快，量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）14但整體金額較小。從國家分布看，美國量子企業

31、融資超 300 筆，金額超 47 億美元，全球占比近半。我國和加拿大量子企業各有約 80筆融資，規模在 10 億美元以上。從領域分布看，量子計算是吸金熱點，累積融資超 78 億美元，占比近八成，其次量子精密測量融資 12億美元，量子通信和 PQC 融資規模較小，合計約 8.3 億美元。二、量子計算研究與應用進展（一）硬件系統多技術路線并行，科研亮點成果涌現（一）硬件系統多技術路線并行，科研亮點成果涌現量子計算硬件保持超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等多種技術路線并行發展態勢。其中，超導和硅半導體路線利用人造微觀結構二能級系統實現量子比特，也稱人造粒子，而離子阱、中性原子和光量子路線通過

32、操控天然粒子物理狀態構造量子比特。近年來，量子計算硬件科技攻關不斷取得新進展，在比特數量、門保真度、退相干時間、量子體積等核心指標方面持續提升，如圖 9所示。量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）15來源：中國信息通信研究院圖 9 量子計算主要技術路線核心指標發展趨勢超導路線基于超導約瑟夫森結形成二能級系統，在系統擴展性、操控速度、集成電路工藝兼容等方面具有優勢，近年來物理比特數量、邏輯門保真度等指標持續提升，仍是業界各方重點關注的“種子選手”。2023 年 12 月，IBM 發布 1121 位物理比特超導量子處理器 Condor 和 133 位物理比特超導量子處理器 Heron10。

33、2024 年，芬蘭 IQM 實現超導量子芯片 99.91%保真度 CZ 門，T1 和 T2 分別達到0.964ms 和 1.155ms11，成為超導樣機新紀錄。此外，超導量子比特的新構型設計也在持續探索。瑞士 Terra Quantum 提出原子級薄晶體結構的 Flowermon 超導量子比特12，有望提升相干時間，降低制造復雜度。IQM 與慕尼黑大學聯合優化 Transmon 量子比特的參數設計，10https:/ 年）16分析驗證了電荷宇稱切換效應13。合肥實驗室研制 504 位物理比特超導量子計算芯片“驍鴻”14。本源量子上線 72 位物理比特芯片“悟空”15。離子阱路線利用電荷與磁場間

34、的交互作用力約束帶電粒子，構建二能級系統，具有操控精度高、相干時間長、全連接性等優勢，囚禁離子數量、邏輯門保真度等關鍵指標不斷提升，保持較強競爭力。2024 年，美國 Quantinuum 離子阱原型機實現 99.9979%和99.914%的單/雙比特邏輯門保真度，量子體積 1,048,57616，進一步提升了樣機性能。英國 Oxford Ionics 離子阱量子芯片單/雙比特邏輯門保真度分別達到 99.9992%和 99.97%17，成為業界新紀錄。清華大學實現 512 離子二維陣列囚禁和 300 量子比特的量子模擬18。幺正量子發布可穩定囚禁和冷卻 108 個離子的高通光離子阱量子計算工程

35、樣機19。中性原子路線利用光鑷或光晶格捕獲并囚禁原子，激光激發原子里德堡態實現邏輯門操作，在可擴展性、相干時間、操控精度等方面具有優勢，比特規模擴展迅速，成為業界“黑馬”。2023 年 12月，哈佛大學在 280 位中性原子物理比特系統中，分別制備了 1 個13https:/doi.org/10.1038/s41534-024-00860-714https:/ 年）17碼距為 7，40 個碼距為 3，以及 48 個碼距為 2 的邏輯量子比特，是提升邏輯門操作精度的重要里程碑20。2024 年，德國達姆施塔特工業大學實現 1305 個單原子量子比特陣列操控21。法國 Pasqal 在 2080個

36、陷阱位中成功捕獲大約 1110 個原子22。美國 Infleqtion 基于靜止中性原子實現了 99.902%和 99.35%的單/雙量子比特門保真度23。中科大成功構建求解費米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器“天元”，實驗驗證費米子哈伯德模型在含摻雜條件下的反鐵磁相變24。光量子路線可利用多種光子自由度構建光量子比特，可支持室溫工作、相干時間長、操控簡單，包含邏輯門型光量子計算和專用光量子計算兩類，前者朝通用量子計算發展，后者面向組合優化等問題求解應用。2024 年，荷蘭 QuiX Quantum 在光量子芯片上演示GHZ 態生成，展示了基于集成光子（PIC）技術實現大規?？蓴U展光量子計算的

37、前景25，推出基于 Alquor 光量子處理器的 Bia 量子計算云服務26。玻色量子發布 550 位光量子相干伊辛機 550W27。硅半導體路線控制硅基襯底量子點中束縛電子或原子核的自旋量子態構建量子比特，具有與現代半導體先進制程工藝兼容等優勢。2024 年，Intel 研發硅半導體量子芯片新型制造與測試工藝，在自旋20https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06927-321https:/doi.org/10.1364/OPTICA.51355122https:/ 年）18量子比特中實現柵極保真度 99.9%28。日本理化研究所基于硅量子點電子自旋間的自旋封鎖現

38、象，實現了量子比特的高速高精度讀出29。澳大利亞 Diraq 在 SiMOS 量子點平臺實現超 99%保真度雙量子比特邏輯門操作30。中科大在半導體量子點中實現量子干涉與相干俘獲，并驗證了驅動電場對量子相干俘獲的暗態調控和奇偶效應31?？傮w而言，量子計算硬件技術路線競爭尚無融合收斂趨勢。各類原型機的關鍵性能指標水平距離大規模通用量子計算要求仍有很大差距。未來需要在提升量子比特規模的同時，實現量子糾錯和高精度邏輯門操控，仍需學術界和產業界持續開展協同攻關。（二）量子糾錯研究備受關注，距離實用化仍有差距（二）量子糾錯研究備受關注，距離實用化仍有差距量子糾錯是保護量子比特免受環境噪聲和自身退相干效應

39、影響，提升邏輯門保真度，最終實現大規?？扇蒎e通用量子計算的必要環節。量子糾錯借鑒了傳統信息通信領域糾錯編碼理念，一般通過使用冗余量子比特構建高維狀態空間，檢測和糾正其中所含的目標量子比特和邏輯門操作的錯誤并消除其影響。冗余量子比特也稱量子糾錯編碼，較于傳統糾錯方案，量子糾錯實現難度更大，主要原因包括執行量子糾錯的過程還會不可避免地引入新的錯誤，量子糾錯碼無法利用簡單的復制操作來增加冗余度等。自上世紀九十年來以來，業界已提出和發展了多種量子糾錯編碼方案，其中表面碼和顏28https:/doi.org/10.1038/s41586-024-07275-629https:/q-portal.rike

40、n.jp/topic_detail?topic_id=T20240084&lang=ja30https:/doi.org/10.1038/s41567-024-02614-w31https:/doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01781量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）19色碼等量子糾錯方案在近年來逐步成為業界開展研究與實驗驗證的關注熱點。量子計算硬件能力提升為量子糾錯研究與實驗驗證提供了有力支持。谷歌等 13 家機構聯合團隊提出32由 101 個量子比特組成、碼距為 7 的表面碼，實驗實現（0.1430.003）%的量子比特錯誤率，越過盈虧平衡點，成為

41、量子糾錯實驗重要里程碑。微軟與 Quantinuum合作33在 56 比特 H2 離子阱量子計算機中實現了錯誤率為 0.0011 的12 位邏輯量子比特，相較于物理量子比特 0.024 錯誤率，性能提升22 倍。Quantinuum 聯合團隊34利用 30 個物理量子比特構建 4 個邏輯量子比特，邏輯量子比特糾纏錯誤率降至?擈?，相較物理量子比特?擈?t錯誤率降低近800倍。馬里蘭大學報道35基于Quantinuum H2離子阱量子計算機實驗驗證了四維表面碼單次量子糾錯的可行性。新型量子糾錯編碼方案設計與實驗驗證取得諸多重要進展。2024 年，IBM 提出基于量子低密度奇偶校驗碼的糾錯方案36

42、，實現了 0.7%誤差閾值，當錯誤率為 0.1%時，可使用 288 個物理量子比特保護 12 個邏輯量子比特。此外，IBM 提出基于動態量子電路生成具有高保真度“魔法態”方法37，有望大幅提升量子比特保真度。法國Alice&Bob 公司提出基于玻色子貓態量子比特和量子低密度奇偶校32https:/doi.org/10.48550/arXiv.2408.1368733https:/doi.org/10.48550/arXiv.2409.0462834https:/doi.org/10.48550/arXiv.2404.0228035https:/doi.org/10.48550/arXiv.24

43、08.0886536https:/doi.org/10.1038/s41586-024-07107-737https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06846-3量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）20驗碼的新型糾錯編碼方案38，基于 1500 個物理量子比特編碼實現錯誤率?擈?的 100 個邏輯量子比特。日本理化學研究所提出“多-超立方碼”量子糾錯方案39，基于復雜幾何結構實現 30%編碼效率和并行處理能力。清華大學等聯合團隊提出玻色編碼糾錯方案，實現糾纏邏輯量子比特相干時間提高 45%，首次利用邏輯量子比特實驗證明貝爾不等式40。當前，量子糾錯仍處于技術

44、方案開放探索和原理性實驗驗證階段。雖然部分量子糾錯編碼方案和實驗演示，已在量子比特相干時間和邏輯門錯誤率等關鍵指標方面有很大提升，也宣稱實現邏輯量子比特。但需要指出的是，邏輯量子比特目前業界尚無準確定義和表征方式，通?？芍改軌蜷L時間保持相干性，以極低的邏輯門操作錯誤率，例如?擈?以下，支持大規模量子線路操作的能力。如果以此要求衡量，目前各類實驗中的邏輯量子比特，大多是實現了相對物理量子比特的錯誤率降低，或多輪糾錯的正向增益，即突破盈虧平衡點，但距離達到長相干時間和極低錯誤率等實用化要求還相去甚遠?；诹孔蛹m錯實現實用化邏輯量子比特將是下一個重大里程碑。增加硬件系統中可參與糾錯編碼的物理比特規模

45、或可操控維度，同時提升糾錯操作過程保真度和實時解碼能力與速度，是實現實用化量子糾錯過程中面臨的主要技術挑戰。此外，探索分布式的量子糾38https:/doi.org/10.48550/arXiv.2401.0954139https:/doi.org/10.1126/sciadv.adp638840https:/doi.org/10.1038/s41567-024-02446-8量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）21錯編碼技術方案和實現架構，實現多種不同量子糾錯編碼的協同轉換，構建以硬件資源利用率、糾錯操作效率等指標為表征的量子糾錯性能評價體系等，也是未來量子糾錯領域研究和發展的重要

46、方向。（三）軟件與云平臺多元開放發展，成熟度有待提升（三）軟件與云平臺多元開放發展，成熟度有待提升量子計算軟件是連接量子計算機與用戶的橋梁，通過對應用場景中的計算復雜問題進行建模和抽象，適配并運行量子算法，執行編譯優化形成量子計算機的控制與讀取信號，與硬件系統協同完成計算任務。此外，面向超導等技術路線的量子芯片電子設計自動化（EDA）軟件，以及調度量子計算任務與硬件資源、實現異構/多源算力融合的管理軟件，也是量子計算軟件的重要組成部分。近年來，隨著量子計算原型機研發不斷發展迭代，量子計算軟件研究也在業界持續開放探索，軟件技術體系初步形成，如圖 10 所示。來源：中國信息通信研究院量子信息技術發

47、展與應用研究報告（2024 年）22圖 10 量子計算軟件技術體系框架量子計算應用軟件提供構建和操作量子程序的工具集，諸如開發組件、調試優化工具和應用算法包等，支持開發者設計和執行量子計算任務并獲得運算結果。2024 年，美國 Quantinuum 發布量子自然語言處理軟件 lambeq 0.4.0 版本，提高可用性以及字符串圖處理速度41。微軟 Azure Quantum Elements 軟件推出生成化學和密度泛函理論加速等功能，用于化學和材料科學研究與應用場景開發42。玻色量子上線開物量子開發者社區43，助力量子計算應用軟件開發和商業場景探索。量子計算編譯軟件在規范量子編程流程同時可用于

48、編譯和執行量子程序，同時提供編譯規則用以協調和約束編譯操作。IBM發布更新版 Qiskit 軟件，進一步提高量子硬件電路優化速度和存儲資源占用量等性能44。Intel 推出量子軟件開發工具包（Quantum SDK）1.1 版本45。量子計算測控軟件用于控制和處理硬件，執行運算操作并讀取結果，支持測量結果反饋、芯片校準和量子糾錯等功能。是德科技已在其量子控制系統中集成了 Q-CTRL 公司 Boulder Opal 軟件的硬件優化和自動化功能，提供量子處理器表征和優化功能46。QuantrolOx 公司推出量子比特自動化控制軟件 Quantum Edge，支持41https:/ 年）23量子芯

49、片監測與控制自動化47。量子計算 EDA 軟件可提供量子計算芯片的電路設計、布局優化、仿真驗證、校準測試等功能。是德科技推出面向超導量子處理器設計的 EDA 仿真工具 QuantumPro，實現電路原理圖設計、布局、分析、仿真以及量子參數提取等功能48。量子計算管理軟件用于提供計算資源與任務監控、管理和調度功能，同時實現量子與經典等多源異構算力協同。微軟將 Azure Quantum資源估算器開源，可用于估算運行量子程序所需的計算資源49。英偉達發布 CUDA-Q 開源平臺，提供量子-經典混合編程工具，推動量子計算應用案例研究探索50?？傮w而言，量子計算軟件仍處于百花齊放、百家爭鳴的初級階段。

50、歐美企業技術迭代快、成果發布多，在開源社區影響力和用戶生態等方面占據領先優勢。由于量子計算硬件技術成熟度不足，量子編譯、測控和管理等軟件系統仍需與硬件發展同步探索升級。量子算法研究和應用場景探索也將對應用、編譯等軟件發展產生影響。未來，推動量子計算編譯工具、SDK、中間表示等技術路線無關的通用基礎軟件持續提升技術成熟度和易用性，將是業界發展重要方向。量子計算云平臺已成為融合軟硬件能力，支撐應用探索與生態培育的核心匯聚點。通過遠程接入方式為用戶提供便捷的量子計算47https:/ 年）24硬件資源訪問功能與算力服務，云平臺有望成為未來量子計算商業化落地重要模式。近年來，國內外科技企業、初創企業、

51、研究機構紛紛推出了量子計算云平臺服務。量子計算領域科技企業、初創企業和研究機構等，通過自研、采購和接入集成等多種方式，構建量子計算云平臺，探索量子-經典計算融合架構與服務。2023 年 12 月，IBM Quantum 云平臺集成Q-CTRL 公司錯誤抑制技術軟件 Q-CTRL Embedded51，將量子算法可執行復雜性和成功率分別提升 10 倍和 1000 倍52。2024 年，AmazonBraket 云平臺推出 Braket Direct 計劃，為開發者提供指定時間段保留特定量子處理器使用權且無需排隊功能。奧地利 AQT 與德國電信合作提供其量子計算機的云端訪問功能53。中科院量子信息

52、與量子科技創新研究院研制并交付 504 比特量子計算芯片“驍鴻”54，支持大規模量子計算測控系統研究和云平臺服務。北京量子院聯合中科院物理所發布 Quafu 量子云平臺，提供百比特規模超導量子計算資源服務55。移動云與量子科技長三角產業創新中心、中科院物理所、玻色量子和啟科量子等企業和機構合作，推出了五岳量子計算云平臺56。量子計算云平臺實現商業化服務能力需進一步提升軟硬件水平。雖然國內外業界已有諸多量子計算云平臺建設與服務實踐探索，但51https:/q- 年）25需要指出的是，當前量子計算云平臺的各類型硬件資源在物理量子比特規模、邏輯門保真度、可執行量子線路層數等核心指標方面，距離解決實用

53、化計算復雜問題的規模與精度要求還有較大差距，主要面向科普教育、算法研究、應用案例原理驗證等場景提供免費服務，商業化模式尚未完全成熟。未來，打造量子計算云平臺商業價值的核心在于提升量子計算機硬件能力，在實用化問題中實現問題求解加速或量子優越性，才能形成量子計算云平臺和服務的商業邏輯閉環，真正實現量子計算系統的算力輸出與服務能力。（四）多領域持續探索應用場景，歐美產業生態活躍（四）多領域持續探索應用場景，歐美產業生態活躍基于量子計算樣機進行實用化問題應用探索在國內外廣泛開展。量子計算研究機構和企業，與金融、能源、化工、醫療、科研等行業領域機構企業合作開展應用問題研究成為重要趨勢。量子計算的應用場景

54、探索主要包括量子模擬、量子組合優化、量子人工智能和量子線性代數等領域方向。量子模擬利用受控量子系統對目標微觀粒子體系進行原貌模擬，助力理解和預測目標體系的相互作用和狀態演化規律等特性，已成為前沿科研領域研究復雜量子現象的重要工具，有望在制藥、材料、化工等行業帶來顛覆性變革，被業界認為是量子計算可能率先產生實用價值的重點突破方向。2024 年，中科大構建量子模擬器“天元”成功求解費米子哈伯德模型57。清華大學基于 300 囚禁離子演示可調57https:/doi.org/10.1038/s41586-024-07689-2量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）26耦合強度和模式的長程量子

55、伊辛模型量子模擬，實現可單比特分辨的量子態測量58。IBM 和克利夫蘭診所合作利用量子-經典混合方法預測蛋白質結構并有效提升預測精度59。Novonesis 和 Kvantify 使用混合量子-經典計算方法演示酶促反應，有望助力生物研究和二氧化碳捕獲60。微軟利用量子計算模擬大幅縮短新型電池材料預篩選時間61。量子組合優化通過量子技術為大規模復雜組合優化問題提供高效解決方案，主要應用領域包括金融、能源、物流等。2024 年，花旗銀行和 Classiq 聯合研究投資組合優化的量子解決方案，基于預期回報和風險水平構建了性能更優的風險投資組合62。美國 IonQ 與德國基礎科學研究中心將量子計算應用

56、于航班登機口優化，提升服務效率63。新加坡量子技術中心使用量子計算探索解決交通路徑規劃問題，有望大幅提高交通系統的整體運行效率64。量子人工智能是兩大前沿領域的交叉研究熱點，利用量子計算提升機器學習等算法運行效率，有望在金融、交通、氣象等領域應用。2024 年，英國石油公司和 ORCA 使用混合量子-經典機器學習方法探索量子計算提升化學領域機器學習算法潛力65。美國 Zapata58https:/doi.org/10.1038/s41586-024-07459-059https:/doi.org/10.1021/acs.jctc.4c0006760https:/ 年）27和 Insilico

57、Medicine 合作利用量子人工智能開發具有更高結合親和力的新型 KRAS 抑制劑分子66。帝國理工學院和谷歌將新型數學方法與費米子神經網絡相結合，尋找量子化學領域分子狀態建模解決方案67。量子線性代數涵蓋多種量子算法，有望為密碼學、交通物流等領域的計算困難問題帶來指數級加速。2024 年，麻省理工學院設計了將 Regev 算法與 Shor 算法結合新算法，有望使 Shor 算法在小規模量子系統中高效運行68。芝加哥大學與阿貢實驗室聯合開發可模擬高斯玻色子采樣算法，探索量子系統復雜性，促進量子-經典計算協同69。量子計算應用探索仍未實現“殺手級”應用突破，當前應用案例受限于硬件能力不足，在問

58、題規模和求解精度等方面難以體現指數級加速求解的量子優越性，主要屬于原理性驗證和可行性實驗。2024 年 7 月，美國 Gartner 發布的深度技術成熟度曲線70顯示，量子計算技術翻越“過高期望”頂點，短期內如果無法在實用化問題中展現應用價值，可能面臨“幻滅之谷”的發展低潮。近年來，量子計算企業數量不斷增長，上中下游相關企業數量已達 300 余家，產業鏈和產業生態已初步形成并持續發展，歐美量子計算企業數量眾多，產業生態高度活躍。66https:/zapata.ai/news/for-the-first-time-quantum-enhanced-generative-ai-generates-

59、viable-cancer-drug-candidates/67https:/doi.org/10.1126/science.adn013768https:/news.mit.edu/2024/toward-code-breaking-quantum-computer-082369https:/doi.org/10.1038/s41567-024-02535-870https:/ 年）28產業鏈上游涵蓋量子計算機研制所需的核心材料、器件、組件，以及環境支撐與測控系統等，是量子計算產業生態的支撐底座。當前，多種量子計算技術路線并行發展，導致上游供應鏈存在發展不確定性和碎片化趨勢。歐美企業在高端材

60、料、高性能光電器件和加工制造裝備等領域具備傳統優勢，對打造量子計算產業供應鏈提供有力支持。我國近年來在低溫電子學組件、集成化測控系統，以及稀釋制冷機、電子束曝光機等重點裝備攻關方面取得重要突破，但供應鏈整體自主保障能力仍有待進一步提升。產業鏈中游企業包括量子計算原型機制造商和軟件供應商，是產業生態的核心環節。原型機方面，投入超導路線的企業數量最多，占比超過三分之一，離子阱、中性原子、光量子和硅半導體等路線也均有國內外企業布局。軟件方面，通過開源社區推動軟件產品迭代和用戶生態培育是主要趨勢，科技巨頭依托傳統軟件生態影響力占據先發優勢。歐美量子計算企業在技術創新成果、產品性能指標和生態合作能力處于

61、領先。我國量子計算企業數量、規模較小，在技術產品研發成果和應用場景探索等方面，與歐美頭部企業相比仍有差距。產業鏈下游企業包括云平臺供應商和行業應用企業等。IBM、微軟、亞馬遜等量子計算云平臺在硬件水平和用戶數量等方面處于領先，支持量子算法研究和應用場景探索成果豐富。歐美金融、化工、交通等領域行業應用企業高度關注量子計算應用探索，研發布量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）29局和投入力度均保持較高水平。我國量子計算云平臺在軟硬件能力和業務模式探索等方面仍需進一步提升和突破，行業領域企業對量子計算應用探索的關注和投入力度也有待加強。（五）構建測評體系成為熱點，支撐技術與產業發展（五）構建

62、測評體系成為熱點，支撐技術與產業發展隨著量子計算原型機、軟件和算法等方面技術研究和工程化研發不斷深化，國內研究機構和企業紛紛推出樣機產品和平臺服務，對量子計算系統軟硬件功能、性能和平臺服務能力等進行表征、比對和測試驗證，已成為業界關注焦點?；鶞蕼y評通過設計科學的測試方法、工具和系統，對測試對象的性能指標進行定量和對比。量子計算基準測評體系研究可為業界驗證量子計算系統性能，以及技術產業發展水平提供重要參考，同時也為引導技術研發迭代、促進良性競爭、凝聚行業共識，提供有力支撐。近年來，國內外研究機構和企業研究提出多項量子計算測評基準參數與方法，通常包含不同種類的具有特定功能的運算任務，為不同技術路線

63、的量子計算硬件系統提供了相對公平的性能比對方案，量子計算硬件性能基準測評指標體系如圖 11 所示。量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）30來源：中國信息通信研究院圖 11 量子計算硬件性能基準測評指標體系量子計算硬件性能基準測評指標體系從電路底層到應用上層主要包括量子比特級、量子電路級、系統級、算法級和應用級等五類指標，不同層級基準測評指標側重點和適用性等方面存在差異。量子比特級、量子電路級等底層基準，與量子芯片硬件關聯度高，通用性較好，可充分體現各種技術路線性能差異，便于硬件開發者精準發現問題并提出解決方案。系統級、算法級和應用級等上層基準則體現出更為集中和直觀的特點，屏蔽底層硬件

64、細節，可通過少數關鍵參數綜合評價量子計算硬件系統整體性能，及其在解決特定應用問題時的綜合能力，上層基準指標更適用于評價用戶實際需求與量子計算系統能力之間的匹配程度，助力用戶進行硬件和算力資源選擇。量子計算性能基準指標和測試驗證方法仍在持續開展研究探索。2023 年 12 月，IBM 提出每層門誤差（EPLG）評價指標，能夠在更量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）31加準確地評估串擾的同時，計算錯誤緩解所需的電路數量，此外，還更新了每秒電路層操作數（CLOPSh）定義方法71，可以更真實地反映量子計算系統計算速率。EPLG、CLOPSh 和 IBM 早期提出的量子體積（QV）三個指標，

65、可以從規模、質量和速度三個維度綜合評價量子計算系統硬件性能。2024 年，QEDC 更新面向應用（App-Oriented）量子計算基準測評套件72，擴展了面向 VQE、HHL、量子機器學習等算法的測評基準方法，同時引入了計算結果質量和計算成本等參數共同進行量子計算系統性能評估。美國高度重視量子計算基準測評能力與平臺建設。國防高級研究計劃局（DARPA）發起量子基準測試計劃（QBI）73，重點開展量子算法及系統應用基準測試研究，構建工業級量子計算機測試指標體系與驗證平臺，DARPA 還與伊利諾伊州簽署諒解備忘錄74，共建用于測試量子計算原型機的量子試驗場。在與業界研究機構和企業合作開展聯合研究

66、和測試驗證基礎上，2024 年 9 月，在中國信息通信（PT）展第四屆量子計算論壇，中國信息通信研究院正式發布量子計算測評體系 1.0，涵蓋量子計算全棧軟硬件產品功能和性能基準，以及相應測試方法，如圖 12 所示。71https:/arxiv.org/abs/2311.0593372 https:/arxiv.org/abs/2402.0898573 https:/ https:/www.darpa.mil/news-events/2024-07-16量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）32來源：中國信息通信研究院圖 12 量子計算測評體系 1.0在硬件層面，測評對象涵蓋各技術路線的

67、通用和專用量子計算原型機，以及基于經典計算實現的量子線路模擬器。在算法層面，通過控制量子算法執行過程中的各種變量，可開展量子算法求解性能、加速優勢、量子計算硬件兼容性、可擴展性、通用性、實用性等方面測試評估。在軟件層面，鑒于量子計算軟件尚處于迭代起步的發展階段，體系主要借鑒經典通用軟件的測評維度和測試方法，開展量子計算軟件的功能測試、集成測試、性能測試、安全性測試、軟件成熟度評估以及用戶界面和用戶體驗測試。在云平臺層面，依托標準、企業標準、定制化測試方案等，開展量子計算云平臺功能完備性測試、接口一致性測試、硬件資源性能測試、安全性測試、差異化功能驗證以及云服務能力分級測試。中國信息通信研究院將

68、與業界合作研究迭代量子計算測評體系，開展量子計算技術、產品量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）33和服務測試驗證，凝聚行業共識合力，共同推動量子計算從“能用”到“好用”、最終走向“實用”。三、量子通信研究與應用進展（一）量子密鑰分發科研持續推進，量子衛星受關注（一）量子密鑰分發科研持續推進，量子衛星受關注基于QKD、QRNG和量子安全直接通信等方案的量子保密通信，是量子通信領域進入實用化階段的技術方向。近年來，新型協議研究、系統試驗驗證和樣機工程化研發不斷推進，實驗系統性能指標得到提升，產品仍需進一步提質降本，完善系統和網絡現實安全性標準規范和測試驗證，才能有效推動技術產品和解決方案

69、走向規?；逃?。（a）TF-QKD（b）CV-QKD來源：（a）Phys.Rev.Lett.132,260802（b）Photon.Res.12,1485-1493圖 13 新型協議 QKD 系統實驗（a）TF-QKD（b）CV-QKD在 QKD 科研探索方面，提升雙光場（TF）和連續變量（CV）等新型協議系統的性能和實用化水平是學術界關注點。2024 年 6 月，濟南量子院報道75利用乙炔分子氣室作為本地絕對頻率參考，實現無需統一光學頻率參考的 TF-QKD 系統 502 公里光纖傳輸，如圖 13（a）所示，等效成碼率約為數 bit/s，有望提升 CV-QKD 技術實用化75https:/d

70、oi.org/10.1103/PhysRevLett.132.260802量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）34水平。7 月，上海交大報道76基于高帶寬探測與信號采集的新型被動態制備 CV-QKD 方案，如圖 13（b）所示，通過抑制被動態制備及強本振復用傳輸引入的噪聲，在 5 公里光纖實現 1.09 Gbit/s 密鑰成碼率，有望成為接入網高速 QKD 解決方案。開發應用新型器件、光纖和信道，也是 QKD 系統前沿實驗探索的重要方向。2024 年 3 月，丹麥技術大學報道77基于 52 公里現網 4芯光纖，實現四維混合時間路徑編碼 QKD 系統傳輸實驗，密鑰成碼率為 51.5kb

71、it/s，多芯光纖有助于提升高維 QKD 系統傳輸魯棒性。7月，德國萊布尼茨漢諾威大學報道78使用半導體量子點確定性單光子源取代弱相干脈沖光源，基于偏振編碼 BB84 協議完成 79 公里現網光纖中 QKD 傳輸，密鑰成碼率約為 4.5kbit/s。美國斯坦福大學提出79基于真空腔和遠距離空間透鏡陣列組合的真空光束波導（VBG）量子信道方案，信道損耗比光纖降低 3 個量級，同時具備高光譜帶寬優勢，有望在無量子中繼條件下支持數千公里級地面傳輸。在 QRNG 前沿研究方面，提升樣機產品集成化水平，探索測量設備無關（MDI）和設備無關（DI）等新型協議和系統實現，是業界努力目標。2023 年 12

72、月，中科大報道80通過將量子非局域性、量子安全算法和零知識證明相結合，構建了基于 DI-QRNG 的隨機數信標公共服務系統，采用量子安全簽名算法保障隨機數廣播安全性，76https:/doi.org/10.1364/PRJ.51990977https:/doi.org/10.1038/s41467-024-45876-x78https:/doi.org/10.1038/s41377-024-01488-079https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.02080180https:/doi.org/10.1073/pnas.2205463120量子信息技術發展與

73、應用研究報告（2024 年）35可向公眾提供隨機數生成服務。2024 年 2 月，山西大學報道81基于寬帶壓縮態光源和含噪聲本振光同相檢測的源無關 QRNG，隨機數生成速率達 580.7Mbit/s。4 月，中科大報道82對單光子源的不完善性進行魯棒測量層析方法，實現高速時間-分時編碼 MDI-QRNG，隨機數生成速率達到 23Mbit/s，成為 MDI-QRNG 速率新紀錄。5 月，東芝歐研所報道83實現高集成度 QRNG，單芯片包含光學量子熵源和后處理，連續運行 38 天隨機數生成速率達到 2Gbit/s。星地量子通信作為當前突破量子態遠距離傳輸瓶頸的主要技術方案，已成為探索 QKD 廣域

74、組網和靈活應用的重要方向。我國 2016年發射全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，完成一系列國際領先的星地量子通信實驗，成為空間量子科學研究的開拓和引領者84。2022 年發射首顆量子微納衛星“濟南一號”，開發小型化量子衛星地面接收站，進一步探索驗證星地量子密鑰分發應用。2024 年 8 月，中科大報道85濟南一號微納 QKD 衛星與多地小型化地面站間的星地QKD 實驗，衛星有效載荷重量為 22.7 千克，在距地面 500 公里太陽同步軌道運行，系統工作頻率達到 625MHz，具備雙向激光通信和實時后處理密鑰生成能力，小型化地面站重量約為 100 千克，單軌密鑰成碼量達595kbits。8月，

75、外媒報道86德國慕尼黑大學研制的QKD81https:/doi.org/10.1038/s41534-024-00814-z82https:/iopscience.iop.org/article/10.1088/2058-9565/ad34f483https:/doi.org/10.1038/s41928-024-01140-084http:/ 年）36載荷搭載小型立方體衛星（Qube）成功發射升空，將開展星地 QKD技術驗證。加拿大滑鐵盧大學報道87完成量子加密和科學衛星（QEYSSat）量子光源載荷研制，計劃明年正式發射。（二）量子信息網絡是研究熱點，多方推動前沿探索（二）量子信息網絡是研

76、究熱點，多方推動前沿探索基于量子隱形傳態、量子存儲中繼和量子態轉換等關鍵技術構建量子信息網絡，也稱量子互聯網或量子網絡，可以實現量子信息系統的互聯組網，進一步提升量子計算機運算處理能力和量子傳感器測量精度和靈敏度，帶來全新網絡架構和信息傳輸模式。量子信息網絡是量子信息三大領域未來融合發展的演進方向，當前主要處于技術方案探索和試驗驗證階段，國內外科學研究高度活躍，在協議方案、核心器件、轉換接口和組網實驗四方面取得諸多進展和成果。在協議方案方面，提高量子隱形傳態的抗環境噪聲能力和傳輸效率等性能指標是主要的改進方向。2023 年 10 月，谷歌報道88在超導量子處理器中，基于測量誘導相變方法實現量子

77、比特間糾纏和隱形傳態，增強對環境噪聲的魯棒性。2024 年 1 月，清華大學報道89利用同種離子的兩對超精細結構能級分別編碼通訊比特和存儲比特，利用雙色窄線寬激光實現兩種量子比特之間微秒量級的相干轉換，實現了無串擾的量子網絡節點，為模塊化量子計算互聯提供系統簡化方案。5 月，中科大報道90利用多體混合糾纏逆轉開放量子系統演87https:/uwaterloo.ca/institute-for-quantum-computing/news/quantum-sources-satellite-missions88https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06505-789

78、https:/doi.org/10.1038/s41467-023-44220-z90https:/doi.org/10.1126/sciadv.adj3435量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）37化中的相位退相干，實現了克服環境噪聲的高保真度量子隱形傳態方案，量子態測量保真度接近 90%。6 月，浙江大學報道91采用蒙特卡洛退火優化方法，尋找二維量子網絡最佳耦合參數，在設備不完美條件下實現 90%的單激發態傳輸保真度。9 月，美國 Quantinuum公司報道92基于橫向門和晶格手術兩種方式實現邏輯量子比特隱形傳態，保真度達 97.5%，為分布式量子計算互聯組網奠定基礎。在核心器

79、件方面，研制高性能集成化量子態光源和探測器，提升量子存儲器關鍵性能指標是業界主要趨勢。2023 年 11 月，南京大學報道93在摻餌離子晶體固態量子存儲器中實現電信波段糾纏光子存儲，存儲時間科大 1.936us，有助于構建固態器件量子網絡。2024年 4 月，德國弗羅茨瓦夫科技大學報道94電信波段半導體量子點光源實現不可區分單光子觸發生成，并將通量提高 30%，突破電信波段單光子產生技術難題。電子科大報道95基于氮化鎵材料制備量子光源芯片，將輸出波長范圍增加到 100nm，有望實現大規模片上集成。5月，英國布里斯托大學報道96實現硅基量子光探測器芯片，尺寸為80um220um，帶寬達到 15.

80、3GHz，突破分立器件的電容限制，大幅提升了量子探測器性能。7 月，瑞士量子電子學研究所報道97基于光鑷操控光晶格腔中二維原子陣列實現量子寄存器，可用于多路復用91https:/doi.org/10.1038/s41467-024-48791-392https:/doi.org/10.1126/science.adp601693https:/doi.org/10.1038/s41467-023-42741-194https:/doi.org/10.1038/s41467-024-47551-795https:/doi.org/10.1038/s41467-024-47551-796https:

81、/doi.org/10.1126/sciadv.adk689097https:/doi.org/10.1126/science.ado6471量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）38的原子-光子糾纏，整體檢測效率接近 90%。8 月，深圳量子院報道98高品質微腔四波混頻方案的硅基集成量子光源，糾纏光子對的線寬低至 25.9MHz，干涉可見度 0.973，大幅提升了光源亮度。在轉換接口方面，實現里德堡原子、電子自旋等體系中微波量子態和光量態子的頻率轉換和物理連接是研究熱點。2023 年 10 月，波蘭華沙大學報道99基于里德堡原子系綜的微波-光學量子態轉換器，動態范圍 57dB，轉換帶

82、寬 16MHz，噪聲等效溫度 3.8K，具備室溫工作特性，有望成為原子量子計算互聯方案。美國亞馬遜公司報道100基于錐形光纖和金剛石芯片絕熱耦合的光子信號轉換接口，可在 mK至室溫溫區穩定運行，插入損耗僅 0.4dB，克服熱膨脹引入的微小位移影響，無需使用額外對準機制。2024 年 3 月，美國加州理工報道101基于氮化鈮材料的壓電-光轉換器，通過與光穩定超導共振腔單片集成有效提高了微波量子讀出效率和噪聲表現，可用于光網絡與超導量子計算處理器。4 月，英國帝國理工報道102非共振級聯吸收量子存儲協議，通過光譜和時間整形技術優化光子特性，實現量子點單光子源與原子量子存儲器接口，并可進行確定性存儲

83、與檢索。98https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.08380399https:/doi.org/10.1038/s41566-023-01295-w100https:/doi.org/10.1063/5.0170324101https:/doi.org/10.1038/s41567-024-02409-z102https:/doi.org/10.1126/sciadv.adi7346量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）39（a）城域三節點量子網絡（b）量子存儲器互聯來源：（a）Nature v629,p579585(2024)（b）Nature

84、 v629,p573578(2024)圖 14 量子信息網絡實驗（a）城域三節點量子網絡（b）量子存儲器互聯在組網實驗方面，在現網中開展基于量子存儲的糾纏傳輸和組網原型實驗取得重要進展。2024 年 5 月，中科大報道103基于單光子相位控制和量子頻率轉換技術，城域三節點量子網絡中實現獨立存儲節點間糾纏，如圖 14（a）所示，點到點最遠距離達 12.5 公里，成為國際首個城域多節點量子網絡實驗。哈佛大學報道104在波士頓地區光纖線路實現兩個金剛石色心量子存儲器節點間光量子糾纏，如圖 14（b）所示，傳輸距離達到 35 公里。二者相比，哈佛大學量子糾纏實驗光纖傳輸距離更遠，但中科大實驗糾纏效率更

85、高，多節點量子糾纏實驗組網能力擴展也更具優勢。9 月德國薩爾大學報道105在 14.4 公里城市暗光纖中實現糾纏光子對的頻率轉換、光纖傳輸和量子存儲，傳輸保真度達 99%，驗證了量子網絡協議可行性。10 月，103https:/doi.org/10.1038/s41586-024-07308-0104https:/doi.org/10.1038/s41586-024-07252-z105https:/doi.org/10.1038/s41534-024-00886-x量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）40中科大報道106基于多模式固態量子存儲實現 7 公里現網光纖的量子邏輯門非局域

86、隱形傳態，開展了分布式量子計算演示實驗?？傮w而言，量子信息網絡的關鍵技術仍處于前沿研究和開放探索階段，實現實用化需要突破高性能量子糾纏光源、實用化量子存儲等瓶頸，還需根據量子計算技術演進和收斂情況，明確頻率轉換接口等實現方案。2024 年 9 月，美國國家量子計劃咨詢委員會（NQIAC）發布 量子網絡：增強美國領導力的發現與建議 報告107，指出量子網絡并非取代傳統網絡，將助推量子信息領域發展，具有重要應用前景。目前，雖有原型樣機和小規模演示實驗，但技術成熟度有限仍需持續攻關。美國應加大使能技術研發投資，開發網絡功能層協議模型，重點構建量子網絡試驗網和測試平臺，強化國際盟友研發合作，確保在量子

87、網絡領域的技術與應用優勢。（三）量子保密通信應用持續探索，仍存在問題爭議（三）量子保密通信應用持續探索，仍存在問題爭議基于 QKD、QRNG 和量子安全直接通信等方案的量子保密通信提升信息安全防護能力具有獨特優勢。QKD 基于量子態光信號傳輸、檢測和雙方協商后處理生成量子密鑰，具有竊聽可感知的理論協議安全性，可提升對稱加密應用中的密鑰安全性和更新速率。QRNG基于真空漲落、相位漲落、自發放大輻射（ASE）噪聲等多種類型量子熵源數字采集和后處理壓縮生成量子隨機數，可提升隨機序列不可預測性和生成速率。QKD 生成的量子密鑰與互聯網安全（IPSec）、106https:/doi.org/10.103

88、8/s41467-024-52912-3107https:/www.quantum.gov/wp-content/uploads/2024/09/NQIAC-Report-Quantum-Networking.pdf量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）41傳輸層安全（TLS）、光傳送網安全（OTNSec）等加密協議中的協商密鑰融合，QRNG 生成的量子隨機數與數字簽名、加密等算法中的初始隨機向量等融合，可以實現更高安全性的身份認證和數據加密功能。量子保密通信應用場景探索在金融、能源、數據中心、移動通信等行業和領域持續開展。英國匯豐銀行、美國摩根大通等開展利用 QKD 技術保護金融交易

89、數據安全傳輸的實驗驗證，構建量子安全加密線路108。德國弗勞恩霍夫研究所開發高集成度 QKD 系統，利用量子密鑰為天然氣管網和電力線路等提供加密保護109。南方電網聯合中電信量子等開展電力調度數據和輸電線路監測量子保密通信攻關研究和示范應用110。英國電信聯合東芝等開展數據中心的 QKD 技術融合應用探索，提供數據傳輸加密的“量子密鑰即服務”應用111。中電信量子推出華為 Mate 60 Pro 量子密話定制終端，支持 SIM 卡密鑰充注，結合國密算法實現 VoLTE 高清通話112。韓國 SKT 推出集成QRNG 芯片的 Galaxy Quantum 5 量子安全手機，使用量子隨機數進行設備

90、內部認證和數據傳輸加密113。廣泛使用量子保密通信技術開展融合加密應用仍面臨諸多問題108https:/ 年）42和挑戰，商用化前景仍不明朗。2024 年 1 月，法國網絡安全局、德國聯邦信息安全辦公室、荷蘭國家通信安全局、瑞典國家通信安全局聯合發布QKD 立場白皮書114，分析 QKD 技術五方面局限性：一是協議尚未實現標準化，系統現實安全性需要開展測評驗證；二是網絡“可信中繼”節點依靠傳統加密技術保護，降低了整體安全性；三是密鑰成碼率和傳輸距離等性能指標有限，限制了應用場景；四是大規模組網情況下依賴傳統加密技術進行設備身份認證；五是需要專用設備和光纖資源支持，部署和運維成本高。白皮書還指出

91、QKD 技術在大多數傳統密碼學場景中難以實際應用，為了應對量子計算快速發展可能引發的密碼破解安全威脅，應當盡快采用抗量子密碼技術對現有公鑰密碼體系進行升級遷移。對量子保密通信規?；瘧玫陌l展路徑，業界存在不同看法，需進一步探討明確。有觀點認為，當前已有一定用戶規模的存儲卡離線密鑰充注方案，以及量子加密服務平臺、密碼服務中間件等在線密鑰分發方案，其中的密鑰經過離線存儲和二次轉發，與傳統密鑰并無本質差異，不能稱之為量子密鑰。例如，根據 GB/T 43692-2024量子通信術語和定義 規定，量子密鑰是通信雙方基于 QKD 協議直接生成的對稱密鑰。也有觀點認為，如果僅局限于與 QKD 系統和網絡緊耦

92、合的對稱加密場景，則量子保密通信難以實現多類型業務融合和規?；瘧貌渴?。通過離線充注和在線轉發等方式，對 QKD114https:/www.bsi.bund.de/SharedDocs/Downloads/EN/BSI/Crypto/Quantum_Positionspapier.pdf量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）43生成量子密鑰和 QRNG 生成量子隨機數等進行按需適配和靈活應用，才能有效發揮其技術優勢。依靠商業化循環逐步提升 QKD 和 QRNG技術產品成熟度和網絡覆蓋，才能最終實現量子保密通信與信息通信系統融合。未來，加快量子保密通信技術工程化研發，實現產品提質降本，開

93、發重點行業領域專網和高安全性加密專線等典型應用場景，是推動量子保密通信突破應用局限性和產業化瓶頸的發展方向。（四）抗量子加密標準正式發布，升級遷移逐步啟動（四）抗量子加密標準正式發布，升級遷移逐步啟動密碼是保障網絡空間實體身份“真實性”，數據傳輸“機密性”和“完整性”，關鍵行為“不可否認性”的基石。近年來，量子計算技術發展迅速，密碼破解算法研究不斷深入115，未來可能快速破解RSA、ECDH等當前廣泛使用的公鑰密碼，引發網絡信息安全風險“牽一發而動全身”，不僅會對網絡空間數字信任體系造成破壞性威脅，擾亂政治、經濟、社會正常運行，還會對外交、軍事等需要長期保密的敏感信息帶來“先截獲，后破解”的追

94、溯性威脅。采用格加密、多變量加密、哈希簽名等新型數學難題，構建抗量子計算破解密碼，簡稱抗量子加密（PQC），通過制定算法標準、開發加密解決方案、開展試點應用與測試驗證，逐步推動現有公鑰密鑰體系向 PQC 升級遷移，成為信息安全領域應對量子計算引發信息安全威脅的重要舉措。PQC 三項算法標準已正式發布。歐美密碼學界在 PQC 領域研究近三十年，推動 PQC 技術逐步走向成熟，具備了實用化能力。美國115https:/doi.org/10.48550/arXiv.2308.06572,https:/doi.org/10.48550/arXiv.2310.00899量子信息技術發展與應用研究報告（2

95、024 年）44NIST 牽頭開展 PQC 算法標準研究，2016 年 12 月正式啟動 PQC 算法標準的全球征集與評選工作，先后歷時八年，經歷算法征集、驗證評估和標準編制三個階段，2024 年 8 月正式發布了首批三項 PQC算法標準116，另有一項 PQC 算法標準待發布。美國 NIST 組織 PQC算法標準研究工作歷程如圖 15 所示。來源：中國信息通信研究院圖 15 美國 NIST 抗量子密碼（PQC）標準化歷程在 NIST 首批選定的四種 PQC 算法標準中，基于格加密的 Kyber和 Dilithium 兩種算法的業界認可度最高，加密安全性、密鑰大小和運算速度等指標領先，綜合性能

96、出眾，預計將成為大多數加密應用場景中的 PQC 算法首選。另一個基于格加密的 Falcon 算法（暫未正式發布標準）可用于數字簽名，其簽名尺寸更小，整體性能更好，但實現復雜度較高，主要適用于硬件資源豐富的加密場景。為了不完全依賴格加密的安全性，NIST 還選擇了基于哈希的 Sphincs+數字簽名算法，但其簽名尺寸大、運算速度較慢，預計將是數字簽名應116https:/csrc.nist.gov/News/2024/postquantum-cryptography-fips-approved量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）45用的一種補充方案。此外，NIST 還在持續組織針對 P

97、QC 密鑰封裝和數字簽名算法的征集和評估，未來可能選擇更多PQC 算法制定標準。PQC 算法和應用的安全性有待進一步驗證。當前業界對量子計算硬件和破解算法的研究仍不充分，現有 PQC 算法能否完全抵御量子計算破解仍有待研究。NIST 在 PQC 算法標準化過程中選擇多種算法方案，并持續征集評估，既有適用不同應用場景的靈活性考慮，更反映出“不把所有雞蛋放在同一個籃子”的安全性考慮。2023 年4 月，清華大學提出可能破解格密碼的量子算法117，法國 PSL 大學提出可削弱格密碼的量子啟發算法118，雖然攻擊有效性有待密碼學界深入評估和驗證，但對于 PQC 算法安全性的挑戰也引發業界高度關注。此外

98、，美國 NIST 主導和國家安全局（NSA）深度參與制定PQC 算法標準，在相關應用產品和服務中是否會存在可被利用的“后門”，也對 PQC 的應用安全性帶來了不確定性。美國政府層面大力推動 PQC 升級遷移。2022 年，美國白宮發布第 10 號國家安全備忘錄促進美國在量子計算領域的領導地位，同時降低密碼系統安全風險119，國會頒布量子計算網絡安全準備法120，NSA 發布商業國家安全算法套件 2.0 版（CNSA 2.0）121，全面啟動國家信息系統 PQC 升級遷移。2024 年 7 月，美國白宮發布117https:/ia.cr/2024/555118https:/ia.cr/2024/

99、601119https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2022/05/04/national-security-memorandum-on-promoting-united-states-leadership-in-quantum-computing-while-mitigating-risks-to-vulnerable-cryptographic-systems/120https:/www.congress.gov/bill/117th-congress/house-bill/7535121https:/www.

100、nsa.gov/Press-Room/News-Highlights/Article/Article/3148990/nsa-releases-future-quantum-resistant-qr-algorithm-requirements-for-national-se/量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）46PQC 報告122，提出國家信息系統 PQC 遷移戰略的主要原則：制定全面和持續的加密系統和應用清單，應在量子計算機實用化之前開始 PQC 遷移，各機構必須優先考慮 PQC 遷移的系統和數據，以及盡早識別無法支持 PQC 算法的系統和應用。報告預計將在 2035年前完成國

101、家信息系統PQC遷移，所需政府投資總額約為71 億美元。歐美科技企業積極響應 PQC 升級遷移。谷歌宣布123為 Chrome瀏覽器等服務和服務器間通信啟用了基于Kyber 的PQC 加密算法保護。蘋果公司宣布124使用 PQC 算法和 ECC 算法混合構建的 PQ3 加密算法對 iMessage 平臺通訊協議加密機制進行升級。AMD 公司推出125支持 PQC 算法的 FPGA SoC 產品“Spartan UltraScale+”。德國Tuta 公司推出126量子安全協議服務，使用 PQC 算法與傳統加密算法結合為電子郵件服務提供量子安全保障。Viavi 和 Keysight 推出127支

102、持 PQC 算法的測試儀表解決方案，為升級遷移應用提供產品檢測驗證支持?？傮w而言，PQC 升級遷移將成為信息安全領域產業升級和競爭格局重構的重要契機，我國需加快制定自主可控的 PQC 算法標準，積極布局開展產品研發和測試驗證，適時啟動升級遷移等工作。122https:/www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2024/07/REF_PQC-Report_FINAL_Send.pdf123https:/blog.chromium.org/2024/05/advancing-our-amazing-bet-on-asymmetric.html124https:/

103、 年）47四、量子精密測量研究與應用進展（一）新技術方案不斷涌現，基礎前沿研究亮點紛呈（一）新技術方案不斷涌現，基礎前沿研究亮點紛呈量子精密測量具有技術方案多元、應用場景廣泛、戰略價值突出等特點，其核心優勢在于開發和利用量子疊加、量子糾纏和量子非經典關聯等新穎量子物理特性，指數級提升傳感測量方法的精度、靈敏度和分辨率等關鍵指標。量子精密測量系統通過對原子、離子、光子等微觀粒子體系中的量子態進行制備、調控與觀測，實現對外部物理量變化的更精確、更可靠且可溯源的測量與傳感。量子精密測量主要技術方案包括冷原子干涉、核磁/順磁共振、金剛石色心、無自旋交換弛豫原子自旋（SERF）以及借助量子糾纏或壓縮效應

104、增強的探測等?？蓪崿F傳感測量的物理量種類繁多，如頻率、時間、重力場、加速度、角速度、磁場、電場、溫度乃至物質痕量檢測等。量子精密測量技術應用場景覆蓋基礎科研、國防軍工、航空航天、定位導航、環境監測、生物醫療及資源勘探等眾多行業領域。量子精密測量領域不同技術方案與傳感測量產品的技術成熟度各異，如圖 16 所示。微波原子鐘等量子時頻基準產品已在秒定義、世界協調時、衛星定位導航等領域廣泛應用，新一代光學原子鐘、核鐘研究蓬勃發展，有望進一步提升時間頻率計量精度。原子干涉磁力儀和重力儀等已有樣機產品，在心/腦磁醫療檢測、地質資源勘測等領域開展示范應用。量子陀螺儀和加速度計組成量子慣性導航系統，里德堡原子

105、天線電場測量系統和量子雷達等技術，未來有望量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）48在國防軍工領域帶來自主定位導航、戰場態勢感知等方面帶來改變游戲規則式的顛覆性應用。除上述業界關注度較高的技術產品外，近年來新型量子精密測量技術方案和應用場景研究成果也不斷涌現。來源：中國信息通信研究院根據公開信息整理圖 16 量子精密測量主要技術方案與產品發展成熟度基于量子糾纏測量方案可突破經典方法性能極限。2023 年 11月，俄勒岡大學報道128量子糾纏干涉成像技術新方案，通過聯合測量確定模擬熱光源的空間分布，證明量子糾纏在成像領域的應用潛力。12 月，韓國標準科學研究院報道129基于糾纏光源實現了

106、量子光學誘導相干斷層掃描（QICT），重構由藍寶石、硅和玻璃板制成的128https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.210801129http:/doi.org/10.1088/2058-9565/ad124d量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）49參考樣品的深度分布圖。2024 年 3 月，英國格拉斯哥大學提出130基于量子糾纏的量子輔助自適應光學成像技術，成像清晰度提高20.52%。新材料、新原理、新效應進一步拓展量子精密測量技術方案邊界。2024 年 4 月，德國維爾茨堡大學基于量子反?；魻栃岢隽诵滦土孔与娮铇藴?31，提高電阻測量的準確

107、性，無需任何外部磁場，有望改進現有計量標準。7 月，韓國基礎科學研究所、德國于利希研究中心聯合團隊利用含羰基有機共軛分子實現了原子尺度的電場/磁場傳感器132，與掃描隧道顯微鏡相結合有望實現對原子、分子和納米結構成像。8 月，悉尼理工大學開發基于六角形氮化硼（HBN）的二維量子傳感芯片133，可同時探測溫度異常和任意方向磁場，有望實現更廉價更通用的量子傳感器。深圳量子院與中科大等合作利用玻色模式光子數濾波器量子控制方法，在高品質因子超導微波諧振腔中成功制備高達 100 個光子的 Fork 態，實現對微波電磁場的微小位移或相移變化的高靈敏度探測，測量精度增益超越標準量子極限高達 14.8dB，逼

108、近海森堡極限134。9 月，英國格拉斯哥大學等聯合團隊利用摻雜五烯烴演示室溫下相關自旋控制135，有望實現室溫量子傳感和成像。130http:/doi.org/10.1126/science.adk7825131https:/doi.org/10.1038/s41928-024-01156-6132https:/doi.org/10.1038/s41565-024-01724-z133https:/doi.org/10.1038/s41467-024-51129-8134https:/doi.org/10.1038/s41567-024-02619-5135https:/doi.org/10.

109、1103/PhysRevLett.133.120801量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）50量子精密測量技術發展推動基礎科學研究探索。量子精密測量可用于探測宇宙中的基本常數變化、檢驗量子力學的基本原理、研究量子力學與廣義相對論的統一理論、探索宇宙的起源和演化等。2024 年 4 月，北京大學報道136利用相距 1700 公里的電磁屏蔽屋內的磁力儀對暗光子進行探測，通過構造長基線量子傳感器網絡提高暗物質搜尋的靈敏度。7 月，美國費米國家實驗室和芝加哥大學聯合團隊利用超導量子位來制備非經典 Fork 態的超導微波腔，激發暗物質波發射光子，成功將暗物質探測的掃描速率提高 2.78 倍13

110、7。8 月，美國史蒂文斯理工學院和瑞典斯德哥爾摩大學聯合團隊提出利用量子傳感器探測單個引力子的新方法138，通過觀測量子跳躍（quantumjump）現象，可推斷引力子的吸收。我國“超高靈敏極弱磁場與慣性測量裝置項目”國家重大科技基礎設施本體計劃于 2024 年 12 月開工，2029 年建設完成，包括 1 個大型“零磁”空間、三類 9 種科學裝置與儀器、三類高性能磁屏蔽艙，建成后將有效推動我國磁異常探測、深空磁探測、心腦磁成像等領域基礎科學研究139。（二）歐美加大布局與投資力度，推動重點領域應用（二）歐美加大布局與投資力度，推動重點領域應用量子精密測量技術在航空航天、國防軍工等領域應用的戰

111、略價值突出，在歐美發達國家備受重視。政府部門通過科技項目支持、政府合同贈予、技術產品采購等方式，成為推動量子精密測量技術136https:/doi.org/10.1038/s41467-024-47566-0137https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.140801138https:/doi.org/10.1038/s41586-024-07839-6139http:/ 年）51發展、產品熟化和應用落地的重要支持者和首批用戶。美國能源部發布小企業創新研究計劃（SBIR），設置多個量子精密測量項目140，資助初創企業開展相關技術研發和產品轉化。芯片級量子定位

112、、導航和授時（PNT）傳感器企業 Mesaquantum 獲得 190萬美金為美國空軍開發小型化原子鐘。量子器件設計軟件企業QuanCAD 獲得資助為美國航空航天局（NASA）開發用于探測行星上水源的量子傳感器。單光子探測器企業Amethyst Research獲得165萬美元資助開發用于量子成像和傳感的超高性能紅外探測器。光學測量設備企業 Mesa Photonics 獲得 165 萬美元資助開發用于生物成像的量子增強傳感器。超導量子干涉儀企業 STAR Cryoelectronics 獲得 20 萬美元資助開發基于鉭材料超導體的量子傳感器，通過在極低溫度下工作來提供極高的能量分辨率，可用于

113、研究宇宙基本粒子。美國國家科學基金會設立五個國家量子虛擬實驗室（NQVL）141，其中量子傳感與成像實驗室（Q-SAIL）旨在開發基于二維俘獲離子陣列的量子傳感器，推動在頻率計量、信息通信、定位導航及生物醫療等領域應用。美國 DARPA 資助軍用級原型量子激光器的開發，通過將光粒子對糾纏產生由兩種不同波長組成的相干激光束，每秒發送一百萬個糾纏光子對，提升各類應用場景中的穩定性和可靠性。英國科學、創新和技術部（DSIT）設立量子催化劑（Quantum140https:/science.osti.gov/sbir/Awards141https:/new.nsf.gov/news/nsf-natio

114、nal-quantum-virtual-laboratory-advances量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）52Catalyst）基金142，投資 1500 萬英鎊，三家量子精密測量企業獲項目支持。量子磁力計企業 Cerca 進行量子腦磁掃描儀的開發，用于癲癇和癡呆癥等疾病診斷；非侵入式鐵路軌道監控傳感器企業 Monirail開發火車智能導航系統，利用量子傳感器提高隧道行使安全性；量子重力儀企業DeltaG基于重力梯度傳感器技術開發半自主監測系統，對城市地下基礎設施進行掃描，發現地質結構潛在危險。加拿大國防部設立國防卓越與安全創新（IDEaS）項目143，對量子精密測量與量子傳

115、感領域初創企業給予支持，資助量子增強導航、微波量子雷達、用于卓越態勢感知的量子增強儀器、芯片上中紅外量子傳感器和用于PNT和地球觀測的增強量子時鐘和慣性傳感器等五個項目，每個項目將獲得 300 萬加元的啟動資金。量子精密測量領域的多項技術產品具有軍民兩用特點。時間頻率、電磁場、重力場等關鍵信息測量，以及目標探測識別和自主慣性導航等核心能力，對于戰場態勢感知和運載平臺測控等方面具有重要價值。量子精密測量技術國防領域應用的主要方向和場景如表 1所示。表 1 量子精密測量技術國防領域應用前景概況技術方向技術方向典型產品典型產品傳感單元傳感單元應用場景應用場景定位、導航、授時量子時鐘熱原子、冷原子提供

116、高精度時間/頻率信號，可用于衛星定位導航、授時/守時等場景。142https:/www.quantumsensors.org/news/2024/02/06/quantum-catalyst-funding-announced-for-cerca-monirail-and-delta-g143https:/www.canada.ca/en/department-national-defence/programs/defence-ideas/element/innovation-networks/challenge/defence-applications-of-quantum-technolo

117、gies.html量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）53（PNT）量子加速度計冷原子在衛星定位導航失效時，獲得準確加速度信息支持自主慣性導航。量子陀螺儀熱原子、冷原子在衛星定位導航失效時，獲得準確角速度信息支持自主慣性導航。量子重力儀冷原子測量地球重力場分布輔助慣性導航。量子磁力計熱原子利用地球磁場分布輔助慣性導航。目標探測量子雷達單光子以更高精度獲得目標位置/速度等信息。糾纏態、壓縮態量子磁力計熱原子通過地球磁場的微弱變化進行地下/水下金屬目標探測等。量子重力儀冷原子開展地質/地下結構探測等。電場信號探測量子天線里德堡原子寬頻譜、高靈敏度的電場信號接收等。成像識別量子成像單光子實

118、現超遠距、非視域、非直接探測等方式的目標檢測與成像。糾纏態、壓縮態來源：中國信息通信研究院根據公開信息整理歐美防務機構和企業積極組織開展量子精密測量技術應用試驗驗證。2023 年 12 月，美國陸軍與 Rydberg Technologies 公司合作，首次利用原子量子接收器實現了遠距離無線電通信，有望助力構建新興防干擾、防黑客通信能力144。2024 年 5 月，英國 DSIT 宣布在飛機平臺成功演示了基于量子技術的慣性導航系統145，標志著量子慣性導航技術向實際應用邁出重要一步，并計劃于 2025 年與英國海軍合作在艦船平臺對量子-經典混合導航系統進行海上實驗。6 月，美國 Sandbox

119、AQ 公司推出 AQNav146，將量子精密測量和人工智能（AI）結合打造商業級實時地磁輔助導航系統，可在衛星定位導航144https:/ 年）54失效時，實現空中、陸地和海洋等環境自主導航。AQNav 系統已在四種不同類型飛機累計實驗超過 200 小時，支持 40 余次飛行任務。（三）光鐘性能指標穩步提升，秒定義更新研究啟動（三）光鐘性能指標穩步提升，秒定義更新研究啟動量子頻率基準已成為時間頻率計量領域的“定海神針”。1967 年，第 13 屆國際計量大會通過了采用銫原子躍遷頻率來定義秒的決議，即以銫-133 原子基態的兩個超精細能級之間躍遷所對應輻射的9,192,631,770 個周期持續

120、時間為 1 秒。從此，時頻計量開啟了“量子時代”。經過近 60 年的發展，以銫原子鐘等為代表的微波原子時頻基準已成為支撐信息社會運行的重要底座。近十年來，以光晶格鐘等為代表的光學原子時頻基準技術發展迅速，將進一步提升時間頻率測量與計量精確度，成為新一代時頻基準的重要發展方向。光學頻率基準相較于現有微波頻率基準具有顯著優勢。光學頻率標準的工作頻率范圍遠高于微波頻率標準，使得其頻率穩定度的大幅提升以及頻率不確定度的顯著降低。近年來，光鐘研究發展迅速得益于多項核心技術的突破，離子協同冷卻技術實現了對離子的高效操控與穩定，離子態的量子邏輯探測技術提升了量子態檢測的精度與效率，光晶格囚禁原子技術為原子提

121、供了更為精確與穩定的控制環境，光晶格魔術波長技術進一步優化了原子的囚禁狀態，超穩光學腔與超穩激光技術融合應用確保了光學系統的長期穩定性，低溫制冷原子腔室技術有效降低了原子系統的熱噪聲干擾，熱屏蔽腔抑制黑體輻射頻移技術則可以減少外部熱輻射對系統的影響。量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）55近年來，光學頻率基準研究不斷取得突破，指標提升迅速。當前光鐘的測量不確定度指標已經進入 10-1810-19量級，標志著時頻計量技術進入了新紀元。2024 年 1 月，中科大報道147通過兩套獨立的鍶原子光晶格鐘進行頻率比對測量，穩定度在萬秒積分時間達到410-18，還對光鐘系統頻移因素開展逐項評定

122、，最終得到系統不確定度為 4.410-18。7 月，美國天體物理聯合實驗室（JILA）報道148研制鍶原子光晶格鐘不確定度突破 8.110-19，刷新了時間頻率計量精度的世界紀錄。10 月，科羅拉多大學博爾德分校、NIST 等聯合報道149利用可編程原子陣列在光學原子鐘中制備出 9 個量子比特的 GHZ糾纏態，實驗驗證該方案穩定度結果突破標準量子極限（SQL）。加州理工學院與斯坦福大學聯合團隊報道150實現了用于中性原子光學原子鐘的通用量子操作和基于輔助量子比特的結果讀出。光學原子鐘將成為下一代秒定義參考。鑒于光鐘技術快速發展，國際時間頻率咨詢委員會（CCTF）已提出秒定義修改路線圖計劃，在2

123、022年國際計量大會獲得通過并啟動開展秒定義更新相關研究工作，預計在 2030-2034 年之間，可完成實現秒定義修改。CCTF 提出了三種可能修改方案包括：一是選擇一個單一的頻率躍遷作為新的秒定義。但是鑒于目前多種技術路線的光鐘各具優劣勢，可能難以確定一個最佳的秒定義候選。二是采用一組躍遷頻率的幾何平均值147https:/iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/ad1a4c148https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023401149https:/doi.o

124、rg/10.1038/s41586-024-07913-z150https:/doi.org/10.1038/s41586-024-08005-8量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）56來定義一個頻率值。這種方式能夠兼顧各類光鐘的性能優勢，但是無法通過同一套實驗裝置直接復現秒定義。三是定義一個基本物理常數作為秒的定義基礎，但是目前物理常數定義頻率的相關實驗，測量不確定度指標都遠低于可復現秒定義的銫原子噴泉鐘指標。三種秒定義更新方案的比較和最終選擇還有待進一步技術研究與實驗驗證。來源：中國信息通信研究院更新公開信息整理圖 17 秒定義更新路線圖任務完成度秒定義更新將是一項復雜系統工程。

125、CCTF 還對現有時間頻率相關技術、實驗和計量的發展提出了相關要求，只有所有的技術目標和計量能力實現后才能完成最終的秒定義更新修改。目前，秒定義更新路線圖中各項要求的實現程度各不相同，如圖 17 所示。首先，光頻標自身精度需要達到指定要求。例如，至少三家機構研制的同一躍遷的光頻標，以及至少 3 種不同躍遷的光頻標，評定不確定度量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）57不高于于 2e-18。其次，光頻標比對精度滿足指定要求。例如，各國家可通過移動鐘或時頻鏈路方式實現高于 5e-18 精度的頻率持續比對。最后，其他要求包括新的定義可以實現在未來更加準確的復現，主要國家的計量機構可復現新定義

126、或次級定義，重新定義后實現對時標持續改進，光鐘可以實現商品化供應，時頻信號傳輸技術的提升等。未來，不同類型和機構之間的光鐘比對，將是秒定義更新的研究重點。除原子鐘以外，核鐘也展示出獨特優勢逐步成為科學研究熱點。原子核體積比普通原子小 10 萬倍，因此更不易受到環境的影響，但原子核躍遷的頻率通常比原子躍遷高出至少 1 萬倍，不容易被激發。釷-229 是個例外，僅需 8.4eV 就可以從最低能態（基態）躍遷至某個長壽命的激發態，這一特性啟發了基于釷的核鐘研究。2023 年，歐洲粒子物理實驗室制造出釷-229，首次確定激發能量為 8.4eV。2024 年 4 月，奧地利維也納工業大學和德國國家計量研

127、究所（PTB）聯合實現了釷-229 核躍遷的首次激光激發151。中科院精密測量院利用動態載入結合緩沖氣體碰撞冷卻方法實現釷離子的囚禁，同時對釷離子數量、速度分布和囚禁壽命進行分析152。9 月，科羅拉多大學博爾德分校、美國 NIST 等聯合實現釷-229 核躍遷和鍶-87 原子鐘的頻率比對153，測量結果相比以往報道提高了 6 個數量級。核鐘研究151https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.182501152https:/doi.org/10.1063/5.0202805153https:/doi.org/10.1038/s41586-024-07839-

128、6量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）58的快速發展，也可能對未來秒定義更新研究產生一定影響。（四）產業生態構建初具雛形，規模商用仍面臨挑戰（四）產業生態構建初具雛形，規模商用仍面臨挑戰隨著量子精密測量各方向技術研究探索和樣機產品研發的不斷深化，初創企業和相關配套及應用企業已超過百家，以上游基礎材料、核心器件與系統、中游系統樣機產品以及下游跨行業應用為組成部分的量子精密測量產業鏈和產業生態初具雛形。產業生態發展為量子精密測量的商業化進程奠定基礎，但要實現大規模商業化應用和產業化發展，還需提升樣機產品技術成熟度，實現成本控制，拓展應用場景，增強用戶和市場接受度。產業鏈上游涵蓋核心硬件、

129、輔助器件與保障系統等供應商。核心硬件包括激光器、微波源、探測器、高純度同位素、原子氣室等，輔助器件包括電子元器件、光學系統元件、射頻元件以及各種線纜等，保障系統主要用于環境控制，如低溫系統、磁屏蔽系統、真空系統、隔振系統等。上游器件裝備供應商在歐美地區具有較高的集中度。量子精密測量涉及的基礎材料、元器件和支撐系統種類繁多，不同技術路線對上游材料和器件的需求差異較大，這給供應鏈整合與優化帶來挑戰。未來，科研單位、高校和企業需加強合作，通過制定技術標準，采用模塊化設計思路，推動上游材料和器件標準化生產，提升上下游合作水平，才能有效降低成本，提升集成化水平。產業鏈中游的系統設備制造商是將前沿科技成果

130、轉化為具有商業價值產品的核心推動力量。當前市場上可商用的量子精密測量設量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）59備種類繁多，涵蓋了多個技術方向，原子鐘、原子重力儀等相對成熟并進入逐步商業應用；量子磁力計、光量子雷達等正處于工程化研發與實際應用探索的關鍵階段，初步形成第一代產品；量子關聯成像、里德堡原子天線等尚處于系統技術突破與原型機研發階段。量子精密測量樣機產品在科研儀表、醫療儀器、國防裝備等領域展現出巨大應用潛力，有望率先實現產業化突破。量子時頻基準（時鐘）是較為成熟技術方向，已實現廣泛應用。冷原子鐘精度極高，雖然設備結構復雜且體積龐大，但已經在計量、授時、基礎科研等領域得到廣泛應用

131、。熱原子鐘則已經廣泛應用于通信、電力、衛星導航等領域，其成熟度和商業化程度最高。芯片級相干布局囚禁（CPT）原子鐘和分子鐘等，體積和成本顯著降低，未來有望替代現有高精度晶振，進而改變時頻網絡體系架構。量子重力儀已實現集成化、可移動和自動化控制，未來還需要進一步小型化和降低成本。目前量子重力儀在地質研究和地震預測等領域具有廣闊的應用前景。近期中國地震局等單位啟動的巨災防范工程震災項目計劃采購量子絕對重力儀和量子重力梯度儀等產品，目前已有國內供應商產品已通過產品定型測試。量子磁力計近年來發展迅速，并且已經衍生出一系列新型測量傳感設備，如腦磁圖儀、心磁圖儀、量子掃描顯微鏡、量子電流互感器、量子工業探

132、傷儀等。特別是心/腦磁圖儀，國內多項相關產品已獲得醫療器械注冊證，在多家醫療機構開展癲癇診斷、認知障礙評估、腦發育評估等臨床應用量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）60研究，并在臨床手術中實現輔助病灶定位。光量子雷達基于單光子探測技術能夠實現高分辨率的成像和測距功能，與傳統激光雷達相比具有定位精度高、掃描速度快、人眼安全等優勢，填補傳統激光雷達能力空白，已經在環境監測、道路交通、氣象測繪等領域展現出廣闊的應用前景。量子慣性導航系統和原子天線在國防領域具有戰略價值，近年來其產品成熟度持續提升，逐步在機載、艦載等環境下開展功能驗證。產業鏈下游涉及基礎科研、國防軍工、生物醫療、能源開發、工

133、業制造、資源勘探及環境監測等應用領域。量子精密測量技術正成為傳統傳感測量的有效補充與增強方案，隨著性能優化、工程化水平提升及成本降低，有望成為未來傳感測量技術演進方向。仍需要看到，部分量子精密測量技術處于實驗室研發或原型機階段，如何有效轉化為工程應用并滿足實際場景需求仍面臨挑戰，需產業界與學術界協同突破。此外，量子精密測量技術的商業價值尚未完全顯現，社會資本的投入有限，對規模商用形成制約，需加大公共研發資金及創業投資支持力度，推動商業化進程，提升產業化水平。五、量子信息領域發展與展望以量子計算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術，既是量子科技的重要組成部分，也是開辟未來產業新賽道的重要發展

134、方向。當前，量子信息領域進入科技攻關、工程研發、應用探索和產業培育相互帶動和一體化發展關鍵階段，科研成果亮點不斷涌現，量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）61原型機和產品研發進展迅速，示范應用與測試驗證廣泛開展，技術標準化研究取得階段性成果，市場投融資保持活躍，獨角獸企業成為關注熱點，產業生態發展方興未艾。加快量子科學和技術發展，推動應用賦能，增進各方福祉，已成為全人類的共同心愿。2024 年6 月，為紀念量子力學發展百年，聯合國大會宣布 2025 年為國際量子科技年（IYQ）154，指出量子科技的發展對解決聯合國 2030 可持續發展目標所面臨的關鍵挑戰具有重大意義，將通過組織系列

135、活動，提高人們對量子科學和技術的重要性和影響的認識與理解。建議我國量子信息科研和產業界借此機會組織開展量子信息技術科普和應用推廣活動，積極參與相關國際科技、產業和標準活動的策劃組織。量子計算領域，超導、離子阱、光量子、中性原子和硅半導體等主要技術路線并行發展，樣機系統指標持續提升，需要在擴展量子比特規模的同時，實現量子糾錯和高精度邏輯門操控。量子糾錯是實現容錯通用量子計算的必要環節，近年來已成為業界研究熱點，新型編碼方案研究和實驗驗證取得諸多重要進展，實現實用化邏輯量子比特操控將是下一個重要里程碑。各類型量子計算軟件處于開放探索階段，歐美企業創新成果豐富發展迅速，未來仍需與硬件系統協同迭代，提

136、升技術成熟度與易用性。量子計算云平臺已成為融合軟硬件系統能力，支持應用探索和生態培育的核心匯聚點，歐美科技巨頭在硬件能力、開源生態和用戶吸引力方面占據先發優勢。154https:/quantum2025.org/en量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）62量子計算應用場景探索在各領域廣泛開展，仍未實現“殺手級”應用，需要量子算法突破。產業生態基本形成，構建量子計算測評體系成為業界關注焦點。量子通信領域，新型 QKD 和 QRNG 協議研究與系統實驗持續開展，性能指標進一步提升，提升系統集成化水平，實現產品提質降本是未來主要發展方向?；谛l星實現星地量子通信，提升 QKD廣域組網和靈活

137、應用能力，開展空間量子科學研究已成為重要目標。量子信息網絡的協議方案、核心器件、轉換接口和組網實驗等前沿研究高度活躍，但仍處于開放探索階段，距離實用化仍有較大差距。量子保密通信技術提升信息安全防護能力具有獨特優勢，應用場景探索在多個行業和領域持續開展，但規?；渴鸷蜕虡I化應用仍面臨一些問題和挑戰，業界需進一步凝聚共識，找準方向合力攻關方能突破瓶頸。采用 PQC 已成為應對量子計算信息安全威脅的普遍共識，美國正式發布 PQC 算法標準，大力推動升級遷移。我國需加快制定自主可控算法標準，布局開展產品研發、測試驗證與升級遷移等工作。量子精密測量領域，技術方案多元、應用場景廣泛、戰略價值突出。微波原子

138、鐘等量子時頻基準產品已在秒定義、衛星定位導航等領域廣泛應用，新一代光學原子鐘、核鐘研究蓬勃發展，有望進一步提升時間頻率計量精度，成為下一代秒定義方案的發展方向。原子干涉磁力儀和重力儀等已有樣機產品，在心/腦磁醫療檢測、地量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）63質資源勘測等領域開展示范應用。量子陀螺儀和加速度計組成量子慣性導航系統，里德堡原子天線電場測量系統和量子雷達等技術，未來有望在國防軍工領域產生重要影響。歐美高度重視量子精密測量技術應用價值，通過科技項目支持、政府合同贈予、技術產品采購等方式，推動技術發展、產品熟化和應用落地。量子精密測量產業鏈和產業生態初具雛形，要實現大規模商業

139、化應用和產業化發展，需提升樣機產品技術成熟度，拓展應用場景，增強用戶和市場接受度。我國量子信息領域發展態勢積極向好。未來，在加快關鍵技術攻關、研發標志性產品、建設基礎設施平臺、促進產學研用協同、擴展國際交流合作等方面，進一步凝聚共識，聚力加快發展，有望取得更多科研、應用與產業化成果，開辟未來產業新賽道，打造創新發展新動能，為實現中國式現代化提供有力支撐。量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）64附錄：量子信息領域國際/國內技術標準中國信息通信研究院根據標準機構公開信息整理量子信息領域已發布國際標準、國家標準和行業標準，其中不包含在研項目、補編訂正、技術報告、研究課題等，統計截至 202

140、4 年 10 月。（一）國際標準1.國際電信聯盟電信標準化部門（ITU-T）表 2 ITU-T 量子信息領域國際標準No.標準編號標準編號標準名稱標準名稱1.ITU-T Q.4160(12/2023)Quantum key distribution networks Protocol framework2.ITU-T Q.4161(12/2023)Protocols for Ak interfaces for quantum key distribution networks3.ITU-T Q.4162(12/2023)Protocols for Kq-1 interfaces for qua

141、ntum key distribution networks4.ITU-T Q.4163(12/2023)Protocols for Kx interfaces for quantum key distribution networks5.ITU-T Q.4164(12/2023)Protocols for Ck interfaces for quantum key distribution networks6.ITU-T Y.3800(10/2019)Overview on networks supporting quantum key distribution7.ITU-T Y.3801(

142、04/2020)Functional requirements for quantum key distribution networks8.ITU-T Y.3802(12/2020)Quantum key distribution networks Functional architecture9.ITU-T Y.3803(12/2020)Quantum key distribution networks Key management10.ITU-T Y.3804(09/2020)Quantum key distribution networks Control and management

143、11.ITU-T Y.3805(12/2021)Quantum key distribution networks Software-defined networkingcontrol12.ITU-T Y.3806(09/2021)Quantum key distribution networks Requirements for quality ofservice assurance13.ITU-T Y.3807(02/2022)Quantum key distribution networks Quality of service parameters14.ITU-T Y.3808(09/

144、2024)Integration of quantum key distribution network and secure storagenetwork15.ITU-T Y.3809(02/2022)Arole-based model in quantum key distribution networks deployment16.ITU-T Y.3811(09/2022)Quantum key distribution networks Functional architecture for qualityof service assurance17.ITU-T Y.3812(09/2

145、022)Quantum key distribution networks-Requirements for machinelearning based quality of service assurance18.ITU-T Y.3814Quantum key distribution networks functional requirements and量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）65(01/2023)architecture for machine learning enablement19.ITU-T Y.3815(09/2023)Quantum key distr

146、ibution networks Overview of resilience20.ITU-T Y.3816(09/2023)Quantum key distribution networks Functional architectureenhancement of machine learning based quality of service assurance21.ITU-T Y.3819(12/2023)Quantum key distribution networks Requirements and architecturalmodel for autonomic manage

147、ment and control enablement22.ITU-T Y.3821(04/2024)Quantum key distribution networks Requirements for resilience23.ITU-T Y.3822(09/2024)Quantum key distribution networks-Requirements for autonomicquality of service assurance24.ITU-T Y.3824(09/2024)Quantum key distribution network federation-Referenc

148、e models25.ITU-T Y.3825(09/2024)Integration of quantum key distribution network and time-sensitivenetwork-framework26.ITU-T Y.3826(09/2024)Integration of quantum key distribution network and user networksupporting end-to-end modern cryptography services-framework27.ITU-T X.1702(11/2019)Quantum noise

149、 random number generator architecture28.ITU-T X.1710(10/2020)Security framework for quantum key distribution networks29.ITU-T X.1712(10/2021)Security requirements and measures for quantum key distributionnetworks key management30.ITU-T X.1713(04/2024)Security requirements for the protection of quant

150、um key distributionnodes31.ITU-T X.1714(10/2020)Key combination and confidential key supply for quantum keydistribution networks32.ITU-T X.1715(07/2022)Security requirements and measures for integration of quantum keydistribution network and secure storage network2.國際標準化組織與國際電工委員會（ISO/IEC）表 3 ISO/IE

151、C 量子信息領域國際標準No.標準編號標準編號標準名稱標準名稱1.ISO/IEC23837-1:2023Security requirements,test and evaluation methods for quantum keydistribution Part 1:Requirements2.ISO/IEC23837-2:2023Security requirements,test and evaluation methods for quantum keydistribution Part 2:Evaluation and testing methods3.ISO/IEC4879:2

152、024Information technology-Quantum computing-Vocabulary3.歐洲電信標準化協會（ETSI）表 4 ETSI 量子信息領域國際標準No.標準編號標準編號標準名稱標準名稱1.ETSI GR QKD 003V2.1.1(2018-03)Quantum Key Distribution(QKD);Components and InternalInterfaces2.ETSI GR QKD 007V1.1.1(2018-12)Quantum Key Distribution(QKD);Vocabulary3.ETSI GS QKD 002V1.1.1(

153、2010-06)Quantum Key Distribution(QKD);Use Cases4.ETSI GS QKD 003Quantum Key Distribution(QKD);Components and Internal量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）66V1.1.1(2010-12)Interfaces5.ETSI GS QKD 004V1.1.1(2010-12)Quantum Key Distribution(QKD);Application Interface6.ETSI GS QKD 004V2.1.1(2020-08)Quantum Key Distri

154、bution(QKD);Application Interface7.ETSI GS QKD 005V1.1.1(2010-12)Quantum Key Distribution(QKD);Security Proofs8.ETSI GS QKD 008V1.1.1(2010-12)Quantum Key Distribution(QKD);QKD Module SecuritySpecification9.ETSI GS QKD 011V1.1.1(2016-05)Quantum Key Distribution(QKD);Component characterization:charact

155、erizing optical components for QKD systems10.ETSI GS QKD 012V1.1.1(2019-02)Quantum Key Distribution(QKD);Device and CommunicationChannel Parameters for QKD Deployment11.ETSI GS QKD 014V1.1.1(2019-02)Quantum Key Distribution(QKD);Protocol and data format ofREST-based key delivery API12.ETSI GS QKD 01

156、5V1.1.1(2021-03)Quantum Key Distribution(QKD);Control Interface for SoftwareDefined Networks13.ETSI GS QKD 015V2.1.1(2022-04)Quantum Key Distribution(QKD);Control Interface for SoftwareDefined Networks14.ETSI GS QKD 016V1.1.1(2023-04)Quantum Key Distribution(QKD);Common Criteria ProtectionProfile-Pa

157、ir of Prepare and Measure Quantum Key DistributionModules15.ETSI GS QKD 016V2.1.1(2024-01)Quantum Key Distribution(QKD);Common Criteria ProtectionProfile-Pair of Prepare and Measure Quantum Key DistributionModules16.ETSI GS QKD 018V1.1.1(2022-04)Quantum Key Distribution(QKD);Orchestration Interface

158、forSoftware Defined Networks（二）國家標準1.全國量子計算與測量標準化技術委員會（TC578）表 5 TC578 量子信息領域國家標準No.標準編號標準編號標準名稱標準名稱1.GB/T 42565-2023量子計算 術語和定義2.GB/T 43735-2024量子精密測量中里德堡原子制備方法3.GB/T 43736-2024精密光頻測量中光學頻率梳性能參數測試方法4.GB/T 43737-2024量子測量術語5.GB/T 43740-2024原子重力儀性能要求和測試方法6.GB/T 43784-2024單光子源性能表征及測量方法7.GB/T 43785-2024光鐘

159、性能表征及測量方法8.GB/T 43845-2024基于掃描氮-空位探針的微弱靜磁場成像測量方法2.全國通信標準化技術委員會（TC485）表 6 TC485 量子信息領域國家標準No.標準編號標準編號標準名稱標準名稱1.GB/T 42829-2023量子保密通信應用基本要求2.GB/T 43692-2024量子通信術語和定義量子信息技術發展與應用研究報告（2024 年）67（三）行業標準1.中國通信標準化協會（CCSA）表 7 CCSA 量子信息領域行業標準No.標準編號標準編號標準名稱標準名稱1.YD/T 3834.1-2021量子密鑰分發(QKD)系統技術要求 第 1 部分：基于誘騙態 B

160、B84協議的 QKD 系統2.YD/T 3835.1-2021量子密鑰分發(QKD)系統測試方法 第 1 部分：基于誘騙態 BB84協議的 QKD 系統3.YD/T 3907.3-2021基于 BB84 協議的量子密鑰分發（QKD）用關鍵器件和模塊 第 3部分：量子隨機數發生器（QRNG）4.YD/T 3907.1-2022基于 BB84 協議的量子密鑰分發（QKD）用關鍵器件和模塊 第 1部分：光源5.YD/T 3907.2-2022基于 BB84 協議的量子密鑰分發（QKD）用關鍵器件和模塊 第 2部分：單光子探測器6.YD/T 4301-2023量子保密通信網絡架構7.YD/T 4302

161、.1-2023量子密鑰分發（QKD）網絡 網絡管理技術要求 第 1 部分：網絡管理系統（NMS）功能8.YD/T 4303-2023基于 IPSec 協議的量子保密通信應用設備技術規范9.YD/T 3834.2-2023量子密鑰分發（QKD）系統技術要求 第 2 部分：基于高斯調制相干態協議的 QKD 系統10.YD/T 3835.2-2023量子密鑰分發（QKD）系統測試方法 第 2 部分：基于高斯調制相干態協議的 QKD 系統11.YD/T 4410.1-2023量子密鑰分發（QKD）網絡 Ak 接口技術要求 第 1 部分：應用程序接口（API）12.YD/T 4632-2023量子密鑰分

162、發與經典光通信共纖傳輸技術要求13.YD/T 3907.4-2024基于 BB84 協議的量子密鑰分發（QKD）用關鍵器件和模塊 第 4部分：誘騙態調制模塊2.密碼行業標準化技術委員會（CSTC）表 8 CSTC 量子信息領域行業標準No.標準編號標準編號標準名稱標準名稱1.GM/T 0108-2021誘騙態 BB84 量子密鑰分配產品技術規范2.GM/T 0114-2021誘騙態 BB84 量子密鑰分配產品檢測規范3.電力行業信息標準化技術委員會（DL/TC27）表 9 DL/TC27 量子信息領域行業標準No.標準編號標準編號標準名稱標準名稱1.DL/T 2399-2021電力量子保密通信系統密鑰交互接口技術規范中國信息通信研究院地址：北京市海淀區花園北路 52 號郵編：100191電話：010-62300592傳真：010-62304980網址：