量子计算产业规模、未来发展趋势及玩家进展分析

2030 年全球有望突破千亿美元规模。

预计 2030 年全球量子计算有望突破千亿美元规模。ICV 认为，2022-2027 年为 NISQ 时 代的关键阶段：1）各大公司将较大概率完成各自的技术路线图目标，通用量子计算机将 在比特数与保真度等方面实现技术突破，但通用量子计算机仍只能用来满足科研实验室以 及极少部分云平台的商业需求，缓慢而稳定地增长；2）专用量子计算机有可能实现部分 应用以处理组合优化、量子化学、机器学习等特定问题。根据 ICV 研究，2022 年全球量 子产业规模达到 12.9 亿美元，预计 2030 年前后从 NISQ（含噪声量子计算）时代进入 ECQ（容错量子计算）时代，并于 2030 年实现千亿美元规模。目前全球各主要量子计算 机公司营收以政府和军方为主要采购方的模式或要持续数年，产业投资在难以获得预期回 报的背景下，企业将压缩技术和人才的投资，更多的产业推动将来自政府和科研院所。

2023 年北美、欧洲、亚太地区占据全球量子计算市场规模 90%左右，NISQ 时代硬件部 分仍然是市场的主力。根据 ICV 研究，1）地区结构拆分：北美/欧洲/中国/亚太地区（除 中国）/其他地区预计分别从 2023 年 14.1/18.0/7.1/5.9/1.9 亿 美 元 增 长 至 2035 年 的 2264.6/3287.4/1647.8/665.6/251.6 亿美元，各地区基本同步发展，但技术爆发后其他地 区（如非洲地区）市场占比可能会受到挤压。2）产业结构拆分：在 NISQ 时代，硬件投 入仍然是市场的主力，2021 年硬件市场占比达 93%；但预计至 2025 年会迅速降至 70%， 届时软件和应用合计占到 30%。从趋势上看，随着量子计算的发展，软件研发和初步应用 会逐渐势大，到 EQC 时代，软件与应用合计预计占市场 72%左右。

混合量子计算或量超融合或成为未来新趋势。趋势#1：从技术架构上看，混合量子计算或量超融合或成为未来新趋势。随着量子计算机 在未来几年的成熟，其计算能力将不断提高，可应用于更多场合，并在特定的实际领域提 供帮助。但量子计算机在未来可预期的 3-5 年或存在局限性，例如：QPU 组织和访问内存 方面不如 CPU，在渲染复杂图形方面不如 GPU。因此，经典系统处理数据准备、可视化 和纠错等任务，而量子系统处理复杂的计算，这样混合量子计算架构或成未来新趋势。目 前在业界中，IBM 认为，计算的未来是以量子为中心的超级计算机，其中 QPU、CPU 和 GPU 都在一起工作以加速计算；AWS 于 2021 年宣布推出亚马逊 Braket 混合作业功能， 旨在帮助用户设置、监控和高效运行混合量子-经典算法；NVIDIA 于 2022 年推出了混合 量子系统编程的开放平台 QODA；美国微软公司 Azure Quantum 量子云服务于 2023 年 3 月推出了一项新功能，首次将量子计算和经典计算在云中无缝集成，并允许开发者将经典 代码和量子代码混合使用，甚至使用经典代码控制量子计算机。

趋势#2：从竞争格局上看，目前布局超导技术与离子阱技术的 IBM、Google、IONQ、 Rigetti、Quantinuum 处于行业领先地位，NVIDIA 推出的 CUDA Quantum 研发进展较 快。1）从技术分类或产业链布局上看，超导与离子阱技术持续保持领先，量子系统布局 公司或将重塑量子产业生态。2）各领域典型公司上看，i）超导技术：大规模超导量子比 特的集成化有望加速；ii）离子阱技术：IONQ 作为离子阱技术的行业龙头，在商业上已取 得一定进展；iii）中性原子技术：Atom Computing 于 2023 年 10 月宣布有望于 2024 年推 出 1225 量子比特的中性原子量子计算机，有望实现中性原子技术的加速赶超；iv）布局量 子计算系统：NVIDIA 正在与其合作者基于 CUDA QUANTUM 开展涉及软硬件等各方面合 作，未来或有望重塑量子产业链生态。

趋势#3：行业尚处于早期，但量子计算公司及科研院在积极探索自身商业模式。当前全球 范围内的量子计算整机仍然以原型机为主，我们仍处于 NISQ 时代的早期阶段，可验证到 的应用基本都是在量子计算模拟器上进行的。尽管如此，全球领先的量子计算机公司及科 研院所仍在积极探索自身盈利模式，我们看到目前包括以下几种方式：1）提供量子计算 芯片/整机：目前购买芯片/整机的主要是军方和国家科研单位，例如量子计算上市公司 IONQ 曾在业绩报中披露，与美国空军研究实验室达成 2550 万美元的量子协议，主要用 于量子网络研究和应用开发部署两个钡量子系统。 2）提供行业的量子解决方案：量子计 算公司与行业客户共同开展课题研究，帮助下游垂直行业客户提供整套解决方案，包括量 子算法、模型优化等。IONQ 就与 UMD 国家量子实验室签订合同为其提供量子计算服务 和设备接入，三年内支付 1400 万美元款项。 3）大部分具备量子计算硬件的公司均开发 了云平台，通过云计算的方式为潜在客户提供算力，IONQ 部分收入就来自 QCaaS 服务， 为用户提供量子系统的方案及维护支持。

海内外多方玩家积极布局，百舸争流加速技术变革。量子计算行业目前处于早期探索阶段， 核心参与者不多，产业链上下游较为清晰，目前量子计算的主要参与者可分为四大类： 第 一类是国际科技巨头，例如 IBM、谷歌、霍尼韦尔、本源量子等；第二类是量子计算初创 公司，例如 Rigetti、IONQ 等；第三类是国家科研院所，例如美国费米国家实验室 （Fermilab）、美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）、中科院量子信息与 量子科技创新研究院；第四类是高水平研究型大学，例如剑桥大学、中国科学技术大学、 哈佛大学等。

量子计算已实现 1000+量子比特突破。上世纪 90 年代末以来实验室仅能控制数个比特， 2021 年 IBM 突破 100 量子比特，2023 年 12 月 IBM 推出了拥有 1,121 超导量子比特芯片 Condor。IBM 副总裁兼 IBM 研究员杰伊·甘贝塔（Jay Gambetta）在 2023 年量子峰会 上表示：“生成式人工智能和量子计算都正在达到一个拐点，这为我们提供了一个机会， 利用 watsonx 的可信基础模型框架简化量子算法的构建，以进行公用事业规模的探索。这 是朝着拓宽量子计算的访问方式，并将其作为科学探索工具交到用户手中迈出的重要一 步。”

量子计算领域，美国科技公司领跑，中国公司积极追赶。根据 IPRdaily 统计，截至 2022 年 10 月 18 日，全球量子计算技术发明专利 top100 企业主要来自 18 个国家和地区，美国 占比 40%，中国占比 15%，日本占比 11%。其中来自美国的科技公司 IBM 以 1323 件专 利位列第一，美国科技公司 Google 和加拿大量子计算公司 D-Wave 分别以 762 件专利、 501 件专利排名第二位和第三位；而中国公司本源量子以 234 件专利，在该榜单上位列第 六位。

产业链逐渐清晰与完善。随着量子计算机各个路线研发工作的逐步推进，整机所需的上游 硬件设备与器件选型逐渐清晰，同时，量子计算机的软件系统也在不断跟进，整个产业链 上下游各环节的构成逐渐清晰与完善，各环节的参与者也在逐渐增多。具体来看，上游涵 盖可分为稀释制冷剂、测控系统、低温组件、真空系统、激光器、光学探测器等硬件以及 软件开发工具包；中游产业涵盖整机、系统软件、应用软件等；下游涵盖量子云平台以及 国防军事、航天航空、金融、医药、汽车、交通、化工、材料等各方应用合作。