量子技术发展现状及应用空间分析

有望带来颠覆性变革。

1. 各国重视量子技术发展

量子信息可以被定义为量子力学与信息科学的交叉学科，是基于量子力学原理， 通过对光子、电子等微观粒子系统及其量子态进行人工观测和调控，借助量子叠加和 量子纠缠等独特物理现象，以经典理论无法实现的方式获取、传输和处理信息的一门 技术。

我国量子技术政策主要聚焦科研、硬件和应用三大领域。一是开展科学研究，建 设一流研发平台、开源平台和标准化公共服务平台；二是开展硬件研发，攻关量子信 息领域核心器件、系统、材料的发展；三是推动场景应用，推动量子信息技术在金融、 大数据计算、生物医药、资源环境等重要领域的应用。

2024 年 5 月 10 日，美国商务部下属的工业与安全局（BIS）将 37 家中国实体加 入“实体清单”，对这些实体进行出口管制。被纳入清单的包括中国科学技术大学、 中国科学院物理研究所、中国科学院量子信息重点实验室、合肥量子信息科学国家实 验室、本源量子、北京量子信息科学研究院、中电科芯片技术有限公司、中科星图股 份有限公司等学校与企业实体。这 37 个实体中有 22 个实体与量子计算有关。BIS 称， 添加这些“量子技术”领域实体，是由于其为了获取和试图获取原产于美国的物料以 支持推进中国量子技术能力，考虑到量子技术应用，这对美国国家安全产生严重影响。 英伟达推出量子云计算平台，开源加速量子计算研究。英伟达推出量子云计算 平台，量子云 API 可以在一系列 NVIDIA GPU 系统上运行 CUDA Quantum 作业， 为任用提供通用的云量子计算访问。量子加速应用采用量子资源和传统资源的混合 方式运行，CUDA-Q 还能够使 AI 与量子计算相结合。为了从量子物理学家的算法 开发转变为领域科学家的应用开发。我们认为通过将量子计算与 AI 相结合，相应 的应用开发推广有望进一步提升量子计算的计算能力，从而带动行业整体发展。

2024 年 4 月 25 日，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院向国盾量子交付 了一款 504 比特超导量子计算芯片“骁鸿”，用于验证国盾量子自主研制的千比特测 控系统，这枚定制芯片在集成超过 500 比特。 2024 年 1 月 6 日，中国第三代自主超 导量子计算机“本源悟空”，在 本源量子正式上线运行。该量子计算机搭载 72 位自 主超导量子芯片“悟空芯”，是发布时中国最先进的可编程、可交付超导量子计算机。 中国量子计算能力持续进步，或进一步推动量子领域应用发展。

IBM 公司发布了包含 1121 个量子比特的 Condor（秃鹰）超导量子处理器，这标 志着在量子计算机规模上达到了一个新的里程碑。但 IBM 表示，现在将转变方向，专 注于使其机器更具容错性，而不是更大。

2. 量子应用空间广阔

2.1 量子计算

基于中等规模含噪量子处理器（NISQ）和专用量子计算机的应用案例探索在国内 外广泛开展，涵盖了化学、金融、人工智能、交运航空、气象等众多行业领域，产业 规模估值达到千亿美元级别。量子计算公司普遍期待未来数年实现杀手级应用突破。

IDC 预计，全球在量子计算技术（包括硬件、软件和即服务解决方案）上的支出 预计将从 2022 年的 11 亿美元增长到 2027 年的 76 亿美元，五年复合年增长率（2022– 2027 年）为 48.1%。当前的量子计算技术还未达到商业成熟。我们认为随着技术的进 步，量子计算市场有望进入行业快速成长期。

量子计算能力提升或破解底层加密算法，数据安全性或成重点。RSA 算法是一种 广泛使用的公钥加密算法，核心思想是利用一对密钥（公钥和私钥）进行加密和解密 操作，其安全性基于大数分解和离散对数等数学难题，使得它在保护数据隐私和完整 性方面具有很高的可靠性。2021 年法国研究者发布的研究成果表明，通过将量子存 储器集成到量子计算机中，13436 个量子比特耗费 177 天即可破解 RSA-2048。IBM 公 司发布了第一张量子计算发展路线图，预计将于 2023 年发布 1121 个量子比特的秃 鹰量子处理器，2026 年有望突破 10000 量子比特。待量子计算机量子比特数量突破 10000 后，传统密码体系或将受到破解，因此我们认为由于量子计算的进步带来的数 据安全问题或成为未来量子领域关注重点。

2.2 量子通信

量子通信主要分量子隐形传态（Quantum Teleportation，简称 QT）和量子密钥 分发（Quantum Key Distribution，简称 QKD）两类。QT 基于通信双方的光子纠缠对 分发（信道建立）、贝尔态测量（信息调制）和幺正变换（信息解调）实现量子态信 息直接传输。QKD 通过对单光子或光场正则分量的量子态制备、传输和测量，首先在 收发双方间实现无法被窃听的安全密钥共享，再与传统加密技术相结合完成经典信 息加密和安全传输。量子通信产业链包含从上游的基础设施、设备制造，中游的系统 集成、建设运营，以及下游对信息安全有刚性需求的终端应用。

量子通信市场稳定增长。中商产业研究院数据，我国量子通信市场规模由 2019 年的 425 亿元增至 2022 年的 709 亿元，CAGR 为 17.3%，2023 年约为 805 亿元，2024 年市场规模有望增至 892 亿元。量子通信市场的稳定增长有望带动相关产业上公司 营收快速提升。

2.3 量子测量

利用量子相干、量子纠缠、量子统计等特性可以突破经典力学框架下的测量极限， 从而实现更高精度的测量。基于微观粒子系统和量子力学特性实现对物理量进行高 精度的测量称为量子测算。目前，利用当前成熟的量子态操控技术，可以进一步提高 测量的灵敏度。

量子加速度计（Quantum accelerometer）和量子陀螺仪、量子雷达、量子磁力 计、量子钟、量子重力仪/重力梯度仪及其他领域，据 iCV TA&K 数据预测，截止到 2035 年，量子测量市场有望达到 39 亿美金，未来成长空间广阔。