全球量子产业发展展望分析

中美 各 有 所 长，未来虽然胜中美负两国在难量子辨。

一、量子生态位日趋明确

中美各有所长稳坐量子第一梯队

美国子在量优子技术势领域的领先地位主要得益于其强大的科研基础、大量的政策推动、丰富的资金支持以及活跃的私营企业参与。根据2018年颁布的《国家量子倡议法案》，美国政府计划在未来十年内投资12.75亿美元用于量子研发。此外，IBM、谷歌、微软等科技巨头在量子计算技术和应用方面投入了大量资源和人力。例如，IBM升级云服务平台服务能力；形成了250+机构的生态网络社群。在投融资方面，美国量子技术的投融资活跃，风险投资和政府资助均表现出显著增长。2023年，美国的量子技术领域共获得约6.9亿美元的投资，涵盖了量子计算、通信和精密测量三大领域，其中量子计算占据了美国投融资总额的84%。美国的量子产业生态系统非常成熟，企业与研究机构之间的合作紧密。随着这些领域的持续研究，美国或将在这些前沿技术上取得更多突破，推动整个产业向前发展。

2023年，中国政府颁布的《质量强国建设纲要》、《十四届全国人大一次会议作政府工作报告》、《国家自然科学基金“十四五”发展规划》等文件均提及量子信息产业。除了政府投入，还有来自私营部门和风投资本的支持，然而2023年融资规模相对往年较少，仅1.4亿多美元。中国的量子技术发展得益于国家实验室和量子院等科研单位的主导作用。这些单位在QKD、量子加速度计、陀螺仪等细分领域的应用上取得了显著进展。例如北京量子院研究团队利用光频梳技术开发的QKD开放式新架构，成功实现615公里光纤量子密钥分发通信实验。此外，中国因国外的各种封锁政策，正谋求在上中下游整个产业链做到独立自主。因此，中国的科研院所和企业除了持续推进中游整机的研发、不断攻坚关键部件之外，同时还在大力建设整个量子生态，尤其是量子计算的生态，包括算法、云平台、下游应用等。尽管如此，中国仍应尝试开展国际合作，促进量子技术交流与共享，推动产品出海。

虽然胜中美负两国在难量子辨技术领域均处于领先地位，但各自的优势和特点有所不同。美国在量子计算方面的技术积累和产业化进程较为领先，尤其是在量子计算机的研发和应用上，谷歌、IBM等企业已经取得了显著的成果。美国的科研机构和企业之间的合作也非常紧密，形成了一个成熟的产业生态系统。中国则在量子通信领域表现突出，与美国主要走的PQC路线不同的是，中国主要探索QKD，并已取得了显著成就。此外，中国在量子传感领域也有显著的进展，尤其是在国防应用上。未来几年，中美两国在量子技术领域的竞争会更加激烈。美国将继续在量子计算领域保持领先地位，推动量子计算的商业化应用。由于目前量子计算与通信的各技术路线并未收敛，中国除在量子通信领域优势的QKD方面继续发力外，还将致力于推动量子计算多个技术路线的产业化和应用。两国将继续在量子三大领域展开激烈竞争，在竞争中寻求技术收敛，以此来不断推动全球量子技术的发展。

欧洲寻求量子产业链上游自主可控

当前，全球经济正面临多重挑战。尽管全球经济在2024年和2025年预计将以3.2%的速度增长，但这一增速仍处于几十年来的最低水平，全球通胀压力依然存在。然而，地缘政治紧张局势、贸易碎片化、长期高利率以及气候相关灾害等因素，给全球经济带来了巨大不确定性。在这种背景下，各国纷纷寻求通过技术创新和产业升级来提升自身竞争力，量子技术作为前沿科技，成为各国争相投入的重点领域。而欧洲则面临着独特的挑战。首先，欧洲各国经济增长乏力，增速低于全球平均水平。其次，欧洲在高科技领域的竞争力相对较弱，尤其是在与美国和中国的竞争中，欧洲在技术创新和产业化方面存在明显差距。此外，欧洲还面临着人才短缺、资金不足以及政策协调不力等问题，这些因素都制约了欧洲在高科技领域的发展。

在这自样的主背景下可，欧控洲各国意识到，必须在量子产业上游实现自主可控，以确保在全球科技竞争中不落后。欧洲选择主攻量子计算的上游产业链，主要是基于其在技术、产业和政策方面的优势。欧洲在量子计算的基础研究方面具有深厚的积累，拥有众多世界领先的研究机构和大学，如德国的于利希研究中心和奥地利的维也纳大学量子光学与量子信息研究所。此外，欧洲还拥有一批在量子技术领域具有竞争力的企业，如IQM、HQS Quantum Simulations、ParityQC和ID Quantique，这些企业在量子计算硬件、软件和应用方面都有显著的优势。政策方面，欧洲各国政府和欧盟层面都出台了多项政策，支持量子技术的发展。例如，欧盟的量子旗舰计划和QuantERA计划，通过大规模的资金投入和国际合作，推动量子技术的研究和应用。具体举措包括法国、德国、荷兰等国纷纷制定国家量子技术战略，投入大量资金支持量子技术的研发和产业化。法国的Atos公司、德国的Fraunhofer研究所、芬兰的IQM公司、荷兰的QuTech研究所等在量子计算和量子通信领域表现突出。

2023年，欧盟的量子技术投资总额为8亿欧元，其中政府资助占5亿欧元，企业投资占3亿欧元。量子计算、量子通信和量子传感三大领域均有显著的投资，预计到2025年，欧盟量子技术产业规模将达到约15亿欧元。在资助旗舰项目和QuantERA（支持31个欧洲国家的量子研究）方面，欧盟自2016年以来为欧洲量子研究提供了超过1.75亿欧元的资金。科研方面，所有参与量子技术旗舰计划的1654名科学家和236个组织通过合作，发表了1313篇科学论文（包括223篇在审论文）。量子技术的商业应用方面，成立了25家初创公司，申请了105项专利，其中64项已经获得授权。总的来说，欧洲各国在量子产业上游寻求自主可控，是应对全球经济挑战、提升国际竞争力和确保战略安全的必然选择。减少对外依赖，提升战略安全，推动技术创新，提升国际竞争力，促进产业升级，推动经济增长，是欧洲在量子技术领域的目标。通过加强政策协调、推动技术创新和促进产业升级，欧洲有望在量子技术领域取得更多突破，推动整个产业向前发展。

 亚太多国积极融入欧美量子生态圈

亚太地区（除中国）因量子产业起步相对较晚、政策支持相对较少，导致投融资规模较小，且当下主要集中于日本、韩国、新加坡、澳大利亚、以色列等相对发达的国家。亚太地区其他国家在量子产业投入较少，随着量子产业的发展与成熟，未来将吸引更多亚太地区的国家发展、投资量子信息产业。

目前，亚太地区其他国家正在不断制定与量子相关的政策，推动量子产业的发展。比如，澳大利亚发布了《国家量子战略》、《培养澳大利亚世界级的量子技术毕业生》，日本颁布了《量子未来产业创新战略》、《确保云程序的稳定供应》、《日韩量子技术研发合作框架》等政策，韩国也出台了《韩国量子科技战略》、《通过培养10万人工智能和软件核心人才，为量子转型时代做准备》、《量子信息科学与技术合作联合声明》等文件。这些政策势必培养出更多的量子劳动力，推动本国量子产业发展，保障算力供应与信息安全。 与此同时，亚太地区其他国家也在不断加大量子信息产业的融资，例如，在2023年，澳大利亚融资规模达到了1.4亿美元，新加坡也达到了0.2亿美元。但是，与欧美、中国相比，存在显著差距。随着亚太各国的政策推动，亚太地区其他国家的高校、科研院所和量子企业将获得更多的政府资助、风险投资，促进量子产业的发展。

为使子本国产量子产业业快速护发展城、缩小河与欧美国家的差距、融入欧美量子生态圈，日本、韩国、新加坡、澳大利亚、以色列等国家纷纷选择与欧美国家建立合作关系，包括上游部件的供应、中游整机的研发以及下游应用的开展。目前，全球量子生态圈已经初步成型。例如，澳大利亚Q-CTRL公司与美国IBM公司合作，将其错误抑制技术（Q-CTRL Embedded）集成到IBM云量子服务中。再比如，日本的量子革命战略产业联盟（Q-STAR）与美国的量子经济发展联盟（QED-C）、欧洲的量子产业联盟（QuIC）和加拿大量子产业联盟（QIC）共同签署了一份谅解备忘录，四大量子产业联盟正式成立国际量子产业协会理事会，旨在加强参与财团之间在量子技术发展目标和应用方法方面的沟通和协作。 上述亚太地区国家体量相对欧美、中国较小，难以建立完整且独立的量子生态，所以它们往往选择参与全球产业链分工，成为其中的重要环节。而未来几年，美国将继续在量子领域保持优势，推动量子计算机、量子通信与安全产品、量子传感器的商业化应用。因此，这些亚太国家必将继续紧跟欧美的脚步，开展研发及商业活动，并与欧美建立更加密切的合作伙伴关系，旨在通过与欧美量子产业链深度绑定，成为欧美量子生态不可或缺的一环，进而形成其量子产业护城河，保障其量子产业稳定与安全。

二、量子技术不断突破

机群技术与云平台联手推动量子计算

随着量子计算机的发展，单个量子芯片上的量子比特数量和质颈量成为了性能瓶颈。为了克服这一限制，引入了机群技术，即将多个量子处理器通过网络连接在一起，形成一个更大的量子系统，这不仅提高了量子计算机的性能，而且为量子计算与超算的融合创造了新的可能性。将量子计算机与超算集成，可以充分利用超级计算机在大规模数据处理和经典计算方面的优势，以及量子计算机在特定问题上的指数级优势。例如，IBM推出的Quantum System 2是第一台模块化量子计算机，内含3块拥有133个量子比特的Heron芯片，结合了可扩展的低温基础设施、第三代控制电子设备和经典计算机。这种模块化设计不仅提高了量子计算机的性能，而且使得系统更具灵活性。根据计算需求，可以方便地增加或减少模块数量，从而实现对计算资源的灵活配置。此外，线下机群形式的量子计算机还带来了其他一系列优势。首先，它有效地解决了单个处理器上量子比特数量受限的问题，通过集成多个处理器，整体的量子比特数量得到了显著提升。其次，模块化设计提高了量子计算机的可维护性和可升级性，降低了总体成本。随着技术的不断发展和完善，线下机群形式的量子计算机有望成为未来的主流趋势。这将推动量子计算领域的进一步发展，为解决复杂和重要的问题提供更为强大的计算能力。这种趋势还将激发更多的创新应用和解决方案，推动量子计算技术在各个领域的广泛应用。

多个响企业普和科研及机构推应出了用自己的量子云计算平台，提供了方便快捷的量子计算服务，降低了量子计算的门槛和成本，扩大了量子计算的应用范围和影响力。云平台技术可使用户通过互联网提供量子计算的服务，使用户无需购买量子硬件就可以通过远程访问和控制量子计算机，进行量子算法的设计、量子线路的编译、量子程序的运行等操作。云平台有效解决了量子计算中的高成本、高门槛、低普及等问题，为量子计算的发展和应用提供了便利。预计在未来，随着互联网技术的发展和用户需求的增长，云平台技术将会有更多的创新和优化，提供更多的功能和服务，满足更多的场景和问题。此外，将量子计算机集成到超级计算机机群中，目前也需要依托云平台实现远程链接。这一集成方式既可降低量子计算机的部署成本和维护难度，又可扩大用户访问范围，形成一种灵活高效的计算资源共享架构。例如，欧洲多个超级计算中心已经在通过云服务将量子计算机与超级计算机相连接，为用户提供全面的量子计算能力。同样的，以机群形式呈现的量子计算机能够实现强大且稳定的计算能力，可实现更为紧密和高效的量子-经典协同计算。 中国发布的量子计算机和超级计算机协同运算方案，充分彰显了这种集成方式的优势。通过将量子计算机作为超级计算机的加速器，成功缩小了经典计算机在特定问题上的计算范围，极大提升了整个系统的处理速度。这一趋势有望在未来推动量子计算领域更为深入和广泛的发展，为解决更为复杂和重要的问题提供更为先进的计算工具。

 PQC与QKD的未来发展呈现并驾齐驱之势

全球范围内已有超过30个国家正在部署或已经实施QKD基础设施建设，包括中国、欧盟成员国、加拿大、英国、韩国、新加坡等。在这些国家的推动下，QKD在地面和空间的基建工作和应用场景均有不同程度拓展。 在地面和空间网络布局方面， 2023年1月起，欧盟EuroQCI项目已有大多数个国家进入动工阶段，政策、资金方面的不断支持正积极推动量子通信基础设施的建设。欧盟全部成员国（共26个国家）在QKD基础设施建设方面还展开了跨国合作，通过合作，整合各国的资源，加速QKD网络的布局建设，促进标准的制定和互操作性的提高。此外，中国在QKD基础设施建设方面也在不断扩大骨干网络覆盖范围，2023年已完成长三角区域量子保密通信骨干网的建设工作。 在应用领域布局方面，金融、政务、国防、通信、电网等不同行业的应用布局，推动了QKD的行业应用，促使QKD基础设施网络在更广泛的范围内有更多的业务尝试。例如，汇丰银行测试QKD技术应用到外汇交易系统的安全性，并成功完成了一笔3000万欧元兑换成美元的交易。在QKD卫星建设方面，新加坡SpeQtral公司将与NanoAvionics和Mbryonics合作建设QKD卫星，探索未来的应用方案。

随着美长国N期IST在PQC领域的标准化工作推进，以及美国、加拿大及韩国多项有关PQC文件的发布，PQC技术即将走出起步期，迎来成长期。标准化工作的推进及各类政策文件的发布将为PQC技术发展扫清政策门槛，使得对PQC的认知可以得到更大范围的扩散，对这一新技术的发展起到促进作用。首先，以美国NIST主导的PQC标准化工作历时八年即将完成第一阶段PQC标准草案的制定，意味着PQC技术也将迎来商业化与潜在应用探索阶段。虽然已获NIST提名的PQC算法仍存在安全性漏洞，但对网络信息的安全需求和对量子计算破译能力的担忧是PQC技术不断升级的动力源。随着PQC算法的迭代与升级，PQC技术将逐步优化，有望应对不同领域、不同规模的实际应用场景。其次，未来将有更多公司在PQC技术领域试水或崭露头角，争相研发和提供PQC解决方案，以应对量子计算带来的“先存储，后解密”的挑战。PQC公司的涌现将深入推动PQC领域的业务发展，PQC领域产业链也将趋于完善。 最后，PQC领域的投融资规模有望提升。在全球经济下行的大背景下，以往较受关注的QKD、QRNG等细分领域较前两年有所下降，但PQC领域的投资却呈现逐年上升的趋势。随着PQC技术研究与应用的不断探索，已经逐渐在实际应用中嵌入，展现其商业潜力，未来或将有更多的资金流入这一领域，迎来更大的投融资规模推动PQC领域发展。

PQC商业化的推进使得更多企业和组织寻求将现有加密算法迁移到PQC体系。而PQC的迁移也会带动商业化发展，更加关注PQC技术的商业实际性、成本效益等。美国陆军与QuSecure公司、美国国防信息系统局与SandboxAQ公司均于2023年6月签署合同，要求科技公司提供PQC加密技术与解决方案。政府单位在PQC应用方面的参与起到示范带头作用，推动了PQC研究的商业化应用以及迁移计划。 在PQC迁移方面，美国NIST在2023年12月发布《迁移到后量子密码学量子准备：密码学发现》以及《迁移到后量子密码学 量子准备：测试标准草案》，概述了迁移到PQC时可能出现的问题以及可能的解决方案。前者描述了PQC功能测试计划以及用例场景，后者则强调了PQC与现有网络的的协调问题，并提供解决方案。此前，美国国家网络安全中心还发布了《向后量子密码学迁移》，针对PQC迁移的背景、目标、挑战、好处和工作流程进行了说明。一系列文件的发布，使PQC迁移进入了更为系统和标准的阶段，也展示出PQC时代来临的确定性。 在商业化方面，多家企业发布和迭代PQC软硬件及解决方案，如WISeKey、QuSecure、Quantum Xchange等，支撑着这种新的方式来保证通信安全与数据安全。随着PQC的商业化与迁移计划的推进，越来越多的企业能够利用PQC技术建立安全防线，保护企业及个人重要信息免受当前算法被破解所带来的威胁。

QKD和PQC是当前量子通信与安全领域的两大关键且实用的技术分支，早些年QKD的发展进程和社会认知度明显高于PQC，近两年，PQC的关注度迅速上升。当前QKD与PQC从投融资情况、相关政策、研究热度和商业期待度等方面发展来看，两者发展劲头基本相当。从投资金额方面看，2023年QKD和PQC都吸引了大量的资金投入。发展较早的QKD技术由于其基础牢固，一直备受青睐，得到了一定资金支持。而随着对PQC认识的不断深入，PQC也逐渐成为投资者关注的焦点。2023年的融资数据显示，QKD和PQC在融资金额上存在一定的竞争，PQC融资金额约为2700万美元，而QKD约为1260万美元。 从政策层面看，多个国家在2023年发布了支持量子技术发展的政策，虽然不同国家对QKD与PQC的侧重点有所不同，但大部分国家对两类技术都秉持支持其发展的态度，这两方面均获得了政策利好带来的技术研发和商业化的助力。 最后，不同国家层面对QKD与PQC的发展侧重点不同。例如，美国更加关注PQC技术的发展与迁移，而中国和欧盟则将更多资源放到QKD技术，实施基础设施建设。未来这两大技术谁将占据主到地位，或者是相互支持、融合，当前还是未知的。在技术和市场格局定型的这些年，QKD和PQC将在全球范围内存在一定的竞争关系，各自发挥特长，促进技术的不断进步，迎接量子时代的全面来临。

 量子精密测量六大方向各有明确突破目标

原子钟技术已在实验室和商业应用中频积累测了丰富量的使用场景，未来的发展趋势一方面是进一步提高频率稳定性和延长保持时间，以满足不同领域对更高精度和更长时间同步的需求。另一方面，在面对全球导航卫星系统（GNSS）漏洞和网络攻击的时候，原子钟技术的自主可靠性和安全性将成为关键的发展方向。 铷、铯钟是目前最常用的原子钟技术，它们利用原子的微波跃迁频率来计量时间。但是，微波跃迁频率受到外界环境的干扰，导致原子钟的精度和稳定性有限。光钟是利用频率在光学波段的原子跃迁，它比微波跃迁频率高4到5个数量级，因此可以达到比微波钟更高的精度和稳定性。

目前，原子（SERF等）、固态自旋（金刚石NV色心等）、超导（SQUID等）体系在不同领域均展示出了自己独特的优势，适用于不同的应用场景。例如超导量子传感器，其在测量极弱磁场方面表现出色，被广泛应用于地质勘探、医学诊断等领域。金刚石NV色心磁力计的特点是无需低温冷却即可保证高灵敏度以及良好的生物相容性，其生物信号成像在理论上接近光学衍射极限，具有极优的空间分辨率且具有工作温度范围广、分辨率高等优点， 因此被广泛应用在心磁图、脑磁图以及对生物大分子的科学研究中。金刚石NV色心传感器近些年发展较快，正在更多领域中得到应用。当下，基于单 NV 色心的磁测量技术在灵敏度指标上己经实现了纳米尺度分辨率，以及可测得单核自旋的灵敏度。在应用方面，基于系综 NV 色心的磁力计己测得了蠕虫神经元产生的磁信号、涡流成像、古地磁学中的矿石检测等。量子磁力计将继续保持多元化的发展趋势，为不同行业与场景提供定制化解决方案。

随着更技术用的不断户进步友，未来好量子重力仪有望实现更小型化，使得其更加适用于不同领域和应用场景，从而拓宽其应用范围。并且通过小型化，量子重力仪可以更灵活地集成到各类设备中，实现更广泛的动态测量需求，例如在工业自动化、建筑监测等移动场景中的应用。法国iXblue在CARIOQA-PMP项目中利用原子冷却激光系统开发用于空间应用的量子传感器，可用于监测地球质量分布变化等气候变化相关的重要信息，为科学家和决策者提供了更准确的数据支持。降低成本也是未来重力仪发展的重要方向。澳大利亚Q-CTRL公司展示最新的量子重力仪原型机。公司建立一种通过重力和磁力观察地球的全新方式，利用小型低成本卫星开发持久的近地观测能力。这将进一步推动重力仪在市场上的普及和应用，为更多行业提供高质量的动态测量解决方案。此外，通过简化仪器的操作界面、提供用户友好的软件接口等方式，量子重力仪将更容易被推广，进一步推动量子重力仪在更多实际场景下的应用拓展。