量子信息领域总体发展态势与展望分析

量子信息科研探索与技术创新高度活跃。

1.量子信息技术开辟未来产业发展新赛道

量子信息技术是量子科技的重要组成部分，通过调控和观测亚原子尺度的微观物理系统，利用量子叠加、量子纠缠、量子隧穿等新颖量子物理学现象，实现信息的感知、计算和传输。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域，在提升计算复杂问题运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面，具备超越经典信息技术的潜力，有望带来改变游戏规则的颠覆性创新，成为加快推动前沿科技领域探索、信息通信技术演进和数字经济产业发展的新引擎和加速器。量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，有望产生全新计算范式，在计算复杂问题中带来指数级加速优势，是未来计算能力跨越式发展的重要方向。当前，量子计算多种技术路线并行发展，原型机工程化研发进展迅速，应用场景探索广泛开展，产业生态初具雏形。基于量子纠错实现可支持大规模量子线路运行的逻辑量子比特，以及基于原型机在实际应用问题中实现量子计算加速和量子优越性应用，是下一阶段的两个主要发展目标。

量子通信利用量子叠加态或纠缠效应，在经典通信辅助下实现密钥分发或量子信息传输，具有理论协议层面的可证明安全性。基于量子密钥分发（QKD）和量子随机数发生器（QRNG）等方案的量子保密通信技术已进入实用化阶段，新型协议研究与系统实验持续开展，样机产品研发和平台服务探索不断推进，但实现规模化应用仍需推动产品和服务提质降本。基于量子隐形传态、量子存储中继和量子态转换等关键技术构建量子信息网络是未来重要发展方向，科研探索与试验验证高度活跃，但技术成熟度有限，实用化仍有很大差距。量子精密测量对外界物理量变化导致的微观物理系统量子态变化进行调控和观测，实现高精度传感测量，精度、灵敏度和稳定性等核心指标比传统技术有数量级提升。量子精密测量包含多种技术方向和应用领域，技术成熟度与应用发展水平各异，其中微波原子钟、冷原子重力仪、光量子雷达、量子磁力仪等产品已实现商业化应用，光学原子钟、原子陀螺仪、里德堡原子天线等主要处于科研攻关和样机研制阶段。量子精密测量应用场景涉及国防军工、航空航天、生物医疗、地质/资源勘测等众多领域，产业化前景广阔。

量子信息技术是开辟未来产业新赛道的重要发展方向。当前，量子信息领域已进入科技攻关、工程研发、应用探索和产业培育相互带动和一体化发展的关键阶段，加快核心技术攻关、推动科技成果转化、构建自主产业体系，是培育未来产业竞争力的核心。2024年政府工作报告1提出：制定未来产业发展规划，开辟量子技术等新赛道，创建一批未来产业先导区。党的二十届三中全会审议通过《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》2提出：完善推动量子科技等战略性产业发展政策和治理体系，引导新兴产业健康有序发展。量子科技发展规划、细分领域发展布局和未来产业发展行动等政策体系进一步完善3。北京、安徽、广东、上海、湖北等省市通过布局科技研发项目、设立未来产业基金、支持新型研发机构、建设平台设施网络、孵化培育初创企业、提供产品服务采购等多类型举措，积极推动量子信息未来产业培育和生态建设先行先试。

量子信息科学研究和技术创新发展持续加速。量子计算、量子通信、量子精密测量三大领域已成为前沿科技领域热点方向，此外，由量子计算快速发展引发的密码破译威胁使得抗量子加密（PQC）逐步受到重视，PQC 已成为与量子信息密切相关的技术领域。中国信息通信研究院持续跟踪四大领域的科研与技术创新进展，统计分析相关数据信息为业界提供参考。近十年来，四大领域的科研论文和专利申请数量保持逐年递增态势。

科研论文方面，量子计算在量子信息各领域中研究关注度最高，论文数量增长最快，近三年来量子计算领域论文数量已超过其他领域总和。量子通信和量子精密测量领域论文小幅增长，PQC领域在2018 年之后论文增长加快，研究热度上升明显。专利申请方面，量子通信在 2018 年之前数量保持领先，主要得益于量子密钥分发等方向技术成熟度较高，量子计算自 2019 年起，专利数量增长迅速，在各领域中保持领先，技术创新持续活跃。PQC 领域2018 年之后专利数量有数量级增长，业界关注度持续提升。

中、美、德三国在量子信息科研论文数量方面占据前列，在科研成果输出方面表现突出，日本、英国、印度、法国等国家也具备较强科研实力。量子计算领域，美国论文数量领先优势较为明显。量子通信领域，我国论文数量全球占比约为三分之一。量子精密测量和 PQC 领域各国论文数量差距相对不大，分布较为均衡。

中国科学院（含下属院所）、中科大、清华等研究机构和高校，是我国量子信息领域的代表性科研力量。美国能源部下属国家实验室、加州大学系统（含分校）、马里兰大学系统（含分校）、国家标准技术研究院（NIST）等机构是美国量子信息领域代表性科研力量。欧洲法国国家科学研究中心、瑞士联邦理工大学、马克斯·普朗克学会、亥姆霍兹学会等机构也是量子信息领域的科研重镇。

量子信息各领域我国专利申请总量前十位的省市统计如图4所示。北京、安徽、江苏、广东、浙江、湖北等地已成为量子信息领域技术创新高地。其中，安徽地区量子计算领域院校和企业聚集度较高，专利数量领先。量子通信和量子精密测量领域，北京专利数量领先，体现出科教资源优势。PQC 领域浙江企业专利布局较早。

标准对于量子信息科技成果转化、产品应用推广和产业生态建设具有重要作用。技术标准通过规范产品和应用的功能及性能一致性，保障安全性和互操作能力，可提升产业链分工合作水平与研发效率，降低系统成本，通过行业规范可增强企业市场竞争力和用户认可度，引导和促进产业健康发展。量子信息技术标准化也是全球主要国家在发展战略布局中的关注重点之一。2024 年7 月，美国白宫发布包含量子信息技术在内的《关键和新兴技术国家标准战略》实施路线图5，提出增加政府项目支持，加大标准化前期研究投入，提升利益相关者参与度，加强政府机构间和公私部门间沟通协调，开展标准化领导者和人才培养，加强与盟友国家合作，提升国际标准组织影响力，推动标准化评估与认证等战略目标和具体任务。量子信息三大领域标准发展阶段与趋势各异。基于QKD系统和网络的量子保密通信方向技术与应用成熟度较高，标准化进展迅速，量子信息网络方向仍处于标准化前的研究讨论阶段。量子计算科研探索和原型机研制发展取得一定进展，处于开放探索和快速迭代阶段，技术与应用成熟度有限，当前标准化需求主要集中于统一术语定义、提供表征测试基准、研究系统和平台功能架构等初级阶段。量子精密测量技术路线和应用领域较为分散，且与传统计量、传感等应用行业领域关系密切，技术标准化工作主要在各个行业领域分别开展。

近年来，随着量子信息三大领域的原型机研发、产品研制、应用场景探索、网络与服务平台建设部署等快速发展，技术标准研制成为业界关注热点。国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）、国际标准化组织与国际电工委员会（ISO/IEC）、欧洲电信标准化协会（ETSI）等国际标准组织，全国量子计算与测量标准化技术委员会（TC578）、全国通信标准化技术委员会（TC485）等国家级标准委员会、中国通信标准化协会（CCSA）、密码行业标准化技术委员会（CSTC）、电力行业信息标准化技术委员会（DL/TC27）等行业标准组织，纷纷开展了量子信息技术标准布局，推动标准体系建设并取得阶段性成果。

国际标准方面，ITU-T 已成为量子通信领域的重要标准化平台，在 QKD 网络架构、功能、接口、安全性等标准方面开展了大量研究，已发布国际标准 32 项，补编和技术报告17 项，在研项目27 项，同时积极开展量子信息网络标准化预研和国际标准化协调讨论，中日韩是 ITU-T 量子通信标准研究的主要推动力量。ETSI 在QKD标准化方面长期耕耘，集中了欧洲学术界和产业界代表性机构，在QKD组件、系统、接口、应用等方面，发布国际标准16 项，在研项目13项。ISO/IEC 已发布 2 项 QKD 安全性框架与测试国际标准，1项量子计算术语国际标准。2024 年 1 月，ISO/IEC 成立量子技术联合技术委员会（JTC3）6，由英国标准协会（BSI）担任秘书处，韩国全州大学 Haeseong Lee 教授担任主席，工作范围涉及量子信息技术（量子计算和量子模拟）、量子计量、量子源、量子探测器、量子通信和基础量子技术。目前 JTC3 设立 1 个战略规划顾问组和6 个技术方向特设组7，在研项目 1 项，未来可能成为量子信息国际标准化重要平台。国家标准方面，TC578 负责量子计算和量子测量领域，目前已发布国家标准 8 项，其中量子计算领域1 项，量子测量领域7项，在研国家标准项目 7 项，量子计算领域4 项，量子测量领域3项。TC485 负责量子通信领域，目前已发布《量子保密通信应用基本要求》和《量子通信术语和定义》2 项国家标准，暂无新国家标准项目。行业标准方面，CCSA 是我国量子通信行业标准研究主要平台，已发布量子保密通信行业标准 13 项，在研行业标准24 项，协会标准 2 项，研究课题 37 项，初步构建了包含器件、系统、网络、应用和安全性等方面的量子保密通信技术标准体系，同时积极推动量子计算云平台和量子测量网络等量子信息网络相关标准研究。CSTC从密码行业角度，制定发布了 2 项 QKD 相关行业标准。DL/TC27基于电力通信领域量子保密通信示范应用实践，制定发布行业标准1项。

企业是量子信息领域的产业创新主体，在推动工程技术研发攻关、科技成果应用转化、产业生态体系构建等方面发挥重要作用。量子信息企业数量、分布和投融资情况，是观察量子信息技术产业发展态势的重要视角，报告对全球量子计算、量子通信、量子精密测量和 PQC 领域相关企业及其投融资情况进行统计分析，为业界提供参考。

全球量子信息领域相关企业数量超过600家，量子计算企业数量超 300 家，占比超过一半，量子通信和量子精密测量企业数量相近，均超百家，占比接近20%，随着PQC标准发布和升级迁移进程启动，企业数量增长较快，已超过60 家。

过去十年间，量子信息初创企业数量经历了一轮爆发式增长，近两年增速明显放缓。2017-2021 年是量子信息初创企业快速增长期，每年新增企业 50 余家，2021 年达到峰值，新增初创企业达66家。2022 年起企业增速放缓的主要原因包括：全球经济不确定性和人工智能大模型爆发导致资金紧张，量子信息领域技术攻关和规模化应用仍面临挑战，高技术与人才门槛导致新企业玩家难以进入等。

全球量子信息四大领域企业数量及国家分布情况如图6 所示。从国家分布看，美国量子信息企业 176 家，全球占比超四分之一，中国 107 家，数量位居第二，其他国家如加拿大、英国、德国、法国、日本、荷兰等也拥有较强企业竞争力。从领域分布看，量子计算领域欧美企业数量超过 200 家，全球占比接近三分之二，科技巨头和初创企业在数量规模和创新能力方面表现突出，产业生态高度集中。量子通信领域我国企业数量领先，全球占比超过三分之一，主要业务涉及量子保密通信产品研发、网络建设和示范应用等。量子精密测量领域全球企业数量超过百家，欧美企业数量相近，其中有大量国防、机械、电子等领域行业领军企业，我国量子精密测量企业在数量规模和产业影响力等方面仍有一定差距。PQC领域企业整体数量较少，大部分为 2016 年后成立的初创企业，欧美企业数量远超我国。

独角兽企业8、准独角兽企业9、上市企业是企业创新能力和增长潜力的重要标志。根据多家机构榜单和估值数据综合评定，截至2024年 10 月，全球共有 12 家量子信息领域独角兽企业，如图7 所示。从数量分布看，美国和我国各有 4 家，占比67%，加拿大、澳大利亚、芬兰和法国各有一家。从估值水平看，全球量子独角兽企业总估值超过 200 亿美元，其中中美两国企业占据了超过90%份额。美国企业以总估值 135 亿美元位居首位，平均估值达到34 亿美元，远高于全球均值的 21 亿美元。从领域分布看，10 家独角兽企业专注于量子计算，占比 80%以上，量子通信和量子精密测量领域各有1家独角兽企业，90%的量子独角兽企业在 2016 年及之后成立。此外，量子信息领域还有 5 家准独角兽企业，全部集中在量子计算领域，美国企业 3 家，我国 1 家，西班牙 1 家。上市企业方面，全球有11家量子信息企业成功上市，平均市值 4.55 亿美元，9 家在2020年及之后上市。美国量子上市企业最多，共计4 家，我国和加拿大各有3家，我国量子上市企业平均市值为 8 亿美元，高于美国企业的5亿美元。

全球量子信息企业投融资事件与金额年度变化趋势如图8所示。过去十年间，量子信息领域产业投融资超千笔，融资金额超百亿美元，在经历 2023 年的回落后，2024 年预计全年融资金额有望保持高水平，体现市场关注热度。从融资类型看，风险投资是最主要类型，共计 600 余笔，金额超 66 亿美元，合同赠予类数量较多，增长较快，但整体金额较小。从国家分布看，美国量子企业融资超300 笔，金额超 47 亿美元，全球占比近半。我国和加拿大量子企业各有约80笔融资，规模在 10 亿美元以上。从领域分布看，量子计算是吸金热点，累积融资超 78 亿美元，占比近八成，其次量子精密测量融资12亿美元，量子通信和 PQC 融资规模较小，合计约8.3 亿美元。

以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术，既是量子科技的重要组成部分，也是开辟未来产业新赛道的重要发展方向。当前，量子信息领域进入科技攻关、工程研发、应用探索和产业培育相互带动和一体化发展关键阶段，科研成果亮点不断涌现，原型机和产品研发进展迅速，示范应用与测试验证广泛开展，技术标准化研究取得阶段性成果，市场投融资保持活跃，独角兽企业成为关注热点，产业生态发展方兴未艾。加快量子科学和技术发展，推动应用赋能，增进各方福祉，已成为全人类的共同心愿。2024年6 月，为纪念量子力学发展百年，联合国大会宣布2025 年为国际量子科技年（IYQ）154，指出量子科技的发展对解决联合国2030可持续发展目标所面临的关键挑战具有重大意义，将通过组织系列活动，提高人们对量子科学和技术的重要性和影响的认识与理解。建议我国量子信息科研和产业界借此机会组织开展量子信息技术科普和应用推广活动，积极参与相关国际科技、产业和标准活动的策划组织。

量子计算领域，超导、离子阱、光量子、中性原子和硅半导体等主要技术路线并行发展，样机系统指标持续提升，需要在扩展量子比特规模的同时，实现量子纠错和高精度逻辑门操控。量子纠错是实现容错通用量子计算的必要环节，近年来已成为业界研究热点，新型编码方案研究和实验验证取得诸多重要进展，实现实用化逻辑量子比特操控将是下一个重要里程碑。各类型量子计算软件处于开放探索阶段，欧美企业创新成果丰富发展迅速，未来仍需与硬件系统协同迭代，提升技术成熟度与易用性。量子计算云平台已成为融合软硬件系统能力，支持应用探索和生态培育的核心汇聚点，欧美科技巨头在硬件能力、开源生态和用户吸引力方面占据先发优势。量子计算应用场景探索在各领域广泛开展，仍未实现“杀手级”应用，需要量子算法突破。产业生态基本形成，构建量子计算测评体系成为业界关注焦点。

量子通信领域，新型 QKD 和 QRNG 协议研究与系统实验持续开展，性能指标进一步提升，提升系统集成化水平，实现产品提质降本是未来主要发展方向。基于卫星实现星地量子通信，提升QKD广域组网和灵活应用能力，开展空间量子科学研究已成为重要目标。量子信息网络的协议方案、核心器件、转换接口和组网实验等前沿研究高度活跃，但仍处于开放探索阶段，距离实用化仍有较大差距。量子保密通信技术提升信息安全防护能力具有独特优势，应用场景探索在多个行业和领域持续开展，但规模化部署和商业化应用仍面临一些问题和挑战，业界需进一步凝聚共识，找准方向合力攻关方能突破瓶颈。采用 PQC 已成为应对量子计算信息安全威胁的普遍共识，美国正式发布 PQC 算法标准，大力推动升级迁移。我国需加快制定自主可控算法标准，布局开展产品研发、测试验证与升级迁移等工作。

量子精密测量领域，技术方案多元、应用场景广泛、战略价值突出。微波原子钟等量子时频基准产品已在秒定义、卫星定位导航等领域广泛应用，新一代光学原子钟、核钟研究蓬勃发展，有望进一步提升时间频率计量精度，成为下一代秒定义方案的发展方向。原子干涉磁力仪和重力仪等已有样机产品，在心/脑磁医疗检测、地质资源勘测等领域开展示范应用。量子陀螺仪和加速度计组成量子惯性导航系统，里德堡原子天线电场测量系统和量子雷达等技术，未来有望在国防军工领域产生重要影响。欧美高度重视量子精密测量技术应用价值，通过科技项目支持、政府合同赠予、技术产品采购等方式，推动技术发展、产品熟化和应用落地。量子精密测量产业链和产业生态初具雏形，要实现大规模商业化应用和产业化发展，需提升样机产品技术成熟度，拓展应用场景，增强用户和市场接受度。我国量子信息领域发展态势积极向好。未来，在加快关键技术攻关、研发标志性产品、建设基础设施平台、促进产学研用协同、扩展国际交流合作等方面，进一步凝聚共识，聚力加快发展，有望取得更多科研、应用与产业化成果，开辟未来产业新赛道，打造创新发展新动能，为实现中国式现代化提供有力支撑。