量子计算特性、工作步骤、指标、技术路线与发展背景如何？

量子计算主要技术路线众多，但逐步收敛。

1.何为量子计算？

区别于经典计算，量子计算利用量子比特 （Qubit）的叠加性与纠缠性突破经典二进制限制。量子计算的基础是量子比特（Qubit），它不仅能像经典比特那样表示0或1两种状态，还能以叠加态的形式同时兼具两者特性。1）对于传统计算的算力瓶颈：由于量子比特可同时处于|0〉和|1〉的叠加态， 同时纠缠态使多比特间形成非局域关联，使得量子计算机拥有指数级并行计算能力，使其在特定问题（如大数分解、复杂系统模拟等）上的计算效率远超经典计算机；2）对于量子隧穿现象：量子计算主动拥抱量子效应。特别地，在超导量子计算方法中，结成库珀对的电子采取量子隧穿的方式通过约瑟夫森结，最终构建出超导量子比特以实现量子计算。 3）对于散热问题：量子计算处理信息的方式是可逆的，因此可以解决热耗散效应的问题。

2.量子计算工作步骤及主要指标

量子计算核心四大工作步骤：1）量子态初始化：通过激光或微波 脉冲将量子比特重置到基准态。超导量子比特需在接近绝对零度的 环境中“冻结”热噪声，离子阱则通过电磁场悬浮原子并初始化其 能级；2）量子门操作与纠缠构建：应用微波/激光脉冲操控量子比 特状态，并通过通过CNOT等受控门使量子比特间产生纠缠；3） 量子并行计算：将计算问题映射到量子态的演化中；4）量子态测 量与结果输出：对量子比特进行重复运行多次采样测量，通过统计 高频结果获取最终解。

量子计算重点指标为保真度与易扩展性。1）保真度：量子计算机 进行基本运算时的正确率。由于量子系统的不稳定性，量子比特会 不可避免地与环境（温度、电场、磁场甚至无处不在的宇宙射线） 发生相互作用，进而导致计算过程的正确率降低，保真度下降。2） 易扩展性：量子比特数量直接决定了量子计算机的算力上限。每增 加一个量子比特，量子计算机的并行处理能力就翻一倍——10个量 子比特能同时处理1024种可能性，而50个比特就能超越传统超级计 算机的算力边界。

3.三类主要量子计算技术路线对比

量子计算主要技术路线众多，但逐步收敛。量子计算可分为超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体、拓扑量子等路线，前三项技术路线进展最快。具体说来，超导量子由于高保真、高比特数（即易扩展性）、高运算速度三大特性继续领跑量子计算技术路线；离子阱路线具备最高的保真度，但扩展性不佳，因此在进度上略逊于超导量子计算路线；中性原子路线近年迎来爆发期，虽然其具备最优秀的易扩展性，但在大规模原子阵列中实现高保真度的量子门操作的问题依旧无法攻克，因此进度落后于超导与离子阱路线。

4.为什么在这个时间点上讨论量子计算？

全球主要科技强国均将量子计算视为战略制高点，且近年来投入力度不断加大

截至2025年8月，全球主要科技强国均将量子计算视为战略制高点，且近年来投入力度不断加大。2025年9月23日，美国白宫管理与预算办公室（OMB）与科技政策办公室（OSTP）联合向各联邦部门与机构发布《2027财年政府研发预算优先事项及跨领域行动》备忘录，将人工智能与量子信息科学与技术置于2027年研发预算优先级首位。白宫备忘录指出，量子科技正处于从实验室走向产业化应用的关键拐点。

量子技术进口受到限制，我国量子计算产业必须自立自强

量子技术进口受到限制，我国量子计算产业必须自立自强。欧美及日本等发达国家均已经在近两年发布对量子技术的限制措施，我国量子计算关键零部件/设备受阻。以量子计算核心设备稀释制冷机为例，自2022年美国宣布禁止对中国出口系列用于量子计算的稀释制冷机及其相关零配件后，行业龙头Bluefors和Leiden Cryogenics公司设备已不对中国出售，我国量子计算产业必须自立自强。

产业化不断推进，量子计算云平台不断接入&扩大投入

产业化不断推进，巨头企业相继取得成果。自2007 年D-WAVE研发首台量子退火机以优化特定问题， 量子硬件从实验室走向工程化以来，Intel、IBM、 Google、Microsoft等一系列巨头企业相继对量子 计算进行研发并取得一定成果。

量子计算云平台不断接入&扩大投入，中美欧三足 鼎立。云平台布局方面，中美欧数十余家云服务商 通过自主研发的量子计算机或基于经典计算资源的 量子模拟器以及集成外部量子系统的方式向用户量 子计算接入与算力服务用以满足不同用户的需求。 扩大投入方面，以微软为例，公司2025FY Q4 云收 入467亿美元，YOY+ 27%，公司在业绩会上宣布 量子计算将成为云技术的下一个大型加速器，会继 续以十年为周期进行战略思考和投资布局。

产业化不断推进，2027-2029年或为关键节点

据IBM量子计算Roadmap，预计2029实现大规模容错量子计算机。据IBM官网（2025/6），公司计划在2025年推出一款量子芯片——Quantum Loon，其具有更强连接能力和相应架构；预计于2026年推出第一个量子处理器模块化Kookaburra，将容错系统扩展到单个芯片之外；预计于2027年实现两个Kookaburra模块间的缠绕，从而像连接大型系统中的节点一样将量子芯片连接在一起；预计于2028年，Starling系统将验证多模块魔法态注入。最终预计于2029年，将Starling扩展至支持1亿量子门和200逻辑量子位的系统，成为全球首个大规模容错量子计算机。

Bluefors 签署历史最大氦-3采购协议：2025年9月16日，稀释制冷机龙头企业Bluefors在其官网上宣布与Interlune达成采购协议，据特气快讯公众号，协议规定Interlune将在 2028 年至 2037 年期间每年向Bluefors提供 10,000 升氦-3。氦-3可提供低于10 毫开尔文的超低温，是稀释制冷机实现制冷的关键原材料。按中科富海公众号统计，稀释制冷机单位设备对氦-3 年需求为20-100L，则该采购协议预计可支撑每年100-500台新设备需求。

英伟达连续参投3家不同路线量子计算企业：英伟达于2025年9月4日、9月9日、9月10日，先后投资霍尼韦尔旗下Quantinuum、QuEraComputing、PsiQuantum，覆盖离子阱、中性原子、光量子三大路线。

量子计算产业或将迎来第一轮快速增长，2024-2030年产业规模CAGR达87.66%

量子计算产业或将迎来第一轮快速增长，2024-2030期间CAGR达87.66%。根据光子盒公众号， 2024年全球量子计算产业规模为50.37亿美元，较2023年增长7.46%，预计2027年产业规模将达111.75亿美元，2030年将陡增到2199.78亿美元，后续在2034年之后进入第二轮增长。下游驱动方面，量子计算产业目前最大下游为科研领域，预计2035年量子计算主要受金融、化工、国防、医药等下游应用拉动。分地区来看，2024年北美为量子计算产业规模最大市场，占全球比重约在30%左右，并将持续领跑至2035年。中国2024年量子计算市场规模约12.7亿美元，占全球比重25.30%，预计2035年将达到2382.1亿美元，占全球比重29.49%。