2025年量子信息技术专题：量子科技，点亮未来

一、量子信息事关国家战略，是重点发展的未来产业

1、量子信息技术的优势

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，其优势主 要体现在以下几方面。其中，量子计算是量子信息技术的金字塔尖。

谷歌宣布量子芯片取得重大突破。2024 年 12 月 9 日，谷歌宣布其最新研发的量 子芯片“Willow”取得了重大技术突破，谷歌表示，“Willow”芯片可以成倍减 少错误，破解了该领域近 30 年来一直在研究的量子纠错的关键挑战；此外， “Willow”能在不到 5 分钟的时间完成一个“标准基准计算”，对比当今最快的 超级计算机完成这项计算需要“10 的 25 次方”年的时间。根据路透社报道，谷 歌“Willow”芯片，拥有 105 个“量子比特”，谷歌已找到一种将量子比特串联 起来的方法，随着量子位数量的增加，错误率不但会下降，还可以实时纠正错误， 这是迈向量子计算商业应用的关键一步。 我国发布“祖冲之三号”，为超导量子计算的最强优越性。2024 年 12 月 17 日， 中国科学技术大学潘建伟院士团队在 arXiv 平台上发布“祖冲之三号”相关成果， “祖冲之三号”的量子比特数相比拥有 66 个量子比特的“祖冲之二号”提升至 105 个，计算能力显著提升，其处理器由两个使用倒装芯片技术集成的蓝宝石芯 片组成。从实验数据看，“祖冲之三号”内置处理器性能应与谷歌“Willow”相 当，超越谷歌 72 比特“悬铃木”处理器 6 个数量级，为目前超导量子计算的最 强优越性。

2、发展量子信息技术已成为全球大趋势

发展量子信息技术已经成为全球大趋势。近年来，以量子通信、量子计算和量子 精密测量为代表的量子信息技术发展迅速，已经成为基础研究探索、颠覆性技术 创新以及未来产业变革的重要发展方向。世界主要地区和国家都高度重视在该领 域的政策布局、资金投入、人才引育和国际合作等，政府、科研机构和产业资本 紧密结合，将发展量子信息科技和推动相关产业发展上升到国家战略高度。其中， 美国已通过《国家量子计划法案》、《量子计算网络安全防范法案》等，正在实 施相关计划；欧盟发布《战略研究和产业议程（SRIA）》报告，涵盖并统筹了“量 子技术旗舰战略研究议程”、“量子芯片战略工业路线图”、EuroQCI 工程、 EuroQCS 工程和芯片法案等欧洲正在进行的量子技术工业和研发计划，明确在 欧洲推进部署量子密钥分发（QKD）网络和发展量子计算机，全面推进量子技术 战略；德国政府通过“量子技术行动计划”；英国政府公布了“国家量子战略”；澳 大利亚、俄罗斯、日本、韩国、印度等也发布和实施了量子技术相关计划。

美国政府不断加大对量子科技的研发投入。根据美国参议院网站，2024 年 12 月 3 日，美国多位参议院议员共同提出《国家量子倡议重新授权法案》，修改后 的法案授权 2025 - 2029 财年为美国国家标准与技术研究院（NIST）、国家科学 基金会（NSF）和美国宇航局（NASA）的量子研发拨款从 18 亿美元增长至 27 亿美元，并将重点从量子基础研究转移到实际应用开发，同时授权 NASA 新的量 子研发活动，包括量子卫星通信和量子传感研究计划。 我国大力支持量子信息技术发展。受益于党和国家前瞻部署和战略布局，我国在 量子信息科技领域突破了一系列重要科学问题和关键核心技术，产出了一批具有 重要国际影响力的成果。目前我国在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地 位，在量子计算方面与发达国家整体处于同一水平，在量子精密测量方面发展迅 速。

在政策和资金的双重加持下，我国量子企业成立数量总体呈现上升趋势。根据光 子盒研究院数据库显示，截至 2023 年 4 月 11 日，相对活跃在量子信息产业生 态的中国企业共 132 家，其中，上游 36 家，中游 77 家，下游 19 家。从生态版 图来看，北京拥有 28 家企业，是全国量子企业最集中的地方，北京在量子企业 发展方面具有先发优势，一方面北京的技术、资金和人才优势明显，另一方面， 诸多大型国资下设研究所位于北京，此外，北京量子优势辐射整个京津冀地区， 天津、河北均有量子企业；安徽省量子企业数量 25 家，安徽省是中国量子信息 科技产业的重要创新中心之一，对量子信息技术的重视程度较高，中国科技大学 坐落于安徽，下设许多量子相关实验室，也培育了许多优秀量子顶尖人才；江苏、 浙江和上海分别拥有 11 家、11 家和 9 家量子企业，整个长三角地区的量子企业 数量占全国的 42.42%。

量子信息学术论文位列第一梯队。根据中国信息通信研究院发布的《量子信息技 术发展与应用研究报告（2020 年）》统计显示，从 2000 年到 2019 年，全球量 子信息三大领域科研论文发文量持续上升，美国科研机构和企业的论文数量超过 12000 篇，位列各国第一，中国紧随其后超过 9000 篇，德国、日本、英国分列 第三到第五位。其中在量子通信、量子计算、量子精密测量三个领域，中国的论 文发表量分列第一位、第二位、第二位。

二、量子信息技术应用领域

量子信息作为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域，主要分为量子计算、量子 通信、量子精密测量三大领域。

国家知识产权划分七类关键技术，量子信息位列其中。2023 年 10 月，国家知识 产权局发布《关键数字技术专利分类体系（2023）》的通知。本次下发的分类体 系面向国家重大需求，瞄准新兴数字产业和前沿技术领域，重点选取人工智能、 高端芯片、量子信息、物联网、区块链、工业互联网和元宇宙等七类关键数字技 术，明确技术边界并划分技术分支，构建技术分支与国际专利分类的参照关系。 其中，量子信息包括量子测量、量子计算、量子通信 3 个一级技术分支，下设 13 个二级技术分支，26 个三级技术分支，共计 42 个。

1、量子计算

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。 其中，量子计算中的量子是指系统用来计算输出的量子力学，在物理学中量子是 所有物理特性的最小离散单元；量子比特是量子计算中的基本信息单位，量子比 特在量子计算中发挥的作用与比特在传统计算中发挥的作用相似，但它们的行为 方式却大相径庭，经典比特是二进制，只能存放 0 或 1 位，但量子比特可以存 放所有可能状态的叠加。叠加、纠缠、量子干扰是量子力学的独特行为并应用于量子计算中。

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子 信息的物理装置。量子计算机有三个主要部分：承载量子比特的区域、用于将信 号传输到量子比特的方法、用于运行程序和发送指令的经典计算机。2011 年， 世界上第一台商用量子计算机由加拿大 D-Wave 系统公司开发；其后 IBM、谷歌 等大公司也相继推出了自研的量子计算机产品；2023 年 12 月，美国波士顿量子 计算初创公司 QuEra 建造的新型量子计算机问世，其拥有迄今数量最多的逻辑 量子比特——达到 48 个。

量子计算机不可能在每个方面都比经典计算机快，但在有些领域，量子计算机可 能会产生重大影响。

我国在量子计算领域布局多年并取得了突破性的进展。2020 年，由潘建伟团队 自研“九章”量子计算机使中国成为全球第二个实现量子优越性的国家。

“九章”系列量子计算机确立了我国在量子计算研究领域的领先地位。中国科学 技术大学研究团队打造的“九章”系列量子计算原型机确立了我国在国际量子计算 研究中的第一方阵地位，从 76 光子的九章一号到 113 光子的九章二号，再到 255 光子的九章三号，不断刷新光量子计算优越性的世界纪录。因其重要性和代表性， “九章”量子计算原型机已成为我国科技馆、教育机构或科普组织的重点展示对象。

国产超 500 比特量子计算芯片“骁鸿”发布。根据中国证券报，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；后续计划通过中电信 量子集团的“天衍”量子计算云平台等向全球开放。 测控系统和量子计算芯片是量子计算机的核心硬件。其中，测控系统需要和量子 计算芯片交互，实现信号的精确生成、传输和处理，会极大地影响量子计算机整 体性能，为了验证大规模测控系统的整体性能及各项指标，最直接的方式是定制 专用芯片进行全面系统性的测试。量子创新院研究员龚明表示，“骁鸿”芯片的 主要目的是为了推动大规模量子计算测控系统的发展，更多考虑的是通过集成更 多的比特数和实现各单项指标来满足测控系统验证的需求。

2、量子通信

量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式。量子通信 基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供了无法被窃听和计算破解的绝对安全性保证，主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两种。

量子密钥分发是最先实用化的量子信息技术。量子密钥分发利用量子物理原理实 现远程密钥交换或协商并保障密钥交换的安全性，可以提升加密通信体系的长期 安全性，在国际上得到了广泛的认同和大力推广。与公钥密码技术利用数学问题 的求解实现远程密钥交换，并利用求解的计算复杂度来保障密钥分发安全相比， 量子密钥分发在原理上有根本性的不同。量子密钥分发的主要优势在于安全性， 无论攻击者具有怎样的计算分析能力、乃至任意的量子计算分析能力，量子密钥 分发都是安全的。

我国在量子通信领域全球领先。我国作为率先部署大规模量子加密通信网络的国 家，为了推动量子保密通信网络的进一步发展和产业链成熟，正在尝试建立完整 的网络运营模式，由专业的量子加密通信网络运营商，构建广域量子保密通信网 络基础设施，为各行业的客户提供稳定、可靠、标准的量子安全服务。

“京沪干线”的建成标志着我国在全球已构建出首个天地一体化广域量子通信网 络雏形，为实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。“京沪干线” 是连接北京、上海，贯穿济南和合肥全长 2000 余公里的量子通信骨干网络，并 通过北京接入点实现与“墨子号”的连接，是实现覆盖全球的量子保密通信网络 的重要基础。“京沪干线”将推动量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领 域的大规模应用，建立完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系 统，最终构建基于量子通信安全保障的量子互联网。

我国量子通信发展前景广阔。在国家和地方政府相关政策、规划的推动下，量子 保密通信骨干网、城域网、卫星地面站不断推进建设和发展，将建设“星地一体、 多横多纵”国家广域量子通信骨干网络，实现政务、金融、电力等领域的全面推 广应用，并不断拓展至交通、海关等其他应用领域，以及下游各行各业甚至企业、 个人，最终形成“网络建设-接入应用-网络扩容”的良性循环，量子通信行业具 有良好的发展前景。

3、量子精密测量

量子精密测量旨在利用量子资源和效应，实现超越经典方法的测量精度，是原子 物理、物理光学、电子技术、控制技术等多学科交叉融合的综合技术。随着现代 科技发展以及生产加工工艺的提高，许多传统测量手段已经到达极限，如何利用 量子力学规律，采用新原理和新方法，不断突破技术极限，在现有基础上进一步 提高精密测量能力成为当前物理学的重要方向之一。美国《量子信息科学国家战 略概述》、欧盟《量子宣言》等前瞻布局量子精密测量，对原子钟、冷原子干涉 仪等提出迫切需求；在原子激光冷却（1997 年）、玻色爱因斯坦凝聚（2001 年）、 量子光频梳（2005 年）、单量设备操控（2012 年）等几次诺贝尔物理学奖的推 动，精密测量已经进入量子时代。

量子测量技术利用特定的量子体系（如原子、离子、光子等）与待测物理量（如 磁场、重力场等）相互作用，使之量子态发生变化，通过对体系最终量子态的读 取及数据后处理过程实现对物理量的超高精度探测。量子测量基本可以分为量子 态初始化、与待测物理量相互作用、最终量子态的读取、结果处理等关键步骤。

量子测量技术可以用于探测磁场、电场、加速度、角速度、重力、重力梯度、温 度、时间、距离等物理量，应用领域包括基础科学研究、军事国防、航空航天、 能源勘探、交通运输、灾害预警等。目前，量子测量的研究主要集中在量子目标 识别、量子重力测量、量子磁场测量、量子定位导航、量子时频同步五大领域， 每个领域又细分诸多技术方案。

超高精度是量子测量技术的核心优势。例如，传统的机电陀螺的测量精度一般只 能达到 1E-6°/h 量级，而量子陀螺仪的理论精度高达 1E-12°/h；传统重力仪受落 体时间间隔限制，重复率低、噪声较大，精度可达 1E-9g，原子重力仪基于冷原 子干涉技术，理论上可使现有绝对重力测量灵敏度提高 1000 倍 ；传统雷达成像 的精度受衍射极限的限制，而量子雷达利用电磁场的高阶关联特性进行成像，分 辨率可突破衍射极限，进一步提升成像和探测精度。 国仪量子是我国量子精密测量领军者。公司源于中国科学技术大学，核心技术是 以量子精密测量为代表的先进测量技术，为全球范围内企业、政府、研究机构提 供以增强型量子传感器为代表的核心关键器件、用于分析测试的科学仪器装备、 赋能行业应用的核心技术解决方案等优质的产品和服务。

三、量子信息标的梳理

中电信量子信息集团是我国量子计算领军企业，拥有天衍量子计算云平台、量子 计算机、量子实验室等前沿应用。中电信量子信息科技集团有限公司 2023 年 5 月成立于安徽省合肥市,注册资本 30 亿元，是中国电信股份有限公司全资设立的 子公司。公司积极推动量子通信产业化、重点布局量子计算新能力、战略关注量 子测量领域，攻坚量子底层核心技术,并依托中国电信覆盖全国全网的云网资源、 开发能力、服务渠道等优势，推动量子产业全国规模推广。

1、国盾量子

科大国盾量子技术股份有限公司创办于 2009 年，是国家专精特新“小巨人”企 业。公司以量子信息技术的全面产业化为己任，主要从事量子通信、 量子计算、 量子精密测量产品的研发、生产和销售，并提供相关技术服务。公司量子相关产 品主要包括量子保密通信网络核心设备、量子安全应用产品、量子计算产品、量 子精密测量。

2、禾信仪器

禾信仪器成立于 2004 年，公司专注于质谱仪的自主研发、国产化及产业化，掌 握质谱核心技术并具有先进工艺装配能力，是国内质谱仪领域从事自主研发的少 数企业之一。公司拟收购上海量羲技术控股权，标的公司专注于极低温极微弱信 号测量调控设备的研发、生产与销售，产品可应用于超导量子计算、表面物理研 究、拓扑超导、分子量子霍尔效应、极端物性研究、高能物理研究等相关领域， 其中超导量子计算是标的公司产品目前最主要的应用领域。

上海量羲技术主要产品为极低温极微弱信号测量调控设备，主要由稀释制冷机、 极微弱信号的调控系统及其相关配件组成，可应用于超导量子计算、表面物理研 究、拓扑超导、分子量子霍尔效应、极端物性研究、高能物理研究等领域。公司 下游客户需求快速增长，截至 2024 年 9 月 30 日，公司在手订单的金额超过 5,000 万元。

3、科大国创

科大国创持有国仪量子 2.75%股权。国仪量子的核心技术是以量子精密测量为代 表的先进测量技术，为全球范围内企业、政府、研究机构提供以增强型量子传感 器为代表的核心关键器件、用于分析测试的科学仪器装备、赋能行业应用的核心 技术解决方案等优质的产品和服务，公司聚焦材料科学、化学化工、生物医学、 工业领域、科学教育、能源勘探等领域。

4、神州信息

神州信息 2012 年进入量子通信产业，通过“产学研用”合作，从量子通信的网 络建设与运维、产品研发到行业应用三方面展开部署，积极推进量子通信关键技 术与各行业场景的深度融合，以量子保密通信助力国家信息加密传输安全，打造 国家信息安全之盾。公司在量子领域的产品研发包括分布式量子 SaaS 平台、量 子增强安全服务平台、量子 VPN 身份认证平台、量子加密即时通信等。公司参 与了我国在全球初步构建的“星地一体化”量子通信广域网络建设，并承建了京 沪干线、沪合干线、汉广干线、武合干线、粤港澳大湾区干线及多个干线延长线。

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