量子信计算与量子通信技术前瞻及市场分析

1、第二次量子技术革命爆发在即

量子科学是 20 世纪最为重要的科学发现之一，自问世以来先后孕育出原子弹、激光、核磁共振等新技术。进入 21 世纪之后，人类对微观粒子系统的观测和调控技术不断突破和提升，使得从量子观察到量子调控成为可能，这为即将爆发的第二次量子科技革命提供了很好的基础，而这次第二次量子科技革命的主角就是以量子计算和量子通信为主的量子信息技术。为了抢占量子科技的国际话语权，各国竞相出台相关政策和提供资金支持量子信息发展，行业在政策和资金的推动下有望实现快速发展。

1.1、量子信息科学概述

量子信息技术是量子物理与信息科学交叉的新生学科，其物理基础是量子力学。基于量子特性，量子信息技术可以突破现有信息技术的物理极限，在信息处理速度、信息安全性、信息容量、信息检测精度等方面将会发挥极大的作用。量子信息技术主要的应用领域包括量子计算、量子通信和量子测量等。

量子科学是 20 世纪最为重要的科学发现之一，自问世以来先后孕育出原子弹、激光、核磁共振等新技术。进入 21 世纪之后，人类对微观粒子系统的观测和调控技术不断突破和提升（如激光原子冷却、单光子探测和单量子系统操控等技术），利用量子力学中的叠加态和纠缠态等独特物理特性进行信息的采集、处理和传输已经成为可能，量子科技革命的第二次浪潮即将来临。人类对量子世界的探索已从单纯的“探测时代”走向主动“调控时代”，第二次量子科技革命将催生量子计算、量子通信和量子测量等一批新兴技术，量子科技的革命性发展，将极大的改变和提升人类获取、传输和处理信息的方式和能力，为未来信息社会的演进和发展提供强劲动力。

1.2、各国政策支持助推量子信息科学快速发展

量子技术研究已成为当前世界科技研究的一大热点。国际社会纷纷加大研发力度和投入，力争抢占技术制高点。2013 年，日本成立量子信息和通信研究促进会以及量子科学技术研究开发机构，计划未来 10年投入400亿日元在量子信息技术的研发。2014 年，英国设立“国家量子技术计划”，每年投资 2.7亿英镑用于建立量子通信、传感、成像和计算四大研发中心，在大学和企业之间形成紧密的合作关系。2016年，欧盟宣布了 10 亿欧元的“量子技术旗舰计划”（为期 10 年），重点在通信、计算、传感和模拟 4个量子技术领域加大投入。 作为全球量子技术最领先的美国，近十年来也一直持续加大在量子技术的研发投入力度，已通过“量子信息科学和技术发展规划”等项目，每年投入月 2亿美金在量子信息各领域的研究；2018年6月推出《国家量子行动计划（NQI）》法案，计划在 10年内拨给能源部、国家标准与技术研究所和国家科学基金 12.75亿美元，全力推动量子科学发展。

为抢占第二次量子技术革命的制高点，我国近年来对量子信息技术的重视和支持力度也逐渐加大，先后推出“自然科学基金”、“ 863”计划和重大专项等来支持量子信息的研究和应用。

1.3、量子信息底层基于量子特性

量子信息的基本原理：量子比特、量子叠加和量子纠缠

量子比特：比特是经典计算机信息的基本单元，要么0，要么1。量子比特是量子计算机的最小储存信息单位，一个量子比特可以表示 0也可以表示 1，更可以表示 0和 1的叠加，即可处在0和1两种状态按照任意比例的叠加（但是在运行过后才能中要保护好量子的叠加性和相干性），因此量子比特包含的信息量远超过只能表示0和1的经典比特。

量子叠加：就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。著名的“薛定谔的猫”理论曾经形象地表述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”。

量子纠缠：这是指两个量子纠缠在一起时，其中一个会影响另一个，并且这种与距离等没有关系。操控一个量子的时候，另外一个量子也会受到相应的影响。简而言之，两个量子无论离得多远，都能产生一种关联性的互动。比如两个人脑建立纠缠关系，一个人想家的时候。另一个人立刻就能感应到想家，这种纠缠的速度，已经超越了光速。

2、量子计算机将重构未来计算

量子计算机相比传统计算机在并行计算和量子模拟上具备天然优势，未来将逐步应用于需要进行大数据分析和质因数分析的领域，如加密通信、药物设计、交通治理、天气预测、人工智能、太空探索等领域。目前量子计算的研究和应用还是以美国主导为主，我国还停留在研究阶段。但由于高端计算方面具备天然优势，整体市场潜力巨大。

2.1、量子计算机与传统计算机的区别

量子计算机（quantum computer）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。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。

量子计算机的一般工作原理分为数据输入、制备初态、幺正操作、量子测算、输出结果等几个步骤，其中幺正操作需要使用量子算法进行量子编程，具体工作流程如下图。

量子计算机并不是传统计算机的加强版，他们使用的是不同的技术原理，主要区别有以下几方面：

1、最大的不同点是运算方式不同，传统计算机的运算单位是比特，即我们常说的二进制中的 0和 1。而量子计算机的运算单位是量子比特，是叠加状态，可能是 0，可能是 1。

2、基于量子纠缠的原理，量子计算机可以同时进行多条线路的并行运算，这意味着它可以同时分析所有可能性，这也是量子计算机超强信息处理能力的源泉。如同在一堆名片里面寻找出某个名字，传统计算机是通过一张张分析的方式，而量子计算机（有一种 Grove算法）是同时进行扫描多张名片，给出每张名片为“正确”的概率。迭代几次之后，目标名片的累计概率会比别的名片都高。即使运行多次，这种算法也比经典搜索快很多。数据库越大，其优势越大。

3、量子计算可以通过幺正变换实现可逆计算。

2.2、国内外资金加速涌入量子计算机领域

1920年，爱因斯坦等人首次创立量子力学。1981年，诺贝尔物理学家费曼首次提出量子计算机的概念，指出通过应用量子力学效应，能大幅提高计算机的运算速度，经典计算机需要几十亿年才能破译的密码，量子计算机在 20分钟内即可破译，从首次提出到现在量子计算理论已经发展了 30多年。1994 年，贝尔实验室证明了量子计算机能完成对数运算，而且速度远胜于传统计算机，这也是量子计算理论提出后第一次成功实验。

自此，各界发现量子计算机的可行性，往后的十几年，大量资本开始进入量子计算研究领域，量子计算机逐步由“实验室阶段”向“工程应用阶段”迈进。2007年，初创公司加拿大 D-WAVE系统公司宣布研制成功 16位量子比特的超导量子计算机；之后，微软、谷歌、IBM、英特尔等巨头纷纷宣布进军量子计算机科研和应用领域。

而在各个国家中，美国在量子计算的综合实力全球领跑，目前已形成了政府、科研机构、产业和投资力量多方协同的良好局面。其他国家基本上以紧密跟随为主。

我国量子计算目前还是以理论研究为主，参与者主要是以科研机构、高校为主，但是近年来我国量子计算的研究发展迅速，我国在高水平 SCI论文数量总量上已经仅次于美国。我国量子计算刚刚从基础研究迈入技术积存和集中攻关的阶段，在产品工程化及应用推动方面与美国科技巨头存在明显的差距，国内仅一家初创企业，但是这两年阿里巴巴、百度和华为等科技巨头先后关注和加大量子计算领域的投入。

2.3、重构世界：量子计算机的未来

量子计算机不会取代经典计算机，但将会在执行对现有计算机来说太过复杂的任务方面表现出众，特别是那些需要在大数据里面展开搜索和对大数进行质因数分解的任务。这是因为基于量子叠加和量子纠缠的内在特性，量子计算机可以实现快速的并行计算和量子行为模拟，从而重新定义程序和算法，这就使得它能够在一些特定的应用场景有很好的优势，如加密通信、药物设计、交通治理、天气预测、人工智能、太空探索等领域。

具体而言，在加密通信领域，一切现有的密码学全都要被重新改写，因为用量子计算机能轻易破译所有密码。如经典的 RSA算法，若用 400位数的整数来做一个 RSA密钥，依托现有的经典计算机需要 60万年才能完成破译，但是对于量子计算机只要 3个小时就能够破译。

在药物设计领域，开发一种新药需要开展无数不同分子组合方式的试验，从而能够找到有效治愈某种疾病的药物特性。这个过程需要持续数年。量子计算机能在短期内绘制数以万计的分子组合模式，并迅速确定最有可能生效的组合，加大的节省药物的研发成本和周期。

在交通治理方面，量子计算机能迅速对复杂的交通状况进行研判，调度综合交通系统，最大限度避免道路拥堵。

2.4、量子计算市场潜力巨大

根据波士顿咨询的预测，保守看来，到 2035年，量子计算市场将达到20亿美金体量。随着采纳率的提高，到2050年，市场规模将飙升至2600亿美元。

若当前桎梏量子计算发展的主要因素——物理量子位的错误率——能够显著降低，那么到 2035年，量子计算市场规模将达到600亿美元，并在2050年增加到2950亿美元。与之相比，当今全球商业及消费市场总规模为8000亿美元。

3、中国量子通信产业化进程世界领先

量子通信相对于传统通信具备绝对安全性，在对信息安全要求比较高的领域有望率先推开，目前整体还处在试点应用阶段，未来随着技术的升级和成本的降低，量子通信有望向商业领域拓展，市场空间巨大。虽然我国量子通信领域发力较晚，但是凭借政策支持和巨大的资金投入，我们在量子通信领域成功实现了直道超车，在试点应用数量和网络建设规模方面全球领先，并且多项建设记录领跑全球。

3.1、量子通信安全性好于传统通信

量子通信是使用量子态携带所要传送的信息，并把量子纠缠作为信道，将该量子态从 A地传送到B第的一种通信方式，量子通信按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类：量子密钥分发和量子态隐形传输。

量子密匙分发（QKD）：在信息收发双方进行安全的密匙共享，借助一次一密的加密方式实现双方的安全通信。利用量子的不可测性和不可克隆性，从而实现信息的不可窃听，首先在收发双方间实现无法被窃听的安全密钥共享，之后再与传统保密通信技术相结合完成经典信息的加解密和安全传输。这是目前市场上主流也是产业化较为成熟的技术路线。

量子态隐形传输（QT）：基于量子纠缠态的分发与量子联合测量实现量子态信息的直接传输,在量子信息的转移过程中不移动信息载体本身。同经典通信相类似，远距离量子通信会出现纠缠减弱。因此需要建立量子中继以保证量子通信通畅。目前处于前沿研究阶段，落地仍有困难。

与传统通信方式相比，量子通信在确保信息安全，增大信息传输量，传输信息高效，抗干扰能力强等方面具有绝对优势，是迄今为止是唯一通过数学方式被严格证明的绝对安全的通信方式。不但在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，而且逐渐走进人们的日常生活。

3.2、全球量子通信产业化提速，中国产业化进程领先

量子保密通信是量子信息领域中率先进入实用化的技术方向。近年来，各国逐步开展量子通信试点应用。上世纪 90 年代，美国是世界上第一个将量子技术列入国家战略的国家。2003 年，美国哈佛大学建立了世界首个量子保密通信实验网。而欧盟在也是从上世纪 90 年代第五研发框架计划开始就重点支持量子通信研究，而后多国又通过 SECCOQC 和瑞士量子等项目进行了 QKD组网验证。进入21世纪后，日本、韩国、新加坡等国开始发力——日本于 2000年将量子通信列为国家级高技术开发项目，并制定长达10年的中长期研究计划。韩国等国也纷纷大力投入科研资源，通过设立量子通信实验中心和专项机构，希望可以在此领域取得突破。

我国量子通信领域世界领先，多项建设记录领跑全球。我国量子通信虽然起步较晚，但是凭巨大的资金投入和政策支持，我们在量子通信领域成功实现了直道超车，在试点应用数量和网络建设规模方面全球领先，并且多项建设记录领跑全球。2004年中科大完成从北京到天津的125公里光纤线路，完成了首次量子密码现网传输，并创下了最长的传输记录。 2008 年，潘建伟团队在合肥市实现了国际上首个全通型量子通信网络。之后，我国也在城域网量子通信网络、量子商用干线和量子卫星等方面的建设创造多项世界记录。2016年，我国发射世界首颗量子通信卫星“墨子号”；2017年，我国建成全球首条商用量子保密通信线路——“京沪干线”，长达 2000多公里，这标志着我国量子通信技术产业化已经成熟，处于世界领先水平，这也将为未来政府、金融机构等客户在量子通信上开展技术验证和行业应用打在坚实的基础。

现有的量子通信网络建设方面，2017年，“宁苏干线”、“沪杭干线”、“武合干线”、“齐鲁干线”和“武汉城域网”等项目开始建设。2018年，国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程开始实施，在“京沪干线”基础上，增加武汉和广州两个骨干节点，新建北京-武汉-广州线路和武汉-合肥-上海线路，并接入若干已有和新建城域网络。

从专利申请来看，中国量子通信专利申请数逐年递增，在全球量子通信专利数中所占比例遥遥领先。

3.3、市场规模巨大，产业链基本形成

据前瞻产业研究院发布的《量子通信行业发展前景与投资战略规划分析报告》数据显示，2017年，我国量子通信行业市场规模达到了180亿元，到 2018年将达到 320亿元左右，同比增长 77.78%，预计到 2024年，我国量子通信行业建设及运营服务市场规模达 912亿元，同比增长 13.57%。根据预测，国内量子通信短期市场规模在 100-130亿元左右，长期市场规模将超过千亿。而在下游应用领域方面，目前还是以政府应用为主，但是面向商用的金融板块的应用正在加速推进，根据前瞻网的预测，到 2021年，量子通信在政府服务领域应用占比将达到 30%；金融领域应用其次，占比为 22%；商业领域、国防军事紧随其后，占比分别为 20%、16%。

随着近年来我国在量子通信试点应用和网络建设的不断推进，我国量子通信产业链已初步形成，从基础研究、设备研发、建设运维到安全应用都有涉及。在国内，中科大在量子通信产业化方面表现突出，其衍生与合作建立了科大国盾、安徽问天量子等公司，进行量子保密通信前沿研究成果向应用技术和商用化产品的转化。

4、投资建议

量子科学是20世纪最为重要的科学发现之一，自问世以来先后孕育出原子弹、激光、核磁共振等新技术。进入21世纪之后，人类对微观粒子系统的观测和调控技术不断突破和提升，使得从量子观察到量子调控成为可能，这为即将爆发的第二次量子科技革命提供了很好的基础，而这次第二次量子科技革命的主角就是以量子计算和量子通信为主的量子信息技术。量子信息凭借其高并行速度和绝对安全性，被赋予了引领人类第四次科技革命的可能性。各国为了抢占量子科技领域未来的国际话语权，纷纷出台相关政策和提供资金来大力推进量子信息技术的发展。产业资本也纷纷加快在量子信息领域的布局，预计行业将进入一个从0到1的快速发展时期。

我国在量子计算领域目前还是以研究为主，产业应用较少；但是我国量子通信研究和技术应用方面全球领先，而且各地方量子通信网络建设和各行业量子通信试点应用正在加速推进，量子信息技术的发展进入加速期。我们认为在该领域布局领先的且具备技术和产品优势有望优先受益行业发展，重点推荐量子通信保密干线京沪干线主建设方、具备丰富量子通信网络建设经验并开始发展量子通信应用领域的神州信息。建议关注已经申报科创板的国盾量子，持有量子通信产业龙头公司科大国盾部分股权的浙江东方和银轮股份；同时建议关注量子通信产业链上下游布局相对领先的科华恒盛、中科曙光和亨通光电。

4.1、神州信息：京沪干线的主建设方，发力量子通信应用领域

公司 2018年实现收入90.77亿元，同比增长10.87%；受终止 ATM业务影响，公司针对金信科技计提长期投资减值损失 1.94亿元，受其影响，公司 2018年归母净利润为0.42亿元，若剔除ATM机业务及其他一次性事项影响后，公司实现净利润 3.31元，同比增长9.24%。

量子通信布局领先，量子保密通信基础设施建设经验丰富

公司 2012年就切入量子通信产业，公司参与多个国家级量子项目，通过与国盾量子、国科量子深度合作涉足量子通信运维服务，已有 20 余家金融机构基于神州信息承建的国家骨干网、城域网等，实现了量子技术和业务系统的结合。承建了量子通信保密干线“京沪干线”工程，实现了与“墨子号”量子科学实验卫星兴隆地面站的连接，并于 2017年年底中标量子保密通信“武合干线”项目，后又于 2018年连续中标“汉广干线”和“沪合干线”。2017年公司量子通信贡献收入 1.16亿元。

依托量子通信技术实力，发力量子通信应用领域

依托公司多年积累的量子通信网络的建设经验，公司积极开拓量子通信在行业应用的需求，目前已经在量子密钥服务方面取得了突破式进展，该服务除应用于 RCPMIS系统，还实现了央行两地三中心数据报送应用、商业银行向央行的数据报送应用，为银行参与量子应用提供更多示范与可能。同时与国盾量子、国翔辰瑞共同出资成立“神州国信量子科技有限公司”，形成“技术+产品+市场”模式，加速量子技术产业化进程。截至目前，神州信息与国盾量子携手帮助近 20 家金融机构实现量子技术和业务系统的结合，如上海银行、上海农商行、中国银行、工商银行、光大银行等，积极推进国家命脉行业安全可控。

股权激励充分彰显公司发展信心

4月23日，公司公告拟对包括公司董事、高级管理人员和核心骨干人员在内的 127名激励对象实施股权激励，授予股票权益合计不超过3,000万份，占总股本的 3.11%。这是公司上市以来第一次实施股权激励，而且覆盖了主要管理人员和核心骨干，股权激励充分，公司有充足动力再创佳绩。同时，授予的激励的限售股的业绩考核指标是 2019-2020 年公司归属于母公司的净利润分别不低于 3.6和 4.35亿元，业绩考核目标充分彰显了公司对未来的发展信心。

报告来源：光大证券（姜国平/卫书根）

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）