2026年电子行业：量子计算新范式，加速算力新革命

量子计算尚未实用化落地，纠错是关键

量子计算是量子科技的重要组成部分

量子：事物非连续，而是以最小单元跳着变化的特性称为量子化。微观世界里，电子的能量、离子的电荷等都是量子化的。例如，氢 原子中电子的能级是量子化的，只能取某些分立的值。

量子科技：基于量子力学基本原理来感知、计算与传递信息的技术体系。波粒二象性、概率性、叠加态和纠缠是量子科技的核心特性。 量子计算、量子通信和量子精密测量是量子科技的重要研究领域。

量子计算是量子科技的重要组成部分，其以量子比特为基本单元，利用量子叠加、干涉、纠缠等量子特性，通过量子门操作对量子态 进行演化，最终获取计算结果。

量子计算可实现对经典计算的指数级加速

经典计算的基本运算单元为“比特”，只能以确定性方式表示0或1，进行数据的二进制运算。量子计算的基本运算单元为“量子比 特”，量子比特具有叠加特性，可同时表示|0>和|1>的叠加态，可以用一个二维复数向量空间中的向量来描述：|?>=?|0>+?|1>， 其中，α和β为概率振幅，满足归一化条件? 2 + ? 2 = 1。

特定场景下，量子计算可实现对经典计算的指数级加速。量子计算的威力在于：N个经典比特组合时，任意时刻只能表示2 ?个可能状 态的一种；而对于一个由N个量子比特组成的系统，整个系统可以同时处于2 ?个经典状态的叠加态中。这意味着随着量子比特数的增 加，量子计算机的计算能力将呈指数级增长。

量子计算处于研发和应用探索阶段，尚未实用化落地

量子计算产业处于前期技术研发和应用探索阶段，尚未实现实用化落地突破。目前量子计算硬件技术仍有相当多的挑战需要克服，比 如测控系统优化、量子比特数量与质量、量子比特间的相互干扰等。在具有实际应用价值的计算复杂问题中，展现量子计算原型机的 加速求解优势是产业界关注的重要目标。虽然量子计算应用探索在金融服务、化学工程、生物制药等多个行业领域持续开展，但量子 计算的实用化落地尚未突破。

量子纠错：构建逻辑量子比特缓解量子计算误差问题

量子比特非常脆弱，其量子态极易受到局部环境的影响，并且很容易通过退相干过程丢失，因此，当前量子计算机的误差率非常高-大 约每几百次操作就会出现一次误差。要使量子计算机真正使用，误差率需降到百万分之一水平，尤其对更大型、更复杂的算法，误差 率需要达到十亿分之一甚至万亿分之一。这就需要实时量子纠错。

量子纠错是将大量物理量子比特以特定方式组合构建出少数几个抗干扰能力强的逻辑量子比特，当某个物理量子比特出现故障并导致 误差时，其他量子比特可以帮助保护系统，从而保护存储于量子比特中的信息。

量子计算产业前景广阔，中国市场未来可期

2024-2035年，量子计算行业呈快速发展趋势，中国的市场地位举足轻重。根据光子盒研究院数据，2024年，全球量子计算产业规模达 到50.4亿美元，其中北美占比29.73%、欧洲占比28.83%、中国占比25.30%、亚太地区（除中国外）占比12.24%、其他地区占比3.90%； 到2035年，全球量子计算产业规模预计将达到8077.5亿美元，期间CAGR达58.65%，其中，中国的产业份额将显著增加到29.49%，亚太 地区（除中国外）略微下降至8.22%，北美则进一步上升至33.81%。

量子计算多种技术路线并存，尚未收敛

量子计算正处于技术攻坚和应用探索的关键时期，多种技术路线快速发展，哪种技术路线能最终胜出仍未有定论，技术路线尚未收敛。

量子计算主要技术路线包括：超导、离子肼、中性原子、光量子、半导体、金刚石色心、拓扑等，核心差异在于物理载体（电路/离子 /光子）、操控能标（微波/光频/静电）、环境需求（低温/真空/磁场）及扩展瓶颈（退相干/串扰/光子损耗）等方面。

近年，超导、离子肼、中性原子、光量子等主要技术路线原理样机在实验室环境下，量子比特规模和逻辑门保真度等有明显提升，但 距离大规模、可扩展通用量子计算的目标仍有很大差距。

超导量子计算|基于约瑟夫森结，业界关注度最高的技术路线之一

超导量子计算是目前投入最大、发展最快的技术路线之一，被IBM、Google等巨头和众多初创公司视为实现近期量子优势的主要方向。

超导量子计算核心部件是约瑟夫森结，它是一种非线性电感，与电容组合可以构成一个非谐振荡器，从而形成离散的能级，通过精确 设计，可以选择其中两个能级作为量子比特的|0〉态和|1〉态。

Transmon是目前最主流的超导量子比特设计，它通过增大并联电容，显著降低了对环境中电荷噪声的敏感度，从而延长了相干时间。 

超导量子计算采用与现代半导体工业兼容的微纳加工工艺，在硅芯片上制造由超导材料组成的微型电路；为了维持电路的超导特性并 抑制热噪声，整个芯片必须被置于接近绝对零度的极低温稀释制冷机中运行。

离子肼量子计算|高保真、长相干、全连通优势显著

离子阱量子计算原理：通过电磁场（Paul/Penning阱）囚禁离子链（如Yb+/Ca+），以电子基态与亚稳态编码量子比特，利用激光诱导 拉比振荡实现单比特门，通过共享声子模式的Mølmer-Sørensen相互作用完成多比特纠缠。

离子肼量子计算优势：1）保真度高，离子阱系统在基本量子操作的保真度上保持着世界纪录，如单比特逻辑门错误率为1.5×10-7， 双比特逻辑门错误率为1×10-3；2）相干时间长，离子阱系统可实现小时量级的量子比特相干时间；3）全连通，离子之间的长程库仑 相互作用可以实现任意两比特之间的逻辑门操作，极大提升了量子算法的编译与执行效率。

QCCD（量子电荷耦合器件方案）：确保每次量子操作的保真度不会因总离子数增加而降低，是实现大规模通用量子计算的关键所在。 具体方式为：在同一个离子阱芯片上设置多个功能分区，分别用于执行离子装载、量子比特存储、量子逻辑门、量子态测量等操作， 通过调控约束电场实现离子在不同区域之间的输运，从而实现大规模通用量子计算。

编辑：火腿肠