摘要：量子計算作為下一代計算技術(shù)的代表，已經(jīng)引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，多個國家已將量子計算列入科技進步清單進行重點部署。加快發(fā)展量子科技，對促進高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用。未來量子計算市場規(guī)模將不斷增加，技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮?。?shù)據(jù)顯示，全球量子計算產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2022年達到13億美元，預(yù)計到2025年超過50億美元，到2028年突破300億美元，未來十幾年的復(fù)合增長率將達到60%，量子計算將加快進入商業(yè)化試應(yīng)用階段。

一、定義及分類

量子計算以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現(xiàn)并行計算，能在某些計算復(fù)雜問題上提供指數(shù)級加速，是未來計算能力跨越式發(fā)展的重要方向，將對傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進行重構(gòu)，成為引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向的顛覆性創(chuàng)新。

量子計算按技術(shù)路線不同，可分為兩大類：一是以超導(dǎo)和硅半導(dǎo)體等為代表的人造粒子路線，二是以離子阱、光量子和中性原子為代表的天然粒子路線。人造粒子路線可重用半導(dǎo)體集成電路制造工藝，在比特數(shù)量擴展方面具有一定優(yōu)勢，但在提升邏輯門精度等指標方面受到基礎(chǔ)材料和加工工藝等限制。天然粒子具有長相干時間和高邏輯門精度等優(yōu)勢，但在比特數(shù)量擴展等方面面臨挑戰(zhàn)。

二、行業(yè)政策

1、國家層面量子計算行業(yè)相關(guān)政策

量子計算作為下一代計算技術(shù)的代表，已經(jīng)引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，多個國家已將量子計算列入科技進步清單進行重點部署。我國也頒發(fā)了一系列支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，以搶占科技變革的制高點。2024年1月，工業(yè)和信息化部、教育部等七部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》，提出要加強可容錯通用量子計算技術(shù)研發(fā)，提升物理硬件指標和算法糾錯性能，推動量子軟件、量子云平臺協(xié)同布置，發(fā)揮量子計算的優(yōu)越性，探索向垂直行業(yè)應(yīng)用滲透。

2、地區(qū)層面量子計算行業(yè)相關(guān)政策

地區(qū)層面，各地地方政府也將量子計算列為重點研發(fā)領(lǐng)域。2023年12月，江蘇省發(fā)布了《江蘇省加強基礎(chǔ)研究行動方案》，表示要聚焦量子通信、量子計算機和量子精密測量等重要前沿方向取得突破。重點方向為量子材料、超導(dǎo)量子計算與固態(tài)量子模擬、量子保密通信、量子芯片、量子傳感與精密測量等。隨著安徽省于2024年2月發(fā)布的《安徽省未來產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)建設(shè)方案（試行）》中提出，要加快量子通信、量子計算、量子精密測量技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化，前瞻布局量子芯片、量子算法等量子計算關(guān)鍵技術(shù)，引領(lǐng)新一輪信息革命。

三、發(fā)展歷程

從1980年，保羅·貝尼奧夫提出量子計算機概念至今，量子計算大致經(jīng)歷了四個發(fā)展階段。20世紀80年代，屬于理論推導(dǎo)階段。進入90年代后，量子計算算法優(yōu)越性逐漸被驗證。進入21世紀10年代，量子計算來到樣機驗證階段，量子計算樣機先后問世。隨著資本市場的關(guān)注，近幾年量子計算開始進入爆發(fā)階段。2019年，谷歌通過在200秒內(nèi)完成超級計算機約1萬年才能完成的一系列運算，并聲稱實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”。隨后于2020年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、陸朝陽教授組成的研究小組在76個光子量子計算原型機上完成了“高斯玻色采樣”計算，計算速度要比超級計算機快100萬億倍，中國成為第二個實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”的國家。2023年潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等組成的科研團隊通過和中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心合作，成功構(gòu)建了255個光子的量子計算機原型機“九章三號”，再次刷新相關(guān)領(lǐng)域的世界紀錄。

四、行業(yè)壁壘

1、技術(shù)壁壘

量子計算是量子信息技術(shù)中最具標志性的顛覆性技術(shù)，量子計算具有跨學(xué)科、高精尖的技術(shù)特點，涉及計算機科學(xué)、物理學(xué)和數(shù)學(xué)等各個方面，技術(shù)壁壘十分高，要求企業(yè)具備較強的技術(shù)實力與豐富的研發(fā)資源。

2、人才壁壘

量子計算行業(yè)屬于知識密集型行業(yè)，需要擁有大量專業(yè)知識扎實、創(chuàng)新意識強、經(jīng)驗豐富的研發(fā)人員和管理人員。雖然國內(nèi)已有不少高校和科研院所開展量子技術(shù)相關(guān)課程和研究工作，但是學(xué)業(yè)有成者還需要經(jīng)過較長時間產(chǎn)業(yè)化的實踐經(jīng)驗積累。行業(yè)新進者在短期內(nèi)難以吸引、培養(yǎng)出一支深刻理解量子計算技術(shù)、具備相關(guān)企業(yè)管理經(jīng)驗的人才隊伍。

3、資金壁壘

量子計算行業(yè)具有較高的資金壁壘，技術(shù)研發(fā)需要大量的資金支持。且自量子計算的原始思想提出至今40多年中，全球尚未實現(xiàn)量子計算的任何實際應(yīng)用，未來技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用仍需要投入大量資金，這對企業(yè)的資本實力與融資能力極高，且投資回報存在不確定性。

五、產(chǎn)業(yè)鏈

1、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析

量子計算行業(yè)目前處于早期探索階段，核心參與者不多，產(chǎn)業(yè)鏈上中下游各環(huán)節(jié)已初具雛形。產(chǎn)業(yè)鏈上游包括硬件和軟件開發(fā)工具供應(yīng)商，其中硬件為最大構(gòu)成部分，涵蓋稀釋制冷機、低溫組件、真空系統(tǒng)、光學(xué)探測器、激光器、測控系統(tǒng)等。中游則為量子計算機樣機制造商及軟件廠商。其中原型機是產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心部分，目前超導(dǎo)、離子阱、光量子、硅半導(dǎo)體和中性原子等技術(shù)路線發(fā)展較快，其中超導(dǎo)路線備受青睞，離子阱、光量子和中性原子路線獲得較多初創(chuàng)企業(yè)關(guān)注。量子計算應(yīng)用探索主要集中在生物制藥、化學(xué)模擬、量化金融、航空航天等領(lǐng)域。

量子計算行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

稀釋制冷機

科大國盾量子技術(shù)股份有限公司

合肥知冷低溫科技有限公司

上海鉑鉞制冷科技有限公司

中船重工鵬力（南京）超低溫技術(shù)有限公司

低溫組件

本源量子計算科技(合肥)股份有限公司

成都中微達信科技有限公司

蘇州萊爾微波技術(shù)有限公司

蘇州啟道電子科技有限公司

真空系統(tǒng)

國開啟科量子技術(shù)(北京)有限公司

北京中科科儀股份有限公司

中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器股份有限公司

費勉儀器科技(上海)有限公司

測控系統(tǒng)

上游

中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院

科大國盾量子技術(shù)股份有限公司

本源量子計算科技(合肥)股份有限公司

國開啟科量子技術(shù)(北京)有限公司

中游

生物制藥

化學(xué)模擬

量化金融

航空航天

下游

2、行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)分析

（1）科大國盾量子技術(shù)股份有限公司

國盾量子圍繞量子信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開展業(yè)務(wù)，主要業(yè)務(wù)分為量子保密通信產(chǎn)品及相關(guān)信息技術(shù)服務(wù)、量子計算及測量儀器設(shè)備兩大板塊。公司量子計算儀器設(shè)備產(chǎn)品及服務(wù)可分為超導(dǎo)量子計算子系統(tǒng)、整機解決方案以及云平臺三部分；目前主要包括室溫超導(dǎo)量子計算操控系統(tǒng)“ez-QEngine”到控制軟件系統(tǒng)“ez-QApplication”、低溫信號傳輸系統(tǒng)“ez-QLeads&Components”等。2023年5月，國盾量子發(fā)布新一代量子計算云平臺，接入“祖沖之號”同款176比特超導(dǎo)量子計算機，刷新了我國云平臺的超導(dǎo)量子計算機比特數(shù)紀錄。2023年國盾量子營業(yè)收入為1.56億元，同比增長15.87%。

（2）中國長城科技集團股份有限公司

中國長城從事的主要業(yè)務(wù)包括計算產(chǎn)業(yè)、系統(tǒng)裝備及其他業(yè)務(wù)。近年來，中國長城持續(xù)關(guān)注量子計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，并保持一定的研發(fā)投入。此前，中國長城與湖南知名高校共建了量子實驗室——中國長城量子實驗室，主要開展基于光量子和拓撲超導(dǎo)量子計算的基礎(chǔ)科研，以及量子芯片加工設(shè)備等方面的科研工作。2023年上半年中國長城研發(fā)投入為6.88億元，同比增長10.4%。

六、行業(yè)現(xiàn)狀

量子計算已成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。加快發(fā)展量子科技，對促進高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用。未來量子計算市場規(guī)模將不斷增加，技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮?。?shù)據(jù)顯示，全球量子計算產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2022年達到13億美元，預(yù)計到2025年超過50億美元，到2028年突破300億美元。量子計算將加快進入商業(yè)化試應(yīng)用階段。

七、發(fā)展因素

1、有利因素

（1）傳統(tǒng)計算機性能提升愈發(fā)艱難

隨著數(shù)字經(jīng)濟快速發(fā)展，數(shù)據(jù)規(guī)模急劇增長，催生了龐大的算力需求。但隨著晶體管的物理尺寸進入納米尺度，電子遷移率降低、漏電流增大、靜態(tài)功耗增大等短溝道效應(yīng)越來越凸顯，傳統(tǒng)計算機性能提升愈發(fā)艱難。量子比特的疊加性、相干性、糾纏性使得量子計算機可以在很短的時間內(nèi)解決經(jīng)典計算機上難以解決的問題，在此背景下，量子計算機的重要性不斷顯現(xiàn)。

（2）政府部門高度關(guān)注技術(shù)發(fā)展

近年來，量子計算儼然成為科技領(lǐng)域的研究熱點，多國政府以及各大科技公司紛紛投入大量精力和資金來研究和開發(fā)量子計算技術(shù)。我國中央政府及地方政府也高度重視量子計算技術(shù)研發(fā)，不斷加大政策支持力度，從稅收、融資等方面給予政策傾斜，極大地推動了量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（3）產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘不斷突破

經(jīng)過多年的發(fā)展，我國對量子計算的研究與發(fā)達國家已處于同一階段，進入國際“第一梯隊”，初步形成了一條探索型產(chǎn)業(yè)鏈，上游核心設(shè)備及零部件國產(chǎn)供給能力不斷提升。稀釋制冷機是構(gòu)建超導(dǎo)量子計算機的關(guān)鍵核心設(shè)備，2024年2月，我國自主研發(fā)、用于超導(dǎo)量子計算機的國產(chǎn)稀釋制冷機“ez-Q Fridge”，在交付客戶后完成性能測試，實際運行指標達到同類產(chǎn)品國際主流水平，成為國內(nèi)首款可商用可量產(chǎn)的超導(dǎo)量子計算機用稀釋制冷機，打破了西方的技術(shù)封鎖。產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘不斷突破，將有利于進一步鞏固我國在量子計算領(lǐng)域的優(yōu)勢地位。

2、不利因素

（1）實用化落地尚未突破

量子計算系統(tǒng)十分脆弱，易受到外部環(huán)境噪聲、系統(tǒng)中粒子間的相互作用等復(fù)雜因素的交互影響而引發(fā)退相干效應(yīng)，導(dǎo)致量子態(tài)失真，從而影響算法運行結(jié)果的保真度和準確性。目前量子計算難以實用落地的主要原因在于樣機的相干操控比特規(guī)模、邏輯門保真度和線路深度等關(guān)鍵性能指標仍極為有限，量子算法、量子糾錯編碼方案等未完全成熟，難以支撐具有明確加速優(yōu)勢的算法實施。

（2）部分核心硬件仍依賴于進口

雖然近年來，我國不斷加強量子計算軟硬件技術(shù)攻關(guān)力度，并在部分環(huán)節(jié)取得了明顯的突破，但仍存在部分核心硬件高度依賴于進口的局面。如液態(tài)氦制冷劑、低溫同軸電纜等，生產(chǎn)主要集中在歐美企業(yè)，致使我國量子計算供應(yīng)鏈穩(wěn)定性面臨較大挑戰(zhàn)。

（3）國內(nèi)量子計算軟件企業(yè)競爭力較弱

除了硬件研發(fā)之外，我國量子算法、軟件開發(fā)也與國外存在較大差距。量子計算軟件是連接用戶與硬件的關(guān)鍵紐帶，目前全球已有許多專業(yè)的量子軟件、算法初創(chuàng)公司，但國內(nèi)相關(guān)軟件企業(yè)數(shù)量極少，且創(chuàng)新成果有限、應(yīng)用探索推動力較弱。未來我國在量子計算軟硬件方面提升空間仍較大。

八、競爭格局

科技巨頭和初創(chuàng)企業(yè)為促進量子計算產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要推動力量，歐美為量子計算企業(yè)聚集度和活躍度最高地區(qū)。IBM、Google、Intel、微軟、亞馬遜等國際科技巨頭布局量子計算較早，技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平。IonQ、Rigetti、Quantinuum、IQM等多類型初創(chuàng)企業(yè)在硬件、軟件、算法等領(lǐng)域開展創(chuàng)新，參與量子計算生態(tài)建設(shè)。國內(nèi)市場，華為、百度、騰訊等科技企業(yè)相繼成立了量子實驗室，進行量子計算技術(shù)研發(fā)。此外還涌現(xiàn)了大量的初創(chuàng)企業(yè)，如本源量子、啟科量子、國盾量子、玻色量子、圖靈量子、量旋科技、弧光量子、中科酷源、幺正量子等，為我國量子計算發(fā)展中作出了重要貢獻。

九、發(fā)展趨勢

未來量子計算核心技術(shù)將不斷突破，當(dāng)前量子計算比較可靠、操控的量子比特數(shù)大約在100個量子比特左右，未來將逐漸達到幾千、幾萬、幾十萬、幾百萬甚至更高的水平，朝著規(guī)模化方向發(fā)展。集成化也是量子計算行業(yè)重要發(fā)展趨勢之一，有利于實現(xiàn)對大量量子比特及其測控系統(tǒng)集成和小型化，是降低量子計算機的研發(fā)成本、實現(xiàn)量子計算機廣泛應(yīng)用的前提。此外，隨著越來越多的企業(yè)布局量子計算產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)生態(tài)將日益完善。