摘要：量子計(jì)算作為下一代計(jì)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(gè)國(guó)家已將量子計(jì)算列入科技進(jìn)步清單進(jìn)行重點(diǎn)部署。加快發(fā)展量子科技，對(duì)促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國(guó)家安全具有非常重要的作用。未來(lái)量子計(jì)算市場(chǎng)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(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2022年達(dá)到13億美元，預(yù)計(jì)到2025年超過(guò)50億美元，到2028年突破300億美元，未來(lái)十幾年的復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到60%，量子計(jì)算將加快進(jìn)入商業(yè)化試應(yīng)用階段。

一、定義及分類(lèi)

量子計(jì)算以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，能在某些計(jì)算復(fù)雜問(wèn)題上提供指數(shù)級(jí)加速，是未來(lái)計(jì)算能力跨越式發(fā)展的重要方向，將對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)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(jì)算按技術(shù)路線不同，可分為兩大類(lèi)：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?cái)?shù)量擴(kuò)展方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但在提升邏輯門(mén)精度等指標(biāo)方面受到基礎(chǔ)材料和加工工藝等限制。天然粒子具有長(zhǎng)相干時(shí)間和高邏輯門(mén)精度等優(yōu)勢(shì)，但在比特?cái)?shù)量擴(kuò)展等方面面臨挑戰(zhàn)。

二、行業(yè)政策

1、國(guó)家層面量子計(jì)算行業(yè)相關(guān)政策

量子計(jì)算作為下一代計(jì)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(gè)國(guó)家已將量子計(jì)算列入科技進(jìn)步清單進(jìn)行重點(diǎn)部署。我國(guó)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(diǎn)。2024年1月，工業(yè)和信息化部、教育部等七部門(mén)聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》，提出要加強(qiáng)可容錯(cuò)通用量子計(jì)算技術(shù)研發(fā)，提升物理硬件指標(biāo)和算法糾錯(cuò)性能，推動(dòng)量子軟件、量子云平臺(tái)協(xié)同布置，發(fā)揮量子計(jì)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(jì)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(jì)算列為重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域。2023年12月，江蘇省發(fā)布了《江蘇省加強(qiáng)基礎(chǔ)研究行動(dòng)方案》，表示要聚焦量子通信、量子計(jì)算機(jī)和量子精密測(cè)量等重要前沿方向取得突破。重點(diǎn)方向?yàn)榱孔硬牧?、超?dǎo)量子計(jì)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(cè)量等。隨著安徽省于2024年2月發(fā)布的《安徽省未來(lái)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(jì)算、量子精密測(cè)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(jì)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(jì)算機(jī)概念至今，量子計(jì)算大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。20世紀(jì)80年代，屬于理論推導(dǎo)階段。進(jìn)入90年代后，量子計(jì)算算法優(yōu)越性逐漸被驗(yàn)證。進(jìn)入21世紀(jì)10年代，量子計(jì)算來(lái)到樣機(jī)驗(yàn)證階段，量子計(jì)算樣機(jī)先后問(wèn)世。隨著資本市場(chǎng)的關(guān)注，近幾年量子計(jì)算開(kāi)始進(jìn)入爆發(fā)階段。2019年，谷歌通過(guò)在200秒內(nèi)完成超級(jí)計(jì)算機(jī)約1萬(wàn)年才能完成的一系列運(yùn)算，并聲稱(chēng)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”。隨后于2020年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、陸朝陽(yáng)教授組成的研究小組在76個(gè)光子量子計(jì)算原型機(jī)上完成了“高斯玻色采樣”計(jì)算，計(jì)算速度要比超級(jí)計(jì)算機(jī)快100萬(wàn)億倍，中國(guó)成為第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的國(guó)家。2023年潘建偉、陸朝陽(yáng)、劉乃樂(lè)等組成的科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)和中科院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，成功構(gòu)建了255個(gè)光子的量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)“九章三號(hào)”，再次刷新相關(guān)領(lǐng)域的世界紀(jì)錄。

四、行業(yè)壁壘

1、技術(shù)壁壘

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

2、人才壁壘

量子計(jì)算行業(yè)屬于知識(shí)密集型行業(yè)，需要擁有大量專(zhuān)業(yè)知識(shí)扎實(shí)、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)人員和管理人員。雖然國(guó)內(nèi)已有不少高校和科研院所開(kāi)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(guò)較長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)業(yè)化的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累。行業(yè)新進(jìn)者在短期內(nèi)難以吸引、培養(yǎng)出一支深刻理解量子計(jì)算技術(shù)、具備相關(guān)企業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)的人才隊(duì)伍。

3、資金壁壘

量子計(jì)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(jì)算的原始思想提出至今40多年中，全球尚未實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的任何實(shí)際應(yīng)用，未來(lái)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用仍需要投入大量資金，這對(duì)企業(yè)的資本實(shí)力與融資能力極高，且投資回報(bào)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(jì)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(kāi)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(jī)、低溫組件、真空系統(tǒng)、光學(xué)探測(cè)器、激光器、測(cè)控系統(tǒng)等。中游則為量子計(jì)算機(jī)樣機(jī)制造商及軟件廠商。其中原型機(jī)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(jì)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(jì)算行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

稀釋制冷機(jī)

科大國(guó)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(jì)算科技(合肥)股份有限公司

成都中微達(dá)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(guó)開(kāi)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(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)科學(xué)儀器股份有限公司

費(fèi)勉儀器科技(上海)有限公司

測(cè)控系統(tǒng)

上游

中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院

科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司

本源量子計(jì)算科技(合肥)股份有限公司

國(guó)開(kāi)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(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司

國(guó)盾量子圍繞量子信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開(kāi)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(jì)算及測(cè)量?jī)x器設(shè)備兩大板塊。公司量子計(jì)算儀器設(shè)備產(chǎn)品及服務(wù)可分為超導(dǎo)量子計(jì)算子系統(tǒng)、整機(jī)解決方案以及云平臺(tái)三部分；目前主要包括室溫超導(dǎo)量子計(jì)算操控系統(tǒng)“ez-QEngine”到控制軟件系統(tǒng)“ez-QApplication”、低溫信號(hào)傳輸系統(tǒng)“ez-QLeads&Components”等。2023年5月，國(guó)盾量子發(fā)布新一代量子計(jì)算云平臺(tái)，接入“祖沖之號(hào)”同款176比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，刷新了我國(guó)云平臺(tái)的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)比特?cái)?shù)紀(jì)錄。2023年國(guó)盾量子營(yíng)業(yè)收入為1.56億元，同比增長(zhǎng)15.87%。

（2）中國(guó)長(zhǎng)城科技集團(tuán)股份有限公司

中國(guó)長(zhǎng)城從事的主要業(yè)務(wù)包括計(jì)算產(chǎn)業(yè)、系統(tǒng)裝備及其他業(yè)務(wù)。近年來(lái)，中國(guó)長(zhǎng)城持續(xù)關(guān)注量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，并保持一定的研發(fā)投入。此前，中國(guó)長(zhǎng)城與湖南知名高校共建了量子實(shí)驗(yàn)室——中國(guó)長(zhǎng)城量子實(shí)驗(yàn)室，主要開(kāi)展基于光量子和拓?fù)涑瑢?dǎo)量子計(jì)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(guó)長(zhǎng)城研發(fā)投入為6.88億元，同比增長(zhǎng)10.4%。

六、行業(yè)現(xiàn)狀

量子計(jì)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(duì)促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國(guó)家安全具有非常重要的作用。未來(lái)量子計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模將不斷增加，技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮蟆?shù)據(jù)顯示，全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2022年達(dá)到13億美元，預(yù)計(jì)到2025年超過(guò)50億美元，到2028年突破300億美元。量子計(jì)算將加快進(jìn)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(jì)算機(jī)性能提升愈發(fā)艱難

隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)規(guī)模急劇增長(zhǎng)，催生了龐大的算力需求。但隨著晶體管的物理尺寸進(jìn)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(lái)越凸顯，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)可以在很短的時(shí)間內(nèi)解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)上難以解決的問(wèn)題，在此背景下，量子計(jì)算機(jī)的重要性不斷顯現(xiàn)。

（2）政府部門(mén)高度關(guān)注技術(shù)發(fā)展

近年來(lái)，量子計(jì)算儼然成為科技領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，多國(guó)政府以及各大科技公司紛紛投入大量精力和資金來(lái)研究和開(kāi)發(fā)量子計(jì)算技術(shù)。我國(guó)中央政府及地方政府也高度重視量子計(jì)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(dòng)了量子計(jì)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(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)對(duì)量子計(jì)算的研究與發(fā)達(dá)國(guó)家已處于同一階段，進(jìn)入國(guó)際“第一梯隊(duì)”，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(guó)產(chǎn)供給能力不斷提升。稀釋制冷機(jī)是構(gòu)建超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵核心設(shè)備，2024年2月，我國(guó)自主研發(fā)、用于超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的國(guó)產(chǎn)稀釋制冷機(jī)“ez-Q Fridge”，在交付客戶(hù)后完成性能測(cè)試，實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到同類(lèi)產(chǎn)品國(guó)際主流水平，成為國(guó)內(nèi)首款可商用可量產(chǎn)的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)用稀釋制冷機(jī)，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(jìn)一步鞏固我國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位。

2、不利因素

（1）實(shí)用化落地尚未突破

量子計(jì)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(yùn)行結(jié)果的保真度和準(zhǔn)確性。目前量子計(jì)算難以實(shí)用落地的主要原因在于樣機(jī)的相干操控比特規(guī)模、邏輯門(mén)保真度和線路深度等關(guān)鍵性能指標(biāo)仍極為有限，量子算法、量子糾錯(cuò)編碼方案等未完全成熟，難以支撐具有明確加速優(yōu)勢(shì)的算法實(shí)施。

（2）部分核心硬件仍依賴(lài)于進(jìn)口

雖然近年來(lái)，我國(guó)不斷加強(qiáng)量子計(jì)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(lài)于進(jìn)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(guó)量子計(jì)算供應(yīng)鏈穩(wěn)定性面臨較大挑戰(zhàn)。

（3）國(guó)內(nèi)量子計(jì)算軟件企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力較弱

除了硬件研發(fā)之外，我國(guó)量子算法、軟件開(kāi)發(fā)也與國(guó)外存在較大差距。量子計(jì)算軟件是連接用戶(hù)與硬件的關(guān)鍵紐帶，目前全球已有許多專(zhuān)業(yè)的量子軟件、算法初創(chuàng)公司，但國(guó)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(dòng)力較弱。未來(lái)我國(guó)在量子計(jì)算軟硬件方面提升空間仍較大。

八、競(jìng)爭(zhēng)格局

科技巨頭和初創(chuàng)企業(yè)為促進(jìn)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要推動(dòng)力量，歐美為量子計(jì)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(guó)際科技巨頭布局量子計(jì)算較早，技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平。IonQ、Rigetti、Quantinuum、IQM等多類(lèi)型初創(chuàng)企業(yè)在硬件、軟件、算法等領(lǐng)域開(kāi)展創(chuàng)新，參與量子計(jì)算生態(tài)建設(shè)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，華為、百度、騰訊等科技企業(yè)相繼成立了量子實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行量子計(jì)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(guó)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(guó)量子計(jì)算發(fā)展中作出了重要貢獻(xiàn)。

九、發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)量子計(jì)算核心技術(shù)將不斷突破，當(dāng)前量子計(jì)算比較可靠、操控的量子比特?cái)?shù)大約在100個(gè)量子比特左右，未來(lái)將逐漸達(dá)到幾千、幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)、幾百萬(wàn)甚至更高的水平，朝著規(guī)?；较虬l(fā)展。集成化也是量子計(jì)算行業(yè)重要發(fā)展趨勢(shì)之一，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)大量量子比特及其測(cè)控系統(tǒng)集成和小型化，是降低量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)成本、實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的前提。此外，隨著越來(lái)越多的企業(yè)布局量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)生態(tài)將日益完善。