量子科技浪潮的演进，有望改变和提升获取、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。

近年来，全球推动量子科技发展的热情高涨，多个国家和地区相继启动量子科技战略，推动量子计算机的研发和建设。

我国也在不断完善量子科技领域的顶层设计，成为全球量子信息技术研究和应用的主要推动者。#量子通信##量子科技##量子计算#

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量子科技行业概览

量子是构成物质的基本单元，是不可分割的微观粒子（譬如光子和电子等）的统称。

量子力学研究和描述微观世界基本粒子的结构、性质及其相互作用，与相对论一起构成了现代物理学的两大理论基础。

量子科技利用量子比特的的叠加和纠缠特性，可以并行处理信息，大幅提升计算效率，可以迅速完成传统计算机需要上万年完成的计算量，实现“量子霸权”。

量子科技框架图：

2019年谷歌发表论文，宣称“量子霸权”已经实现，他们首次在实验中证明了量子计算机对于传统架构计算机的优越性：在世界第一超算Summit需要计算1万年的实验中，谷歌的量子计算机只用了3分20秒。

随着激光原子冷却、单光子探测和单量子系统操控等微观调控技术的突破和发展，以精确观测和调控微观粒子系统，利用叠加态和纠缠态等独特量子力学特性为主要技术特征的量子科技第二次浪潮即将来临。

我国量子科技处于世界领先水平，中科大潘建伟院士团队在2018年的论文中已经实现了18个光量子比特的纠缠。

当前量子科技主要应用于量子通信、量子计算和量子测量三大领域。

量子通信主要研究的是量子介质的信息传递功能进行通信的一种技术，而量子计算则主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。

量子科技的三大技术领域：

量子通信

量子通信利用微观粒子的量子叠加态或量子纠缠效应等进行信息或密钥传输。

根据2022年3月20日期刊《电子元器件与信息技术》中《量子通信技术研究现状》提到，量子通信技术指利用了波粒二象性基本原理实现的通信技术。

理论上可以证明，即使遭到攻击，量子通信技术仍可保证通信双方安全交换信息。

当前量子通信技术已经应用在政府、军队、国防工业、金融机构以及信息安全等领域。

基于量子力学原理保证信息或密钥传输安全性，主要分为量子隐形传态（QT）和量子密钥分发（QKD）两类。

目前QT研究仍主要局限在各种平台和环境下的实验探索，因此产业化的主要是QKD。

QT基于通信双方的光子纠缠对分发（信道建立）、贝尔态测量（信息调制）和幺正变换（信息解调）实现量子态信息直接传输，其中量子态信息解调需要借助传统通信辅助才能完成。

QKD利用量子比特来编码信息，并使通信双方能产生并分享一个随机的、安全的密钥，来加密和解密消息。

QKD通过对单光子或光场正则分量的量子态制备、传输和测量，首先在收发双方间实现无法被窃听的安全密钥共享，再与传统加密技术相结合完成经典信息加密和安全传输，基于QKD的保密通信称为量子保密通信。近年来，QT研究在空、天、地等平台积极开展实验探索。

中国量子通信实行三步走战略：

一是通过光纤实现城域量子通信网络；二是通过量子中继器实现城际量子通信网络；三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网。

传统通信加入量子网关可实现保密通信：：

量子通信产业链

我国量子通信产业链包括基础研究、设备研发、建设运维、安全应用四大环节。

量子通信产业链示意图：

资料来源：中国通信标准化

基础研究环节

我国基础研究实力全球领先，具有产业标准话语权。

2015年后，全球量子通信专利申请和授权快速增长，显示出产业已进入快速导入期。根据中国信通院，2018年，我国在量子通信全球专利申请数量方面位居第一，专利授权仅次于美国。

我国在量子通信产业化方面走在国际前列，形成了以潘建伟院士和郭光灿院士等学科领头人为代表创立的多家量子通信企业和以合肥为代表的量子通信产业集群。

中科大潘建伟院士团队及其产业公司开展了“京沪干线”和国家广域量子保密通信骨干网络建设项目；中国科大郭光灿院士团队联合相关企业建设了从合肥到芜湖的“合巢芜城际量子密码通信网络”，以及从南京到苏州总长近600公里的“宁苏量子干线”；华南师大刘颂豪院士团队和清华大学龙桂鲁教授团队联合启动建设覆盖粤港澳大湾区的“广佛肇量子安全通信网络”。

国际电信联盟（ITU）对量子信息技术发展演进保持高度关注，由我国主要推动的面向网络的量子信息技术研究焦点组（FG-QIT4N）2019年6月成立，由中美俄专家共同担任主席。

中科院、中科大等高校、科研机构提供基础研究成果，推动基础理论研究的突破。中科大、清华、北大等研究机构的研究成果与国际先进水平基本同步，在量子保密通信试点应用、网络建设和星地量子通信探索方面处于领先。

设备研发环节

量子科技核心部件主要包括高性能单光子探测器、高速光学调制器件、高速高精度数字/模拟转换电路等，主要依托于尖端工艺/工业基础实现。

主要由国盾量子等技术型企业提供核心器件、部件、量子保密通信设备、网络融合设备层面的支撑。

国盾量子发源于中国科学技术大学，前身是创办于2009年5月的安徽量子通信技术有限公司。

神州信息与国盾量子紧密合作，持续推动面向工业互联网等新兴ICT领域的量子保密通信融合创新应用平台项目、量子网络平台网管软件等十余个项目，共同推进量子通信技术的产业化落地。

多个企业如亨通光电联合世纪互联、科大恒盛联合国盾量子均已布局量子数据中心。

问天量子系由芜湖市建设投资有限公司、中国科学技术大学共同投资成立，已经构建起量子密码通信核心技术自主知识产权的完整体系，处于国际领先地位；飞利信在量子计算方面和安徽问天量子有合作。

本源量子团队技术起源于中科院量子信息重点实验室，本源司南是公司2020年面世的国内第一款量子计算机操作系统。

科大国创参股投资了国仪量子，国仪量子是一家以量子精密测量、量子计算为核心技术的高科技企业，拥有国际领先的科学装置平台和更高精度、更高分辨率的量子传感器等技术及产品

量子通信部分代表厂商：

建设运维环节

量子保密通信网络可依托现有的光纤网络进行建设。

在承载绝大多数数据传输业务的光纤网络的机房、站点内部署量子保密通信网络核心设备，即可快速、平滑地形成覆盖面较为完整的量子保密通信网络，从而实现对基础信息网络、重要信息系统、重要工业控制系统和政务信息系统等进行强有力的安全保护。

建设运维通常由运营商、集成商等提供网络建设、部署网络资源及后期运维管理服务。

目前，中国有线支撑了量子保密通信“京沪干线”的全线建设；中国电信、中国联通参与部分城域QKD网络建设，并积极推动共纤传输等新技术试验。

安全应用环节

信息安全产品的下游用户群体拥有大量重要信息和敏感数据，信息安全需求强烈。

应用技术与产品开发方面，国内外都处于起步阶段，目前的主要应用方式是通过加密机、加密路由器等与网络各层结合实现加密传输。

我国已建成“一主多地”的量子通信政务广域网。

“京沪干线”已经被用于金融、政府和国防等领域的加密数据传输。而没有用地面中继器情况下，借助“墨子号”量子科学实验卫星，在相隔1120 公里的两个地面站之间，成功实现基于纠缠的量子密钥分发。

京沪干线是我国在2013年前瞻部署建设的世界首条远距离量子保密通信网络，全长1979公里，于2017年建成，标志着我国已实现量子通信核心部件的自主供给。

我国已建成以“京沪干线”为主的量子保密通信广域网：

量子计算

量子计算是一种基于量子力学的计算模式，量子计算机拥有的计算能力存在远超传统计算机的潜力。

量子计算以量子比特为基本单元，通过量子态的受控演化实现数据的存储计算，具有经典计算无法比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力。

从量子计算的路线图来看，短期目标是实现量子霸权，即代表量子计算装置在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力；中期实现量子模拟计算机，即使用经典计算机来模拟某些量子算法；远期实现量子通用计算机。

当前阶段，量子计算的主要应用目标是解决大规模数据优化处理和特定计算困难问题（NP）。

机器学习在过去十几年里不断发展，对计算能力提出巨大需求，结合了量子计算高并行性的新型机器学习算法可实现对传统算法的加速优化，是目前的研究热点。

量子计算发展图线：

根据Hyperion Research最新展望，全球量子计算市场2022年市场规模6.14亿美元，预计到2025年达到12.08亿美元，CAGR 25%，其中机器学习市场占比25%，被认为是最有潜力的应用市场之一。

根据Gartner2020年技术成熟度周期预测，量子计算技术距离实现产业化仍然需要10年以上时间。全球领先得互联网头部企业已经开始了量子计算的相关布局，包含硬件、算法及应用软件等领域。

IBM的量子计算原型机：

资料来源：IBM Quantum

谷歌、IBM、英特尔和微软等科技巨头近年来大举进军量子计算领域，并且与耶鲁大学、麻省理工学院、加州大学系统等科研机构联合攻关共性技术，主要集中在超导量子计算领域，目前这些企业已经在超导量子计算领域取得较好成果。

2017年，IBM Q Experience正式上线运行，是全球第一个量子云服务平台。随后，阿里巴巴、谷歌、微软、亚马逊也相继推出了量子云服务平台。

国外头部企业在量子计算领域的布局情况：

资料来源：华安证券

量子计算是国家战略，我国目前的参与者以科研机构和高校为主。

高校和科研机构方面，我国主要有中国科学技术大学、浙江大学、中国科学院、清华大学、南京大学、北京计算科学研究中心等高校和机构参与量子计算的产业发展，在相关领域已取得一定成果。从各国高水平SCI论文总量和热点论文来看，美国位列第一，我国、德国分列第二和第三位。

2020年12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。 这一突破使我国成为全球第二个（第一个为谷歌的Sycamore ）实现“量子优越性”（国外称“量子霸权 ”）的国家。

2023年6月，“九章”光量子计算原型机成功求解图论问题。

目前我国量子科技的发展在世界占据一席之地，产业化全面发展或许也将反推通信、半导体行业发展，相关运营商、设备商以及集成电路企业都将全面受益。#6月财经新势力#

BCG预计，到2030年，量子计算的应用市场规模有望达到500多亿美元。

量子计算技术所带来的算力飞跃，有可能成为未来科技加速演进的“催化剂”，一旦取得突破，将在基础科研、新型材料与医药研发、信息安全与人工智能等经济社会的诸多领域产生颠覆性影响，其发展与应用对国家科技发展和产业转型升级具有重要促进作用。

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