一、量子信息技術(shù)備受全球關(guān)注

量子信息技術(shù)是量子科技的重要組成

量子信息技術(shù)是量子科技重要組成部分，以量子力學原理為基礎(chǔ)，通過對微觀量子系統(tǒng)中物理狀態(tài)的制備、調(diào)控和觀測，實現(xiàn)信息感知、計算和 傳輸。量子信息技術(shù)是量子信技術(shù)息包括量子通信、量子計算和量子精密測量三方面的應(yīng)用，可以在確保信息安全、提高運算速度、提升測量精度等方 面突破經(jīng)典技術(shù)的瓶頸。

量子信息技術(shù)進入產(chǎn)業(yè)培育的關(guān)鍵階段

大部分量子信息技術(shù)處在產(chǎn)業(yè)的萌芽期，正逐步從基礎(chǔ)研究走向應(yīng)用研究，進入科技攻關(guān)、工程研發(fā)、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培育一體化推進的發(fā)展關(guān) 鍵階段。

各國高度重視量子技術(shù)

量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用已成為大國間開展科技、經(jīng)濟等領(lǐng)域綜合國力競爭，維護國家技術(shù)主權(quán)與發(fā)展主動權(quán)的戰(zhàn)略制高點之一。2021年11月， 美國將我國三家量子科技企業(yè)列入實體清單，分別為合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、科大國盾量子技術(shù)股份有限公司和上海國盾量子信息技 術(shù)有限公司。2023年8月，拜登簽署對華投資限制行政令，聚焦半導(dǎo)體、量子計算、人工智能三大領(lǐng)域。截至2023年10月，29個國家和地區(qū)制定和推出了量子信息領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃或法案文件，據(jù)公開信息不完全統(tǒng)計的投資總額已超過280億美元。

我國陸續(xù)出臺支持政策

近年來，中國量子信息行業(yè)受到各級政府的高度重視和國家產(chǎn)業(yè)政策的重點支持。國家陸續(xù)出臺了多項政策，鼓勵量子信息行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)。2024年1月，工業(yè)和信息化部等七部門發(fā)布關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見，提出以實施意見為指南，圍繞腦機接口、量子信息等專業(yè)領(lǐng)域 制定專項政策文件，形成完備的未來產(chǎn)業(yè)政策體系。2024年政府工作報告提出，要開辟量子技術(shù)、生命科學等新賽道，創(chuàng)建一批未來產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)。

產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)探索

量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋范圍廣，技術(shù)路線尚未收斂，但也面臨一些共性關(guān)鍵技術(shù)和核心問題瓶頸需要進一步攻關(guān)突破。當前量子科技產(chǎn)業(yè)處于研發(fā)和產(chǎn)業(yè)探索階段，對大部分相關(guān)公司的營收貢獻度較少。國內(nèi)上市公司參與到了產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)。建議關(guān)注全方位 布局量子信息技術(shù)的國盾量子，以及業(yè)務(wù)涉及量子科技領(lǐng)域的西部超導(dǎo)、福晶科技、神州信息等。

二、量子計算即將進入快速成長期

從比特到量子比特

量子計算是一種遵循量子力學規(guī)律調(diào)控量子信息單元進行計算的新型計算模式。經(jīng)典計算使用二進制的數(shù)字電子方式進行運算，而二進制總是處 于0或1的確定狀態(tài)。普通計算機中的2位寄存器在某一時間僅能存儲4個二進制數(shù)（00、01、10、11）中的一個，而量子計算機中的2位量子位比特寄存器可同時存儲 這四種狀態(tài)的疊加狀態(tài)。推廣到n個二進制存儲器的情況，理論上，n個量子存儲器與n個經(jīng)典存儲器分別能夠存2 n個數(shù)和1個數(shù)。

隨著經(jīng)典計算的芯片尺度不斷減小，而量子隧穿效應(yīng)是不可忽略的。在未來的計算機發(fā)展過程中，經(jīng)典計算機需要克服量子特性，量子計算機直 接利用量子效應(yīng)進行信息的處理。因此，相較經(jīng)典計算機，量子計算機具備“量子優(yōu)越性”，一旦量子計算機強大到可以完成經(jīng)典計算機無法執(zhí) 行的計算時，“量子霸權(quán)”由此實現(xiàn)。

量子計算本質(zhì)為異構(gòu)計算

目前所說的量子計算，本質(zhì)上來說是一種異構(gòu)運算，即在經(jīng)典計算機執(zhí)行計算任務(wù)的同時，將需要加速的程序在量子芯片上執(zhí)行。因此，量子計 算的程序代碼實際執(zhí)行中分為兩種，一種是運行在CPU上的宿主代碼主要用于執(zhí)行不需要加速的任務(wù)，并為需要加速的任務(wù)提供需要的數(shù)據(jù)；一 種是運行在量子芯片上的設(shè)備代碼主要用于描述量子線路，控制量子程序在量子芯片上的執(zhí)行順序，以及數(shù)據(jù)的傳輸。不同類型的代碼由于其運 行的物理位置不同，編譯方式和訪問的資源均不同，這跟英偉達公司推出的用GPU解決復(fù)雜的計算問題的并行計算架構(gòu)CUDA非常類似。

多路線并行發(fā)展，量子計算未見技術(shù)收斂

量子計算硬件有多種技術(shù)路線并行發(fā)展，主要可分為兩大類:一是以超導(dǎo)和硅基半導(dǎo)體等為代表的人造粒子路線，二是以離子，光量子和中性原子 為代表的天然粒子路線。目前，多條技術(shù)路線仍未收斂。

近年來國外科技企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)與研究機構(gòu)加速布局，為爭奪產(chǎn)業(yè)生態(tài)地位，搶占未來發(fā)展先機展開激烈競爭，目前全球已有數(shù)十家公司和研究 機構(gòu)推出了不同類型的數(shù)十個量子計算云平臺。

量子計算即將進入快速成長期

目前，量子計算正處于迅速發(fā)展的階段，需要 技術(shù)的持續(xù)突破。由于量子計算極易被環(huán)境熱 量或波動干擾致使計算結(jié)果出錯，因此量子糾 錯算法對結(jié)果的準確性極其重要，而提升量子 比特的測控精度是量子計算機實用化的關(guān)鍵問 題。

隨著量子計算機硬件的不斷升級和算法的不斷 優(yōu)化，更多的軟硬件企業(yè)將投身于量子計算領(lǐng) 域，并推動量子計算在不同行業(yè)的廣泛應(yīng)用。量子計算將在金融、醫(yī)療、材料科學等領(lǐng)域最 先發(fā)揮作用，為下游行業(yè)帶來顛覆性的創(chuàng)新。與此同時，產(chǎn)業(yè)鏈上的合作與競爭也將更加激 烈，投資和創(chuàng)新以及龐大的市場需求將成為推 動產(chǎn)業(yè)前進的關(guān)鍵驅(qū)動力。政府和企業(yè)也將共 同合作，加大研發(fā)投入，以爭取在全球量子計 算領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢。

隨著量子計算技術(shù)的不斷演進，以及人工智能（AI）技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，量子計算的應(yīng)用邊界被不斷拓展，從而使量子計算的商業(yè)潛力更加 廣泛和深遠。據(jù)ICV預(yù)測，2023年，全球量子產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到47億美元，2023至2028年的年平均增長率達44.8%。在2028年至2035年，市場規(guī)模 將繼續(xù)迅速擴大，2035年總市場規(guī)模有望達到8117億美元。

國內(nèi)量子計算產(chǎn)業(yè)鏈呈追趕態(tài)勢

中國在量子計算領(lǐng)域崛起迅猛，其中 包括騰訊、華為等具有代表性的大型 互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，在光量子計算機等方面 取得了顯著優(yōu)勢，技術(shù)水平和挑戰(zhàn)能 力迅速提升。然而在中美競爭日益加 劇的背景下，尤其是在量子芯片和超 低溫設(shè)備等方面，中國與美國相比仍 存在較大差距。

三、量子通信產(chǎn)品逐漸豐富

量子通信提升通信安全

隨著量子計算硬件、軟件與量子算法研究的不斷進展，量子計算 機將對現(xiàn)有的通信安全機制造成威脅，以RSA、ECC 算法為基礎(chǔ) 的現(xiàn)代密碼體系在理論上已不再安全。因此，如何應(yīng)對量子計算 機對通信網(wǎng)絡(luò)安全帶來的影響，加強抗量子密碼等安全技術(shù)研究， 是需要深入研究和解決的問題。量子通信不是要替代經(jīng)典通信方 式，而是通過在經(jīng)典通信中使用量子密鑰以提升通信安全性，同 時量子通信的規(guī)模化應(yīng)用也需要與經(jīng)典通信技術(shù)相融合。

量子通信原理主要為密鑰分配、隱形傳態(tài)、量子糾纏和量子不可 復(fù)制定理四部分。在微觀世界中，一對粒子中一個粒子發(fā)生變化 會影響另一個粒子。量子通信的過程是將攜帶信息糾纏粒子分開， 將其中一個粒子遠距離傳輸?shù)街付ㄎ恢?，從粒子的狀態(tài)就能準確 獲取到攜帶的信息內(nèi)容。接收方想要獲取信息，需要讓密鑰粒子 和傳輸信息的粒子再次形成糾纏態(tài)時才能破譯，即完成通信。由于無法對量子態(tài)進行整體拷貝，量子通信可有效確保通信過程的安全性。

量子安全產(chǎn)業(yè)化目前聚焦QKD和QRNG

量子保密通信常見的三種技術(shù)分別是量子密鑰分發(fā)（QKD）、量子隨機數(shù)發(fā)生器（QRNG）和量子隱形傳態(tài)（QT）。由于量子隱形傳態(tài)技術(shù)還在 實驗室研究階段，尚不具備產(chǎn)業(yè)化能力。目前產(chǎn)業(yè)化的焦點在QKD和QRNG。

QKD 技術(shù)從物理學原理上，具備無條件的安全性。而在實際使用 QKD 設(shè)備的過程中，QKD 收發(fā)兩端設(shè)備在公開信道進行認證的流程目前使用的 較多的仍是預(yù)存密鑰與傳統(tǒng)的加密方式，缺少抗量子攻擊的安全保證，這是 QKD 技術(shù)在實用化過程中遇到的挑戰(zhàn)之一。為了提升 QKD 設(shè)備認證 流程的安全性，可選擇使用后量子加密（PQC）算法進行認證，或者使用QKD 協(xié)議密鑰進行認證。