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(xué)原理為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)微觀量子系統(tǒng)中物理狀態(tài)的制備、調(diào)控和觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)信息感知、計(jì)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(jì)算和量子精密測(cè)量三方面的應(yīng)用，可以在確保信息安全、提高運(yùn)算速度、提升測(cè)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(jìn)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(jìn)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(jìn)的發(fā)展關(guān) 鍵階段。

各國(guó)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(guó)間開(kāi)展科技、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)，維護(hù)國(guó)家技術(shù)主權(quán)與發(fā)展主動(dòng)權(quán)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一。2021年11月， 美國(guó)將我國(guó)三家量子科技企業(yè)列入實(shí)體清單，分別為合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司和上海國(guó)盾量子信息技 術(shù)有限公司。2023年8月，拜登簽署對(duì)華投資限制行政令，聚焦半導(dǎo)體、量子計(jì)算、人工智能三大領(lǐng)域。截至2023年10月，29個(gè)國(guó)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(kāi)信息不完全統(tǒng)計(jì)的投資總額已超過(guò)280億美元。

我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)支持政策

近年來(lái)，中國(guó)量子信息行業(yè)受到各級(jí)政府的高度重視和國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的重點(diǎn)支持。國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)政策，鼓勵(lì)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(mén)發(fā)布關(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)，提出以實(shí)施意見(jiàn)為指南，圍繞腦機(jī)接口、量子信息等專業(yè)領(lǐng)域 制定專項(xiàng)政策文件，形成完備的未來(lái)產(chǎn)業(yè)政策體系。2024年政府工作報(bào)告提出，要開(kāi)辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道，創(chuàng)建一批未來(lái)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(wèn)題瓶頸需要進(jìn)一步攻關(guān)突破。當(dāng)前量子科技產(chǎn)業(yè)處于研發(fā)和產(chǎn)業(yè)探索階段，對(duì)大部分相關(guān)公司的營(yíng)收貢獻(xiàn)度較少。國(guó)內(nèi)上市公司參與到了產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)。建議關(guān)注全方位 布局量子信息技術(shù)的國(guó)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(jì)算即將進(jìn)入快速成長(zhǎng)期

從比特到量子比特

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

隨著經(jīng)典計(jì)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(lái)的計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中，經(jīng)典計(jì)算機(jī)需要克服量子特性，量子計(jì)算機(jī)直 接利用量子效應(yīng)進(jìn)行信息的處理。因此，相較經(jīng)典計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)具備“量子優(yōu)越性”，一旦量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)大到可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法執(zhí) 行的計(jì)算時(shí)，“量子霸權(quán)”由此實(shí)現(xiàn)。

量子計(jì)算本質(zhì)為異構(gòu)計(jì)算

目前所說(shuō)的量子計(jì)算，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一種異構(gòu)運(yùn)算，即在經(jīng)典計(jì)算機(jī)執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的同時(shí)，將需要加速的程序在量子芯片上執(zhí)行。因此，量子計(jì) 算的程序代碼實(shí)際執(zhí)行中分為兩種，一種是運(yùn)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(yùn)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(lèi)型的代碼由于其運(yùn) 行的物理位置不同，編譯方式和訪問(wèn)的資源均不同，這跟英偉達(dá)公司推出的用GPU解決復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題的并行計(jì)算架構(gòu)CUDA非常類(lèi)似。

多路線并行發(fā)展，量子計(jì)算未見(jiàn)技術(shù)收斂

量子計(jì)算硬件有多種技術(shù)路線并行發(fā)展，主要可分為兩大類(lèi):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(lái)國(guó)外科技企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)加速布局，為爭(zhēng)奪產(chǎn)業(yè)生態(tài)地位，搶占未來(lái)發(fā)展先機(jī)展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，目前全球已有數(shù)十家公司和研究 機(jī)構(gòu)推出了不同類(lèi)型的數(shù)十個(gè)量子計(jì)算云平臺(tái)。

量子計(jì)算即將進(jìn)入快速成長(zhǎng)期

目前，量子計(jì)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(jì)算極易被環(huán)境熱 量或波動(dòng)干擾致使計(jì)算結(jié)果出錯(cuò)，因此量子糾 錯(cuò)算法對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性極其重要，而提升量子 比特的測(cè)控精度是量子計(jì)算機(jī)實(shí)用化的關(guān)鍵問(wèn) 題。

隨著量子計(jì)算機(jī)硬件的不斷升級(jí)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(jì)算領(lǐng) 域，并推動(dòng)量子計(jì)算在不同行業(yè)的廣泛應(yīng)用。量子計(jì)算將在金融、醫(yī)療、材料科學(xué)等領(lǐng)域最 先發(fā)揮作用，為下游行業(yè)帶來(lái)顛覆性的創(chuàng)新。與此同時(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈上的合作與競(jìng)爭(zhēng)也將更加激 烈，投資和創(chuàng)新以及龐大的市場(chǎng)需求將成為推 動(dòng)產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。政府和企業(yè)也將共 同合作，加大研發(fā)投入，以爭(zhēng)取在全球量子計(jì) 算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

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

國(guó)內(nèi)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈呈追趕態(tài)勢(shì)

中國(guó)在量子計(jì)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(jì)算機(jī)等方面 取得了顯著優(yōu)勢(shì)，技術(shù)水平和挑戰(zhàn)能 力迅速提升。然而在中美競(jìng)爭(zhēng)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(guó)與美國(guó)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(jì)算硬件、軟件與量子算法研究的不斷進(jìn)展，量子計(jì)算 機(jī)將對(duì)現(xiàn)有的通信安全機(jī)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(duì)量子計(jì)算 機(jī)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)安全帶來(lái)的影響，加強(qiáng)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(wèn)題。量子通信不是要替代經(jīng)典通信方 式，而是通過(guò)在經(jīng)典通信中使用量子密鑰以提升通信安全性，同 時(shí)量子通信的規(guī)?；瘧?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(duì)粒子中一個(gè)粒子發(fā)生變化 會(huì)影響另一個(gè)粒子。量子通信的過(guò)程是將攜帶信息糾纏粒子分開(kāi)， 將其中一個(gè)粒子遠(yuǎn)距離傳輸?shù)街付ㄎ恢茫瑥牧Ｗ拥臓顟B(tài)就能準(zhǔn)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(shí)才能破譯，即完成通信。由于無(wú)法對(duì)量子態(tài)進(jìn)行整體拷貝，量子通信可有效確保通信過(guò)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(jiàn)的三種技術(shù)分別是量子密鑰分發(fā)（QKD）、量子隨機(jī)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)在QKD和QRNG。

QKD 技術(shù)從物理學(xué)原理上，具備無(wú)條件的安全性。而在實(shí)際使用 QKD 設(shè)備的過(guò)程中，QKD 收發(fā)兩端設(shè)備在公開(kāi)信道進(jìn)行認(rèn)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(shí)用化過(guò)程中遇到的挑戰(zhàn)之一。為了提升 QKD 設(shè)備認(rèn)證 流程的安全性，可選擇使用后量子加密（PQC）算法進(jìn)行認(rèn)證，或者使用QKD 協(xié)議密鑰進(jìn)行認(rèn)證。