研判2024！量子計算行業(yè)技術路線、行業(yè)現(xiàn)狀及下游應用格局分析：多種技術路徑并進，加速推動新應用場景落地[圖]

內(nèi)容概要：隨著量子計算技術的不斷演進，以及AI技術等領域的快速發(fā)展，量子計算的應用邊界被不斷拓展，全球量子計算產(chǎn)業(yè)規(guī)模也呈加速擴容態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計，2023年，全球量子計算產(chǎn)業(yè)規(guī)模已增至47億美元，同比增長261.54%，近三年來的年復合增長率高達142.38%。

關鍵詞：量子計算產(chǎn)業(yè)鏈；量子計算機；量子計算市場規(guī)模；量子計算應用場景

一、行業(yè)概述

量子計算是基于量子力學的獨特行為（如疊加、糾纏和量子干擾）的計算模式，基本信息單位為量子比特。在物理學中量子是所有物理特性的最小離散單元，通常指原子或亞原子粒子（如電子、中微子和光子）的屬性。量子比特是量子計算中的基本信息單位，在量子計算中發(fā)揮的作用與比特在傳統(tǒng)計算中發(fā)揮的作用相似，但經(jīng)典比特是二進制、只能存放 0 或 1 位，但量子比特可以存放所有可能狀態(tài)的疊加。

與傳統(tǒng)計算相比，量子計算能夠帶來更強的并行計算能力和更低的能耗。量子計算通過量子態(tài)的受控演化實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲計算，可以分為數(shù)據(jù)輸入、初態(tài)制備、量子邏輯門操作、量子測算和數(shù)據(jù)輸出等步驟，其中量子邏輯門操作是一個幺正變換，這是一個可以人為控制的量子物理演化過程；經(jīng)典計算機的運算模式為逐步計算，一次運算只能處理一次計算任務，而量子計算為并行計算，可以同時對2^n個數(shù)進行數(shù)學運算，相當于經(jīng)典計算重復實施2^n次操作；同時，傳統(tǒng)芯片的特征尺寸很小（數(shù)納米）時，量子隧穿效應開始顯著，電子受到的束縛減小，使得芯片功能降低、能耗提高，將不可逆操作改造為可逆操作才能提高芯片的集成度，量子計算中的幺正變換屬于可逆操作，有利于提升芯片的集成度，進而降低信息處理過程中的能耗。

國外巨頭引領量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展：2019 年谷歌宣稱實現(xiàn)“量子霸權”，首次在實驗中證明了量子計算機對于傳統(tǒng)架構計算機的優(yōu)越性，2020年，IBM公司公布量子計算機發(fā)展路線圖，2021 年實現(xiàn)127量子比特，2022年433量子比特，2023年建造1121量子比特芯片。

與此同時，國內(nèi)量子計算產(chǎn)業(yè)也在政策的支持下快速發(fā)展、縮小與海外巨頭的差距：2020 年，中國科學技術大學潘建偉等人構建出76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”，實現(xiàn)了“高斯玻色取樣”任務的快速求解；2021 年，中國科學技術大學潘建偉等人構建了66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”，實現(xiàn)了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解，“祖沖之二號”的計算復雜度比谷歌的“懸鈴木”提高了6個數(shù)量級；2023 年本源量子交付 24 比特超導量子計算機；2024年1月16日我國第三代自主超導量子計算機“本源悟空 ”上線運行可以一次性下發(fā)、執(zhí)行200個量子線路的計算任務，比國際同類量子計算機具有更大的速度優(yōu)勢。

量子計算產(chǎn)業(yè)上游主要包含環(huán)境支撐系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、各類關鍵設備組件以及元器件等，是研制量子計算原型機的必要保障，目前由于技術路線未收斂、硬件研制個性化需求多等原因，上游供應鏈存在碎片化問題，逐一突破攻關存在難度，一定程度上限制了上游企業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外情況對比而言，上游企業(yè)以歐美居多，部分龍頭企業(yè)占據(jù)較大市場份額，我國部分關鍵設備和元器件對外依賴程度較高；

產(chǎn)業(yè)生態(tài)中游主要涉及量子計算原型機和軟件，其中原型機是產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心部分，目前超導、離子阱、光量子、硅半導體和中性原子等技術路線發(fā)展較快，其中超導路線備受青睞，離子阱、光量子和中性原子路線獲得較多初創(chuàng)企業(yè)關注，美國原型機研制與軟件研發(fā)占據(jù)一定優(yōu)勢，我國量子計算硬件企業(yè)數(shù)量有限且技術路線布局較為單一，集中在超導和離子阱路線，量子計算軟件企業(yè)存在數(shù)量規(guī)模較少、創(chuàng)新成果有限、應用探索推動力弱等問題；

產(chǎn)業(yè)下游主要涵蓋量子計算云平臺以及行業(yè)應用，處在早期發(fā)展階段，近年來全球已有數(shù)十家公司和研究機構推出了不同類型的量子計算云平臺積極爭奪產(chǎn)業(yè)生態(tài)地位，目前量子計算領域應用探索已在金融、化工、人工智能、醫(yī)藥、汽車、能源等領域廣泛開展，國外量子計算云平臺的優(yōu)勢體現(xiàn)在后端硬件性能、軟硬件協(xié)同程度、商業(yè)服務模式等方面。大量歐美行業(yè)龍頭企業(yè)成立量子計算研究團隊，與量子企業(yè)聯(lián)合開展應用研究，我國下游行業(yè)用戶對量子計算重視程度有限，開展應用探索動力仍需提升。

二、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

當前量子計算處在的早期探索階段，主流方案包含超導、離子阱、光量子、超冷原子、硅基量子點和拓撲等，基本都沿著量子計算優(yōu)越性——專用量子計算——通用量子計算的路線圖發(fā)展。從全球主要量子計算整機企業(yè)分布看，中美兩國占據(jù)主導地位，美國20家、中國18家，分別占28%、25%。從技術路線分布看，超導和光量子路徑最受關注。2023年全球71家主要量子計算整機企業(yè)中，19家為超導量子計算路徑，占比27%，其中美國8家，中國5家；其次為光量子計算路徑，共計13家，占比為18%，其中中國企業(yè)最多，達到4家。

超導量子計算是目前最為成熟的量子計算技術之一。它基于超導電路，通過對超導量子比特進行操控來進行信息的處理。超導量子比特的優(yōu)勢在于其較高的連續(xù)性和可擴展性，以及相對較低的失真率。該技術路線已經(jīng)實現(xiàn)了多量子比特之間的糾纏和量子門操作，為構建實用的量子計算機奠定了基礎。然而，超導量子比特對環(huán)境的溫度和電磁干擾非常敏感，因此需要在極低溫和屏蔽良好的環(huán)境中進行實驗。

光量子計算路徑利用光子作為信息的載體，通過量子光學元件實現(xiàn)量子計算過程。光量子計算的關鍵優(yōu)勢在于光子具有很好的相干性和較低的相互作用，這使得光子在傳輸過程中不易丟失信息。此外，光量子計算在室溫下即可進行，不像超導量子計算需要極低溫環(huán)境。其技術挑戰(zhàn)在于光子的生成、操作和檢測等方面，需要高精度的操控技術和設備。

相關報告：智研咨詢發(fā)布的《中國量子計算行業(yè)市場全景調(diào)查及未來趨勢研判報告》

隨著量子計算技術的不斷演進，以及AI技術等領域的快速發(fā)展，量子計算的應用邊界被不斷拓展，全球量子計算產(chǎn)業(yè)規(guī)模也呈加速擴容態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計，2023年，全球量子計算產(chǎn)業(yè)規(guī)模已增至47億美元，同比增長261.54%，近三年來的年復合增長率高達142.38%。

中國科學院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、清華大學量子信息中心等眾多高校和科研機構推動了我國量子科技的快速發(fā)展，在商業(yè)應用層面，我國也涌現(xiàn)了一批像本源量子、量旋科技、圖靈量子、啟科量子等優(yōu)秀的初創(chuàng)企業(yè)，通過與不同行業(yè)頭部企業(yè)合作，探索量子計算技術在各行各業(yè)的創(chuàng)新應用落地。

三、發(fā)展趨勢

作為一種新興的計算技術，量子計算在金融、醫(yī)藥、化工等多個領域都顯示出了突破性的應用潛力。其中，金融行業(yè)是量子計算潛在的重要應用領域，主要由于量子計算技術在資產(chǎn)組合優(yōu)化、風險分析、市場預測等方面顯現(xiàn)出巨大潛能，使得金融領域?qū)α孔佑嬎阈枨蟮目焖偕仙＠纾?023年法國CIB、Pasqal和Multiverse聯(lián)合發(fā)布量子計算金融應用解決方案的驗證結(jié)果，減少金融衍生品估值計算所耗算力資源，提升評估速度與準確性等。

此外，在化工領域，量子計算應用探索主要通過模擬化學反應，達到提高效率、降低資源消耗等目的；在生命科學領域，量子計算可以用于評估藥物研發(fā)的成本、時間、性能等實驗值；在交通物流領域，量子計算應用主要聚焦組合優(yōu)化問題，以更優(yōu)方案實現(xiàn)路線規(guī)劃和物流裝配，提升效率降低成本。

量子計算機在降低金融風險、發(fā)現(xiàn)新藥物、新材料、優(yōu)化化學反應過程等方面均具有重要意義，未來量子計算將加速滲透應用至下游需求市場。根據(jù)市場預測，在全球量子計算下游應用占比中，2035年金融領域的市場份額最高，將達到51.9%，較2030年的15.8%實現(xiàn)顯著提升。其次為醫(yī)藥和化工領域，分別為20.5%、14.2%。因此，未來隨著通用量子計算機的技術進步和專用量子計算機在特定領域的廣泛應用，2035年全球量子計算產(chǎn)業(yè)總市場規(guī)模有望增至8117億美元。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（elizabethfrankierollins.com）發(fā)布的《中國量子計算行業(yè)市場全景調(diào)查及未來趨勢研判報告》。智研咨詢是中國領先產(chǎn)業(yè)咨詢機構，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報告、商業(yè)計劃書、可行性研究報告及定制服務等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務。您可以關注【智研咨詢】公眾號，每天及時掌握更多行業(yè)動態(tài)。