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

內(nèi)容概要：隨著量子計算技術(shù)的不斷演進，以及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，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(fù)合增長率高達142.38%。

關(guān)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(yīng)用場景

一、行業(yè)概述

量子計算是基于量子力學(xué)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(xué)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(wù)，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(xué)運算，相當于經(jīng)典計算重復(fù)實施2^n次操作；同時，傳統(tǒng)芯片的特征尺寸很?。〝?shù)納米）時，量子隧穿效應(yīng)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(lǐng)量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展：2019 年谷歌宣稱實現(xiàn)“量子霸權(quán)”，首次在實驗中證明了量子計算機對于傳統(tǒng)架構(gòu)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(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉等人構(gòu)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(wù)的快速求解；2021 年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉等人構(gòu)建了66比特可編程超導(dǎo)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(wù)的快速求解，“祖沖之二號”的計算復(fù)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(dǎo)量子計算機；2024年1月16日我國第三代自主超導(dǎo)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(wù)，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(guān)鍵設(shè)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(shù)路線未收斂、硬件研制個性化需求多等原因，上游供應(yīng)鏈存在碎片化問題，逐一突破攻關(guān)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(guān)鍵設(shè)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(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，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(shù)路線布局較為單一，集中在超導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(gòu)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(lǐng)域應(yīng)用探索已在金融、化工、人工智能、醫(yī)藥、汽車、能源等領(lǐng)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(wù)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)、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(dǎo)地位，美國20家、中國18家，分別占28%、25%。從技術(shù)路線分布看，超導(dǎo)和光量子路徑最受關(guān)注。2023年全球71家主要量子計算整機企業(yè)中，19家為超導(dǎo)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(dǎo)量子計算是目前最為成熟的量子計算技術(shù)之一。它基于超導(dǎo)電路，通過對超導(dǎo)量子比特進行操控來進行信息的處理。超導(dǎo)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(shù)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(gòu)建實用的量子計算機奠定了基礎(chǔ)。然而，超導(dǎo)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(xué)元件實現(xiàn)量子計算過程。光量子計算的關(guān)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(dǎo)量子計算需要極低溫環(huán)境。其技術(shù)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(shù)和設(shè)備。

相關(guān)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(shù)的不斷演進，以及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，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(fù)合增長率高達142.38%。

中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、清華大學(xué)量子信息中心等眾多高校和科研機構(gòu)推動了我國量子科技的快速發(fā)展，在商業(yè)應(yīng)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(shù)在各行各業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用落地。

三、發(fā)展趨勢

作為一種新興的計算技術(shù)，量子計算在金融、醫(yī)藥、化工等多個領(lǐng)域都顯示出了突破性的應(yīng)用潛力。其中，金融行業(yè)是量子計算潛在的重要應(yīng)用領(lǐng)域，主要由于量子計算技術(shù)在資產(chǎn)組合優(yōu)化、風險分析、市場預(yù)測等方面顯現(xiàn)出巨大潛能，使得金融領(lǐng)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(yīng)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(lǐng)域，量子計算應(yīng)用探索主要通過模擬化學(xué)反應(yīng)，達到提高效率、降低資源消耗等目的；在生命科學(xué)領(lǐng)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(lǐng)域，量子計算應(yīng)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(xué)反應(yīng)過程等方面均具有重要意義，未來量子計算將加速滲透應(yīng)用至下游需求市場。根據(jù)市場預(yù)測，在全球量子計算下游應(yīng)用占比中，2035年金融領(lǐng)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(lǐng)域，分別為20.5%、14.2%。因此，未來隨著通用量子計算機的技術(shù)進步和專用量子計算機在特定領(lǐng)域的廣泛應(yīng)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(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機構(gòu)，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(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號，每天及時掌握更多行業(yè)動態(tài)。