本文来自格隆汇专栏：中金研究，作者：陈昊 朱镜榆 彭虎

量子科技产业发展是通过对微观粒子系统及其量子态进行观测及精准操控，利用量子纠缠、量子叠加等物理现象赋能信息产业，当前研究主要聚焦在量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域。我们认为，当前全球高度重视量子科技的研究与发展，作为最有前景的前沿技术之一，其未来将影响深远。

摘要

量子计算优越性实现持续突破，多条硬件路线并行推进。量子计算是通过调控量子信息单元来进行高速计算的新型计算模式，包括超导、离子阱、中性原子、半导体量子点、光量子等多种技术路线，我国在超导和光电子两个技术路线均实现了量子计算优越性。我们认为，未来随着硬件层面的技术瓶颈突破及算法/软件的丰富，量子计算有望率先用于：1）生物制药、化工、能源材料等领域模拟复杂的化学反应过程及建模；2）在金融资产、物流运输、航空航天、交通管制等方向提升计算效率，实现营运效率提升；3）赋能加密系统；4）针对人工智能的算法训练及落地等。

量子通信目前已具初步商用条件，我国积极建设量子保密通信网络。我国积极推进京沪干线/武合干线/北京城域网/合肥城域网等地面量子通信网络的建设，中国科学技术大学牵头研制“墨子号”量子通信衞星并实现跨越4,600公里的星地量子密钥分发。我们认为，网络信息安全形势日益严峻，随着标准体系完善及产品集成化发展，我国量子通信网络或将加速布局，满足政府、金融、电力等领域对信息安全的刚性需求。

量子精密测量部分产品成熟，应用前景广阔。从2019年开始实施新的国际单位定义，国际计量单位7个基本物理量实现“量子化”，标志着精密测量正式进入量子时代。量子精密测量的产品方向包括时间测量、重力测量、磁场测量、量子导航和量子探测成像，微波原子钟、电子顺磁共振波谱仪等产品相对成熟，时钟时频、重力测量领域仍处在实验室研究阶段。我们认为，量子精密测量凭借高精度的优势，有望在导航定位、目标探测识别、生物检测等领域实现产品应用。   

风险

量子计算机硬件发展不及预期，应用效率低或成本过高导致量子科技商业应用受阻，中国量子科技水平发展不及预期。

量子科技高速发展

量子计算/量子通信/量子精密测量成为三大领域

量子科技基于量子力学，通过对微观粒子系统及其量子态进行观测及精准操控，利用量子纠缠、量子叠加等物理现象，赋能信息产业，包括量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域。量子科技领域创新频出，中国自主研制的“九章二号”、“祖冲之”等量子计算原型机在量子计算优越性实验中取得突破性成果，Google推出53个量子比特的计算机“悬铃木”，IBM宣布研制出433量子比特的计算机等[1]。

我国高度重视量子科技的研究与发展，“十四五”规划中提出了组建一批量子信息国家实验室，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目[2]，随后北京、上海、山东等21个省市在地方“十四五”规划中都对量子信息领域做出了具体部署与项目支持。同时，我们看到，英国、德国、美国等各国均加速布局量子科技研发项目并加大资金投入，全球量子科技产业联盟相继成立。作为最有前景的前沿技术之一，量子科技成为必争的前沿领域。

图表1：全球量子科技产业联盟

资料来源：中国信通院《2021年量子信息技术发展与应用研究》，中金公司研究部

1# 量子计算

量子计算是一种新型高速计算模式，以量子比特（Qubit）为基本单元，并对量子信息单元进行调控。根据Intel联合创始人Gordon Moore所提出的摩尔定律，集成电路上可容纳的元器件数目每隔18-24个月增加一倍，计算性能也随之提升一倍。但我们看到，近年来由于芯片制程逐步逼近物理极限，计算性能进一步提升面临挑战。从原理角度看，传统计算机使用二进制进行运算，每个比特（Bit）总是处于0或1的确定状态；而量子计算机由于量子态叠加原理，每个量子比特在满足0和1状态的同时，还存在0和1同时存在的叠加态，使得量子计算机的算力较传统计算机明显提升，形成量子优越性（quantum supremacy）。

图表2：量子比特概念示意图

资料来源：赛迪顾问，Visure Science，中金公司研究部

量子优越性是指量子计算机在特定问题上超越全球性能最佳的经典计算机。我们看到，近年来量子领域持续取得突破性成果，2019年Google推出53位量子比特的计算机“悬铃木”，在量子随机线路采集问题中首次实现量子计算优越性，2020年IBM推出65位比特样机“蜂鸟”，同年中国科学技术大学成功构建76个光子的“九章”量子计算机，在处理“高斯玻色取样”的速度比超级计算机“富岳”快100亿倍[3]，并于2021年10月构建升级版“九章二号”，2021年中科大发布超导量子计算机“祖冲之二号”，标志着我国在超导和光量子两个技术路线上均实现了量子计算优越性。

量子计算具有经典计算技术难以企及的并行计算能力，未来或将凭借自身优势在算力需求较高的特定应用场景发挥作用。我们认为，量子计算能够在生物制药/化工/能源材料等量子模拟、金融资产管理/物流运输/航天航空/交通管制等量子优化、密码、人工智能等方面发挥作用。

2# 量子通信

量子通信利用量子态作为信息载体进而实现信息交互，典型应用形式包括量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）和量子隐形传态（Quantum Teleportation, QT）。

► 量子密钥分发QKD：利用量子物理原理，实现远程密钥交换/协商并保障密钥交换的安全性。QKD系统包括量子信道和经过认证的经典信道，通过量子信道分发通信密钥，发送方利用密钥将信息加密为密文，通过经典信道进行密文传递，接收方则进行密文解密。与传统密码技术不同，量子密钥分发技术的优势在于其具有理论的完备证明，可以抵抗量子计算和非量子计算破译威胁。

► 量子隐形传态QT：QT可以在不移动量子信息的物理载体的情况下，基于量子纠缠态的分发与量子联合测量来实现量子信息的空间转移，但QT目前处于研发阶段。

图表3：量子密钥分发技术原理

资料来源：国盾量子招股说明书，中金公司研究部

随着量子信息技术的发展和量子通信网络的不断演进，量子通信的相关应用前景广阔。我们认为，密码是网络安全的核心技术，也是满足大量下游信息安全行业对于重要数据保护的刚需，量子通信未来有利于保障金融等重要领域的信息安全。

图表4：量子通信应用发展趋势

资料来源：国盾量子招股说明书，中金公司研究部

3# 量子精密测量

量子精密测量通过控制信号将量子体系调控到特定的初始化状态，在与待测物理量相互作用后，量子体系的量子态发生变化，通过测量量子态的变化转化得到待测物理量的测量值。量子精密测量相较于传统的测量技术在精度、效率和准确性方面具备优势。

图表5：量子精密测量过程示意图

资料来源：ICV Tank、光子盒研究院《2022全球量子精密测量产业发展报吿》，中金公司研究部

量子精密测量技术可以加速相关领域应用发展的关键性能指标，其在各个学科和领域都将拥有广泛应用场景。量子精密测量的实用化产品是量子传感器，主要涉及时间测量、重力测量、磁场测量和探测成像，应用场景包括量子目标识别与探测、定位导航、防务装备和生物医疗等新型应用场景。

图表6：量子传感器主要技术体系

资料来源：ICV Tank《2022全球量子精密测量产业发展报吿》，中金公司研究部

量子科技行至何处？

量子计算：多种硬件技术路线并存，计算性能持续提升

随着微观粒子的探索从“探测时代”向“调控时代”迈进，对量子计算的认知也由早期的概念设想逐步转向应用验证，自2019年Google“悬铃木”实现量子计算优越性，各国的量子计算研究加速，2020年以来量子计算迈入技术应用验证和研制跃升期。

图表7：量子计算发展历程图

资料来源：赛迪顾问《2021量子计算技术创新与趋势展望》，中金公司研究部

多种硬件技术路线并存尚未收敛，量子计算性能持续提升

由于量子计算的发展近年来刚刚进入快车道， 量子计算处理器仍处于多种技术路线并行发展和开放竞争状态，尚未呈现技术路线融合趋势。量子计算处理器是操作和测量量子比特的物理载体，由于实现量子比特二能级体系和制备操控方案不同，量子计算处理器目前存在超导、离子阱、中性原子、半导体量子点、光量子、金刚NV色心和量子拓扑计算等多种技术路线，其中超导、半导体量子点为电学路线，也称固态器件路线，传统大企业多专注于这一方向，如Google及IBM；离子阱、光量子为光学路线，多应用于科研单位。

► 超导量子计算：目前相对成熟的一种固定量子计算实现方法，优势在于能够1）电路的定制化可控性较强，超导量子电路的能级结构可以通过外加电磁场进行干预和调控，2）电路设计/制备/ 测量与集成电路技术兼容；但仍存在超低温物理换进高要求苛刻且比特相关时间短的问题。

► 光量子计算：以光子的偏振或其他参数作为量子比特，优势在于光子与外部环境相互作用微弱，可在室温环境下工作，且相干时间长，但同时光子之间的相互作用微弱，两量子比特之间的逻辑门操作存在困难。

图表8：量子计算机的主流技术路线

资料来源：中国计算机协会青年计算机科技论坛《量子计算机离我们还有多远？》，ICV Tank《2022全球量子计算产业发展报吿》，量子位，赛迪智库《量子计算发展白皮书（2019年）》，中金公司研究部

现存技术路线均各有优劣，无法兼顾相干时间、扩展性、操控难易度和物理环境等不同方面，当下的量子计算机在性能上仍有需要继续完善的空间。我们看到，超导体系的量子比特规模被不断刷新，离子阱、光量子、中性量子等其他技术路线也在相干时间和扩展性等决定量子计算机性能的问题上有所突破。我们认为，多种硬件技术路线并存的局面仍将持续存在，随着关键技术问题的不断突破，量子计算性能仍存在大幅提高的空间。

图表9：不同技术路线的量子计算发展趋势

资料来源：中国信通院《2021年量子信息技术发展与应用研究》，中金公司研究部

各国大力支持量子计算，中国企业挺进第一梯队

量子计算受到各国高度重视，在将量子计算领域的研发作为国家战略的同时，给予大力的政策和资金支持，力争抢占新兴信息技术制高点。美国是较早布局量子计算的国家之一，2002年即发布了《量子信息科学与技术规划》，并于2014年设立了量子信息和计算机科学联合中心（QulCS），2018年通过《国家量子行动法案》，旨在推动美国量子计算相关产业发展，此外，2021年美国与英国、澳大利亚联合发布《关于量子信息科学和技术合作的联合声明》，加强跨国的资金及技术合作。同时，其他国家和地区也发布了量子计算领域的发展规划。

图表10：全球量子计算发展相关政策

资料来源：美国国家标准与技术研究院（NIST），美国陆军研究实验室（ARL），美国国家科学与技术委员会（NSTC），美国能源部（DOE），英国NQTP官网，欧盟委员会，英国政府科学办公室，Nature官网，国盾量子公司公吿，国盾量子公众号，中金公司研究部

我国积极推动量子计算的发展，支持技术研发及产业化落地。1984年，中国科学院院士郭光灿主持召开了中国第一个量子光学学术会议，并于2001年获得我国首个量子信息技术“973”项目，我国量子科技自此进入加速发展的通道。2015年发布的《中国制造2025》提出积极推动量子计算的发展；2016年，“十三五”规划将量子计算机列为重大科技项目之一；2021年“十四五”规划发布，提及加快布局量子计算、量子通信等前沿科技技术等规划，各地纷纷加强对量子计算的政策支持；在二十大会议上，习近平总书记反复提及要战略性地发展量子计算等核心技术，量子计算技术的战略地位凸显[4]。

图表11：中国量子计算发展相关政策

资料来源：国务院，科学技术部，济南市人民政府，工信部，中国信息协会量子信息分会公众号，中金公司研究部

企业层面，大型科技公司如Google、IBM、Microsoft等均在积极推进并发布了量子路线图；初创公司也取得相应成就。我国的各大高校和机构近年来成绩突出，进入全球量子计算领域研究的第一梯队。

硬件层面的技术瓶颈有待突破，量子算法及相关软件亟需丰富

我们看到，量子计算沿多种技术路线持续实现突破，但技术及应用场景尚未成熟。在硬件层面，量子计算存在多种可选技术路线，但目前尚未出现一种体系能够实现量子计算机实用化，大规模应用仍面临相干时间、运行环境等多方面挑战。

► 量子计算机对运行环境的要求苛刻：由于量子计算机中量子的相干叠加态及计算结果的稳定性容易受到光、热等外界环境的影响，量子芯片的工作温度仅比绝对零度高出0.01摄氏度，即约-270.42摄氏度，满足严格工作环境的难度及高昂成本阻碍了量子计算机的商业化、规模化应用。

► 相干时间仍然较短：量子相干性是指量子态在与环境相互作用的情况下，保持纠缠、叠加等性质，量子计算机容易因外界环境的影响而产生退相干，延长相干时间即延长量子资源的可利用时间。由于目前量子计算技术路线不统一，各种技术路线的计算机相干时间发展情况也不一致。2022年5月，Atom Computing公司在Nature期刊发表名为《核自旋量子比特寄存器的组装和相干控制》的论文[5]，报吿了在其中性原子量子计算机Phoenix上实现的相干时间最新记录，实验中Phoenix的相干时间T2为40±7秒。

► 运算操作时间较长：可靠的量子计算结果要求量子门的运算操作时间远小于相干时间。2022年8月，日本国家自然科学研究所（NINS）发表论文[6]，表示其实现了操作时间为6.5纳秒的双量子比特门。考虑纠错所需要的时间，在相干时间能够进行的量子门操作次数仍较少。

在量子算法层面，算法与芯片具有适配关系，具有实用价值的量子算法仍需丰富完善。芯片和算法之间需要具有适配关系，以CPU为例， 由于内部结构较为复杂，具有强大的逻辑判断和通用性能，CPU可以处理各种不同类型的数据，尤其是擅长串行运算，但在执行计算密集型算法时效率不高；GPU具有较多的计算单元，在并行运算中的计算效率高于 CPU。目前成熟的量子算法较少（包括用于分解质因数的Shor量子算法、用于无序数据库收缩的Grover量子算法），且目前的量子算法一般固化于专用的量子计算设备中，改变量子算法需要重新对量子计算设备进行设计。我们认为，量子计算实用价值的提升要求契合量子计算机硬件特性的算法体系进一步丰富，同时，量子计算机程序设计语言将成为通用量子计算机算法实现过程中的必要系统软件。

量子通信：初步具备商用条件，我国率先大规模部署量子保密通信网络

我国率先进入量子保密通信广域网阶段，量子保密通信网络加速建设

由于量子通信的发展与国家信息安全与战略紧密相连，各国高度重视，我国近年来加速量子通信网络建设，已成功挺进世界第一梯队。

2016年，随着“墨子号”量子衞星发射，中国成功实现量子通信研究的领跑；2017年我国完成量子保密通信“京沪干线”的建设，并与“墨子号”试验衞星成功对接，迈入广域量子通信网络发展阶段。

2021年1月，中国科技大学宣布[7]实现了跨越4,600公里的星地量子密钥分发，标志着我国构建了全球首个星地量子通信网，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础；同年6月，中国科大公布[8]其潘建伟团队创造出500公里量级现场无中继光纤量子密钥分发世界纪录，又一次巩固了我国在量子通信这一领域的世界地位；2022 年 7 月我国发射的“济南一号”量子微纳衞星[9]，在世界上首次实现了基于微纳衞星和小型化地面站之间的实时星地量子密钥分发，为构建低成本、实用化的天地一体化量子保密通信网络奠定基础，有利于进一步普及量子衞星地面站规模。

图表12：量子保密通信发展阶段与特点

资料来源：国盾量子招股说明书，中金公司研究部

我国率先部署大规模量子保密通信网络，积极推进国家广域量子保密通信骨干网的建设。2017年，国家发改委[10]已明确提出将重点支持建设国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程。目前北京、武汉、海口等城市均已相继建成城域网并成功投入使用。各城市之间也在规划建设量子保密通信线路，如“齐鲁干线”、“成渝干线”、“京沪干线”等，支撑城市间的安全信息传输需求。

图表13：中国量子保密通信网络建设情况

注：数据截至2022年底 资料来源：国盾量子公司公吿，国盾量子公众号，光电通信网，福州新闻网，河南省人民政府官网，重庆市人民政府官网，光子盒，中金公司研究部

我们看到，欧盟各国、英美和日韩等国家均参与建设量子保密通信网络，为国家教育、安全等重要领域提供安全保障，部分国家之间达成合作，促进国家之间的安全信息通信路径。

图表14：各国和地区量子通信网络建设项目

注：数据截至2022年底 资料来源：国盾量子招股书，国盾量子2021年报，国盾量子公众号，中金公司研究部

量子通信的产业链形态基本形成，ID Quantique、KETS Quantum、国盾量子、天问量子、九州量子等量子通信核心设备厂商构筑量子通信基石。

图表15：量子通信产业链

资料来源：中国通信标准协会《量子保密通信技术白皮书（2018年）》，中金公司研究

规模应用仍面临成本/性能等多方面挑战

尽管量子通信近些年发展迅速，大量相关产品开始在政务、金融等行业部署和应用，但受限于成本、性能等因素应用受限。

► 标准化体系仍待完善：量子通信产业的发展使得大量相关产品开始在各个行业部署与应用。但由于行业缺少完整统一的国家标准和行业标准，产品没有规范的接口，量子产品之间、与其他网络产品之间互联互通存在困难。我们看到，国内外标准化组织积极开展QKD相关的标准工作，我国也深度参与标准化体系的建设工作，ISO/IEC正在基于中国量子保密通信“京沪干线”编制国际标准《QKD安全要求、测试与评估方法》，国盾量子等中国企业在其中发挥重要作用。我们认为，随着量子保密通信产业链完善及标准化体系建立，通信网络间的互联互通将进一步提升，有望助推量子通信产业发展。

► 成本问题：相比传统保密通信技术，量子保密通信由于技术复杂度及成熟度等差异，部署成本相对较高，不利于产品的广泛推广。我们认为，光芯片集成等技术的不断进步或将推动量子保密通信系统成本的下降，由此带来企业及个人用户接入量提升，分摊后的单用户接入成本将进一步下降。

► 量子产品集成化：目前量子保密通信设备是由光源模块、编码调制模块、探测模块、数据分析与处理模块等一系列模块组成的复杂系统，体积、能耗较高，产品部署场景单一。我们认为，光电一体化、集成电路等技术发展有望实现分离模块集成为芯片，实现量子通信设备的小型化、集成化，带动量子通信设备的规模部署。

量子精密测量：原子钟等产品成熟，产业链相对清晰

随着人们对量子态进行操控和测量的能力不断提升，2018年第26届国际计量大会正式通过决议，从2019年开始实施新的国际单位定义，国际计量单位7个基本物理量实现“量子化”，标志着精密测量正式进入量子时代。

图表16：量子精密测量重要发展节点

资料来源：ICV Tank《2022全球量子精密测量产业发展报吿》，中金公司研究部

量子精密测量作为市场化进展较快的量子科技领域，世界多个国家和地区纷纷将发展量子精密测量加入到国家战略计划。目前，参与的国家以北美洲、欧洲和亚洲等主要国家为主，我国多次在政府文件中提到加强量子精密测量的技术突破。

图表17：我国量子测算领域相关政策

资料来源：国务院，科技部，市场监管局，中金公司研究部

量子精密测量领域的产品和技术种类繁多，产业生态仍处于建设发展阶段。量子精密测量产业生态较为清晰，已形成了以微波原子钟、电子顺磁共振波谱仪等为代表的成熟产品，但部分产品仍处于逐步商业化的过程中。多个国家及地区布局各量子精密测量应用领域，我国在精密测量领域处在世界领先地位，其中时钟时频、重力测量领域仍处在实验室研究阶段，尚未开发出商业化产品。

► 量子时钟时频：高精度时频服务系统是国家发展战略资源。量子时钟时频方面现在逐渐成熟化的产品包括各类微波原子钟、微波芯片级原子钟和时频同步类产品。原子钟能够给出高测量精度的频率和时间标准，促进了新物理的发现和科学技术的进步。其他产品如光钟和芯片级分子钟等处于商业化过程中。

► 量子磁测量：目前商业化较为成熟的产品有SQUID磁力针（脑磁、心磁、生物磁），其中OPM商业化进入初期阶段。未来量子磁测量产品将延伸到地理地质、生物医药等新领域。

► 量子重力测量：量子重力测量的主要产品是冷原子干涉重力仪、冷原子陀螺仪和加速度计。由于这一领域当前成熟的公司较少，尚未有较为成熟的产品。

► 量子科研和工业仪器：AFM和EPR/ESR都是科学仪器设备较为成熟的商业化产品，服务于生物医药、材料纳米技术等领域。其中，AFM（原子力显微镜）通过检测原子间相互作用力，进而获得纳米颗粒的相关信息，能够以原子级分辨率生成具有埃量级高精度信息的图像；EPR（电子顺磁共振）可检测物质中的未配对电子，并探索其周围环境的结构特性。目前量子科学仪器供应商较多，中国的国仪量子公司是较为成熟的供应商之一。

图表18：量子精密测量的产业链

资料来源：光子盒《2022量子精密测量产业发展报吿》，中金公司研究部

图表19：量子精密测量中游主要参与者分布

资料来源：ICV Tank《2022全球量子精密测量产业发展报吿》，自然资源部官网，中金公司研究部

量子科技未来的应用前景及意义

量子计算：具备强计算能力，在人工智能/金融/制药等领域具备应用潜力

虽然量子计算在全球仍处于实用化应用场景探索时期，但量子计算具备强计算能力，潜在应用场景丰富。量子计算机由于体积较大且运行环境严苛，目前的应用主要是通过云平台提供服务。我们认为，随着各国在量子优越性上不断取得突破，量子计算机有望满足AI训练落地等高算力需求，在模拟、优化、密码等应用场景中发挥作用。

► 量子模拟—生物制药、化工、能源材料

传统计算机在化学反应过程的模拟和分析中难以应对复杂的变量和建模，量子计算机在生物制药、化工材料、能源材料等领域具备广阔的潜在应用空间，有望帮助研究人员模拟分析大型分子性状，提升理论验证效率。

以生物医药领域为例，药物研发的前、中、后期都需要大量数据计算以支撑分子性质模拟。IBM 在2017年使用量子计算机成功模拟氢化铍；IonQ 在2018年使用量子计算成功模拟水分子；Google 在 2020 年使用量子计算机成功模拟二氮烯，并对其化学反应进行模拟；针对制药领域的研究显示，在全球前列的21家制药公司中，17家有公开的量子计算活动，在大约260家量子计算初创公司中，有38家试图解决制药问题[11]。

目前量子计算能够模拟的分子依然较小，蛋白质、核酸、多糖等典型的生物大分子通常包含几千到几十万个原子，是目前能够模拟的简单分子的原子个数的几千到几十万倍。我们认为，随着量子计算机硬件和模拟软件的完善，未来有望沿着从小分子到大分子、从无机物到有机物的方向最终实现对复杂分子层面的模拟。

图表20：量子计算与制药的参与方

注：数据截至2019年底 资料来源：Quantum computing's potential for drug discovery: early stage industry dynamics，Drug Discovery Today（2021），中金公司研究部

► 量子优化——金融资产管理、物流运输、航空航天、交通管制等

优化是使用量子算法来确定一组可行选项中的最优解，量子计算能大幅提升计算效率，从而在物流运输、航空航天、交通管制、金融资产管理等领域实现运营效率提升、成本缩减并减少碳排放。

以金融领域为例，我们认为，量子计算通过解决复杂的优化问题，有望消除数据盲点，开展风险预测，辅助资产定价并挖掘最佳投资组合。2020年7月，AlgoDynamix宣布使用量子退火算法提供用于财务行为分析的预测服务；2021年2月，本源量子与建信金科联合推出国内首批量子期权定价应用和量子VaR值计算应用；2022年，新华财经联合本源量子共同发布量子金融应用，提供量子期权定价、VaR值应用、投资组合优化等应用。

► 密码：量子计算是现有网络安全的“潜在”威胁者，Shor 量子算法已从理论上证明能够对大数进行高效率质因数分解，威胁现有 RSA 等加密算法。我们认为，量子计算将挑战传统的加密算法并支持更强大的加密系统出现。

图表21：Shor算法和经典算法破解RSA耗时对比

资料来源：本源量子官网，中金公司研究部

► 人工智能：量子计算机具备强大的计算能力，支持人工智能算法的高效训练及应用落地。2021年，本源量子发布的量子人工智能应用QGAN展示了，在人像修复领域量子计算机相较于传统计算机拥有速度及空间优势。

量子通信：在传输保密方面具备优越性，有望满足政务/金融/电力等信息安全刚性需求

量子保密通信技术在抵抗计算破解上具备更高的安全性。非量子保密通信主要是基于数学算法，利用密码技术实现加密通信，但广泛使用的公钥密码所依赖的因子分解和离散对数问题，可以被Shor量子计算算法破解；量子保密通信技术因基于物理机制，具有可证明的抵抗量子计算和非量子计算破译威胁的能力。

图表22：量子保密通信与非量子保密通信对比

资料来源：国盾量子招股说明书，中金公司研究部

下游行业和领域对信息安全刚性需求有力地支撑量子保密通信行业发展。短期来看，由于量子保密通信网络接入成本较高，还未广泛推广到各类企业及个人，应用主要集中在利用QKD链路加密的数据中心防护，并延伸到政务、特种领域等安全应用。我们认为，随着国家和地方政府相关政策的推动、QKD组网技术的成熟以及终端设备趋于小型化、移动化，量子保密通信网络有望拓展到一般企业与个人，保障着我国重要信息和敏感数据的安全问题。

► 政务方面：我国政务办公网络由外网和内网两套物理隔离的网络组成，具有不同的功能，承载不同的内容，均需要严格的信息加密保护。中国通信标准化协会（CCSA）发布的《量子保密通信技术白皮书》指出量子保密通信可用于保护政企专网基础设施及其服务的安全性。依托量子密钥分发技术在城域网、局域网形成的整套解决方案为政务相关业务提供实时量子密钥加密保障，满足政务网各站点之间信息加密强烈需求。

图表23：量子保密通信应用于政务领域

资料来源：国盾量子官网，中金公司研究部

► 金融领域：银行、证券、保险等金融机构，所涉及的用户数据、业务信息具有高度敏感性，对安全加密也存在较高需求。2017 年，中国人民银行将量子通信作为重点新兴技术写入《中国金融业信息技术“十三五”发展规划》，其中提到持续跟踪量子通信技术发展，适时开展量子通信在金融业的应用。我们看到，中国的金融机构积极尝试多种量子保密通信应用。

图表24：量子保密通信在金融业的应用实例

资料来源：国盾量子公司公吿，中金公司研究部

► 电力领域：我国量子保密通信在电力行业的应用部署速度较快。2016年国家电网公司发布应用量子通信技术的相关通知，国家发改委和国家能源局联合发布《能源技术革命创新行动计划（2016~2030年）》，将量子保密通信技术在电力系统的应用作为信息通信战略发展的重点。

图表25：量子保密通信在电力行业的应用实例

资料来源：国盾量子公司公吿，中金公司研究部

► 其他领域：我们认为，随着量子通信技术的发展，其应用领域有望向其他企业及个人应用拓展。如，数据中心内部及交互通信对于安全性也存在较高需求，量子保密通信网络能够支持用户将数据用量子密钥加密后上云，通过本地自主掌握密钥实现自主安全，也能够支持多方共享密钥，实现云上密文共享。

量子精密测量：长于高精度测量，在地质学/矿产勘探/导航等领域应用前景良好

量子精密测量是量子科技三大领域中市场化发展较快的领域。根据信通院，目前量子测量技术的产品方向主要有时间测量、重力测量、磁场测量、量子导航和量子探测成像这五类，具体产品的发展速度各不相同，应用于定位与导航、目标识别与探测、生物医疗、雷达软目标探测等领域。

图表26：量子测量技术的典型应用场景

资料来源：中国信通院《量子信息技术发展与应用研究报吿（2021年）》，中金公司研究部

► 时间测量：目前时间测量方向的产品主要是原子钟和分子钟两类。原子钟为国际时间测量和频率标准提供依据和标准，按照原子跃迁能级谱线对应的频段，原子钟分为微波原子钟和光学原子钟。

► 重力测量：重力传感器通过测量地球表面不同位置的重力加速度和重力梯度来描绘地球内部结构。目前基于冷原子干涉的重力传感器相对趋于成熟，主要分为原子干涉重力仪和原子干涉重力梯度仪两类。

► 磁场测量：2003年，科学家们把具有飞特斯拉（10-15T）量级超高灵敏磁场探测能力的磁场探测器统称为超灵敏原子磁力针。量子磁力针主要是超导量子干涉器件（SQUID）和各类原子磁力针，SQUID商业化较为成熟。

► 量子导航：目前基于传统机械和光学的惯性导航存在误差，为了满足高精度、全领域的导航新需求，量子惯性导航的发展被高度关注和支持。

► 量子探测成像：量子成像探测灵敏度和成像分辨力高于传统相机，与高分辨率成像、非相干成像、恶劣条件下成像等应用场景适配，但目前尚未进入实用化时期。量子探测成像的主要应用为量子雷达。

图表27：量子精密测量产品导图

资料来源：ICV Tank《2022量子精密测量产业发展报吿（2022年）》，中金公司研究部

相关风险

量子计算机硬件发展不及预期。目前量子计算机硬件存在多种技术路线并行的情况，无法兼顾相干时间、扩展性、操控难易度和物理环境等不同方面的需求；同时，量子计量机性能仍存在进一步提高的空间。我们认为，如果量子计算机硬件发展不及预期，量子比特数、相干时间等参数无法实现持续提升，量子计算机的应用前景或将受阻。

应用效率低或成本过高导致量子科技商业应用受阻。行业缺少完整统一的国家标准和行业标准，产品没有规范的接口，量子产品之间、与其他网络产品之间互联互通存在困难；同时，由于技术难度较大等原因，目前相关产品的价格仍维持在较高水平。

中国量子科技水平发展不及预期。量子科技技术研究方兴未艾，目前美国、欧洲等各国家和地区均通过政策法规、专项计划、资金支持等方式积极推动量子科技的发展，我们看好中国科研机构及相关公司在量子科技领域取得的成果，量子通信干线建设、“九章”量子计算机等均体现我国的领先布局，但技术进步仍处于快速迭代发展阶段，行业技术进步的节奏受到政策、科研、市场需求等多方面影响，可能会出现中国量子科技水平不及预期的情况。

[1]https://research.ibm.com/blog/next-wave-quantum-centric-supercomputing

[2]http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm

[3]https://www.cas.cn/cm/202012/t20201207_4769572.shtml

[4]http://www.gov.cn/xinwen/2022-10/25/content_5721685.htm

[5]Assembly and coherent control of a register of nuclear spin qubits | Nature Communications

[6]Ultrafast energy exchange between two single Rydberg atoms on a nanosecond timescale | Nature Photonics

[7]【央视新闻客户端】我国成功组建天地一体化量子通信网络-中国科大新闻网 (ustc.edu.cn)

[8]中国科大成功实现500公里量级现场无中继光纤量子密钥分发 创下现场光纤量子保密通信新的世界纪录-中国科大新闻网 (ustc.edu.cn)

[9]世界首颗量子微纳衞星成功发射-中国科大新闻网 (ustc.edu.cn)

[10]【关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知(发改办高技〔2017〕1891号)】-国家发展和改革委员会 (ndrc.gov.cn)

[11]Zinner, M., Dahlhausen, F., Boehme, P., Ehlers, J., & Fehring, L.. (2021). Quantum computing's potential for drug discovery: early stage industry dynamics. Drug Discovery Today.

本文摘自：2023年2月25日已经发布的《硬科技前沿系列：量子科技，信息产业新变革》，报吿分析师：陈昊 SAC 执证编号：S0080520120009 SFC CE Ref：BQS925；朱镜榆 SAC 执证编号：S0080121070370；彭虎  SAC 执证编号：S0080521020001 SFC CE Ref：BRE806