本文來自格隆匯專欄：中金研究，作者：陳昊 朱鏡榆 彭虎

量子科技產業發展是通過對微觀粒子系統及其量子態進行觀測及精準操控，利用量子糾纏、量子疊加等物理現象賦能信息產業，當前研究主要聚焦在量子計算、量子通信和量子精密測量三大領域。我們認為，當前全球高度重視量子科技的研究與發展，作為最有前景的前沿技術之一，其未來將影響深遠。

摘要

量子計算優越性實現持續突破，多條硬件路線並行推進。量子計算是通過調控量子信息單元來進行高速計算的新型計算模式，包括超導、離子阱、中性原子、半導體量子點、光量子等多種技術路線，我國在超導和光電子兩個技術路線均實現了量子計算優越性。我們認為，未來隨着硬件層面的技術瓶頸突破及算法/軟件的豐富，量子計算有望率先用於：1）生物製藥、化工、能源材料等領域模擬複雜的化學反應過程及建模；2）在金融資產、物流運輸、航空航天、交通管制等方向提升計算效率，實現營運效率提升；3）賦能加密系統；4）針對人工智能的算法訓練及落地等。

量子通信目前已具初步商用條件，我國積極建設量子保密通信網絡。我國積極推進京滬幹線/武合幹線/北京城域網/合肥城域網等地面量子通信網絡的建設，中國科學技術大學牽頭研製“墨子號”量子通信衞星並實現跨越4,600公里的星地量子密鑰分發。我們認為，網絡信息安全形勢日益嚴峻，隨着標準體系完善及產品集成化發展，我國量子通信網絡或將加速佈局，滿足政府、金融、電力等領域對信息安全的剛性需求。

量子精密測量部分產品成熟，應用前景廣闊。從2019年開始實施新的國際單位定義，國際計量單位7個基本物理量實現“量子化”，標誌着精密測量正式進入量子時代。量子精密測量的產品方向包括時間測量、重力測量、磁場測量、量子導航和量子探測成像，微波原子鐘、電子順磁共振波譜儀等產品相對成熟，時鐘時頻、重力測量領域仍處在實驗室研究階段。我們認為，量子精密測量憑藉高精度的優勢，有望在導航定位、目標探測識別、生物檢測等領域實現產品應用。   

風險

量子計算機硬件發展不及預期，應用效率低或成本過高導致量子科技商業應用受阻，中國量子科技水平發展不及預期。

量子科技高速發展

量子計算/量子通信/量子精密測量成為三大領域

量子科技基於量子力學，通過對微觀粒子系統及其量子態進行觀測及精準操控，利用量子糾纏、量子疊加等物理現象，賦能信息產業，包括量子計算、量子通信和量子精密測量三大領域。量子科技領域創新頻出，中國自主研製的“九章二號”、“祖沖之”等量子計算原型機在量子計算優越性實驗中取得突破性成果，Google推出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，IBM宣佈研製出433量子比特的計算機等[1]。

我國高度重視量子科技的研究與發展，“十四五”規劃中提出了組建一批量子信息國家實驗室，實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目[2]，隨後北京、上海、山東等21個省市在地方“十四五”規劃中都對量子信息領域做出了具體部署與項目支持。同時，我們看到，英國、德國、美國等各國均加速佈局量子科技研發項目並加大資金投入，全球量子科技產業聯盟相繼成立。作為最有前景的前沿技術之一，量子科技成為必爭的前沿領域。

圖表1：全球量子科技產業聯盟

資料來源：中國信通院《2021年量子信息技術發展與應用研究》，中金公司研究部

1# 量子計算

量子計算是一種新型高速計算模式，以量子比特（Qubit）為基本單元，並對量子信息單元進行調控。根據Intel聯合創始人Gordon Moore所提出的摩爾定律，集成電路上可容納的元器件數目每隔18-24個月增加一倍，計算性能也隨之提升一倍。但我們看到，近年來由於芯片製程逐步逼近物理極限，計算性能進一步提升面臨挑戰。從原理角度看，傳統計算機使用二進制進行運算，每個比特（Bit）總是處於0或1的確定狀態；而量子計算機由於量子態疊加原理，每個量子比特在滿足0和1狀態的同時，還存在0和1同時存在的疊加態，使得量子計算機的算力較傳統計算機明顯提升，形成量子優越性（quantum supremacy）。

圖表2：量子比特概念示意圖

資料來源：賽迪顧問，Visure Science，中金公司研究部

量子優越性是指量子計算機在特定問題上超越全球性能最佳的經典計算機。我們看到，近年來量子領域持續取得突破性成果，2019年Google推出53位量子比特的計算機“懸鈴木”，在量子隨機線路採集問題中首次實現量子計算優越性，2020年IBM推出65位比特樣機“蜂鳥”，同年中國科學技術大學成功構建76個光子的“九章”量子計算機，在處理“高斯玻色取樣”的速度比超級計算機“富嶽”快100億倍[3]，並於2021年10月構建升級版“九章二號”，2021年中科大發布超導量子計算機“祖沖之二號”，標誌着我國在超導和光量子兩個技術路線上均實現了量子計算優越性。

量子計算具有經典計算技術難以企及的並行計算能力，未來或將憑藉自身優勢在算力需求較高的特定應用場景發揮作用。我們認為，量子計算能夠在生物製藥/化工/能源材料等量子模擬、金融資產管理/物流運輸/航天航空/交通管制等量子優化、密碼、人工智能等方面發揮作用。

2# 量子通信

量子通信利用量子態作為信息載體進而實現信息交互，典型應用形式包括量子密鑰分發（Quantum Key Distribution, QKD）和量子隱形傳態（Quantum Teleportation, QT）。

► 量子密鑰分發QKD：利用量子物理原理，實現遠程密鑰交換/協商並保障密鑰交換的安全性。QKD系統包括量子信道和經過認證的經典信道，通過量子信道分發通信密鑰，發送方利用密鑰將信息加密為密文，通過經典信道進行密文傳遞，接收方則進行密文解密。與傳統密碼技術不同，量子密鑰分發技術的優勢在於其具有理論的完備證明，可以抵抗量子計算和非量子計算破譯威脅。

► 量子隱形傳態QT：QT可以在不移動量子信息的物理載體的情況下，基於量子糾纏態的分發與量子聯合測量來實現量子信息的空間轉移，但QT目前處於研發階段。

圖表3：量子密鑰分發技術原理

資料來源：國盾量子招股説明書，中金公司研究部

隨着量子信息技術的發展和量子通信網絡的不斷演進，量子通信的相關應用前景廣闊。我們認為，密碼是網絡安全的核心技術，也是滿足大量下游信息安全行業對於重要數據保護的剛需，量子通信未來有利於保障金融等重要領域的信息安全。

圖表4：量子通信應用發展趨勢

資料來源：國盾量子招股説明書，中金公司研究部

3# 量子精密測量

量子精密測量通過控制信號將量子體系調控到特定的初始化狀態，在與待測物理量相互作用後，量子體系的量子態發生變化，通過測量量子態的變化轉化得到待測物理量的測量值。量子精密測量相較於傳統的測量技術在精度、效率和準確性方面具備優勢。

圖表5：量子精密測量過程示意圖

資料來源：ICV Tank、光子盒研究院《2022全球量子精密測量產業發展報吿》，中金公司研究部

量子精密測量技術可以加速相關領域應用發展的關鍵性能指標，其在各個學科和領域都將擁有廣泛應用場景。量子精密測量的實用化產品是量子傳感器，主要涉及時間測量、重力測量、磁場測量和探測成像，應用場景包括量子目標識別與探測、定位導航、防務裝備和生物醫療等新型應用場景。

圖表6：量子傳感器主要技術體系

資料來源：ICV Tank《2022全球量子精密測量產業發展報吿》，中金公司研究部

量子科技行至何處？

量子計算：多種硬件技術路線並存，計算性能持續提升

隨着微觀粒子的探索從“探測時代”向“調控時代”邁進，對量子計算的認知也由早期的概念設想逐步轉向應用驗證，自2019年Google“懸鈴木”實現量子計算優越性，各國的量子計算研究加速，2020年以來量子計算邁入技術應用驗證和研製躍升期。

圖表7：量子計算髮展歷程圖

資料來源：賽迪顧問《2021量子計算技術創新與趨勢展望》，中金公司研究部

多種硬件技術路線並存尚未收斂，量子計算性能持續提升

由於量子計算的發展近年來剛剛進入快車道， 量子計算處理器仍處於多種技術路線並行發展和開放競爭狀態，尚未呈現技術路線融合趨勢。量子計算處理器是操作和測量量子比特的物理載體，由於實現量子比特二能級體系和製備操控方案不同，量子計算處理器目前存在超導、離子阱、中性原子、半導體量子點、光量子、金剛NV色心和量子拓撲計算等多種技術路線，其中超導、半導體量子點為電學路線，也稱固態器件路線，傳統大企業多專注於這一方向，如Google及IBM；離子阱、光量子為光學路線，多應用於科研單位。

► 超導量子計算：目前相對成熟的一種固定量子計算實現方法，優勢在於能夠1）電路的定製化可控性較強，超導量子電路的能級結構可以通過外加電磁場進行干預和調控，2）電路設計/製備/ 測量與集成電路技術兼容；但仍存在超低温物理換進高要求苛刻且比特相關時間短的問題。

► 光量子計算：以光子的偏振或其他參數作為量子比特，優勢在於光子與外部環境相互作用微弱，可在室温環境下工作，且相干時間長，但同時光子之間的相互作用微弱，兩量子比特之間的邏輯門操作存在困難。

圖表8：量子計算機的主流技術路線

資料來源：中國計算機協會青年計算機科技論壇《量子計算機離我們還有多遠？》，ICV Tank《2022全球量子計算產業發展報吿》，量子位，賽迪智庫《量子計算髮展白皮書（2019年）》，中金公司研究部

現存技術路線均各有優劣，無法兼顧相干時間、擴展性、操控難易度和物理環境等不同方面，當下的量子計算機在性能上仍有需要繼續完善的空間。我們看到，超導體系的量子比特規模被不斷刷新，離子阱、光量子、中性量子等其他技術路線也在相干時間和擴展性等決定量子計算機性能的問題上有所突破。我們認為，多種硬件技術路線並存的局面仍將持續存在，隨着關鍵技術問題的不斷突破，量子計算性能仍存在大幅提高的空間。

圖表9：不同技術路線的量子計算髮展趨勢

資料來源：中國信通院《2021年量子信息技術發展與應用研究》，中金公司研究部

各國大力支持量子計算，中國企業挺進第一梯隊

量子計算受到各國高度重視，在將量子計算領域的研發作為國家戰略的同時，給予大力的政策和資金支持，力爭搶佔新興信息技術制高點。美國是較早佈局量子計算的國家之一，2002年即發佈了《量子信息科學與技術規劃》，並於2014年設立了量子信息和計算機科學聯合中心（QulCS），2018年通過《國家量子行動法案》，旨在推動美國量子計算相關產業發展，此外，2021年美國與英國、澳大利亞聯合發佈《關於量子信息科學和技術合作的聯合聲明》，加強跨國的資金及技術合作。同時，其他國家和地區也發佈了量子計算領域的發展規劃。

圖表10：全球量子計算髮展相關政策

資料來源：美國國家標準與技術研究院（NIST），美國陸軍研究實驗室（ARL），美國國家科學與技術委員會（NSTC），美國能源部（DOE），英國NQTP官網，歐盟委員會，英國政府科學辦公室，Nature官網，國盾量子公司公吿，國盾量子公眾號，中金公司研究部

我國積極推動量子計算的發展，支持技術研發及產業化落地。1984年，中國科學院院士郭光燦主持召開了中國第一個量子光學學術會議，並於2001年獲得我國首個量子信息技術“973”項目，我國量子科技自此進入加速發展的通道。2015年發佈的《中國製造2025》提出積極推動量子計算的發展；2016年，“十三五”規劃將量子計算機列為重大科技項目之一；2021年“十四五”規劃發佈，提及加快佈局量子計算、量子通信等前沿科技技術等規劃，各地紛紛加強對量子計算的政策支持；在二十大會議上，習近平總書記反覆提及要戰略性地發展量子計算等核心技術，量子計算技術的戰略地位凸顯[4]。

圖表11：中國量子計算髮展相關政策

資料來源：國務院，科學技術部，濟南市人民政府，工信部，中國信息協會量子信息分會公眾號，中金公司研究部

企業層面，大型科技公司如Google、IBM、Microsoft等均在積極推進併發布了量子路線圖；初創公司也取得相應成就。我國的各大高校和機構近年來成績突出，進入全球量子計算領域研究的第一梯隊。

硬件層面的技術瓶頸有待突破，量子算法及相關軟件亟需豐富

我們看到，量子計算沿多種技術路線持續實現突破，但技術及應用場景尚未成熟。在硬件層面，量子計算存在多種可選技術路線，但目前尚未出現一種體系能夠實現量子計算機實用化，大規模應用仍面臨相干時間、運行環境等多方面挑戰。

► 量子計算機對運行環境的要求苛刻：由於量子計算機中量子的相干疊加態及計算結果的穩定性容易受到光、熱等外界環境的影響，量子芯片的工作温度僅比絕對零度高出0.01攝氏度，即約-270.42攝氏度，滿足嚴格工作環境的難度及高昂成本阻礙了量子計算機的商業化、規模化應用。

► 相干時間仍然較短：量子相干性是指量子態在與環境相互作用的情況下，保持糾纏、疊加等性質，量子計算機容易因外界環境的影響而產生退相干，延長相干時間即延長量子資源的可利用時間。由於目前量子計算技術路線不統一，各種技術路線的計算機相干時間發展情況也不一致。2022年5月，Atom Computing公司在Nature期刊發表名為《核自旋量子比特寄存器的組裝和相干控制》的論文[5]，報吿了在其中性原子量子計算機Phoenix上實現的相干時間最新記錄，實驗中Phoenix的相干時間T2為40±7秒。

► 運算操作時間較長：可靠的量子計算結果要求量子門的運算操作時間遠小於相干時間。2022年8月，日本國家自然科學研究所（NINS）發表論文[6]，表示其實現了操作時間為6.5納秒的雙量子比特門。考慮糾錯所需要的時間，在相干時間能夠進行的量子門操作次數仍較少。

在量子算法層面，算法與芯片具有適配關係，具有實用價值的量子算法仍需豐富完善。芯片和算法之間需要具有適配關係，以CPU為例， 由於內部結構較為複雜，具有強大的邏輯判斷和通用性能，CPU可以處理各種不同類型的數據，尤其是擅長串行運算，但在執行計算密集型算法時效率不高；GPU具有較多的計算單元，在並行運算中的計算效率高於 CPU。目前成熟的量子算法較少（包括用於分解質因數的Shor量子算法、用於無序數據庫收縮的Grover量子算法），且目前的量子算法一般固化於專用的量子計算設備中，改變量子算法需要重新對量子計算設備進行設計。我們認為，量子計算實用價值的提升要求契合量子計算機硬件特性的算法體系進一步豐富，同時，量子計算機程序設計語言將成為通用量子計算機算法實現過程中的必要系統軟件。

量子通信：初步具備商用條件，我國率先大規模部署量子保密通信網絡

我國率先進入量子保密通信廣域網階段，量子保密通信網絡加速建設

由於量子通信的發展與國家信息安全與戰略緊密相連，各國高度重視，我國近年來加速量子通信網絡建設，已成功挺進世界第一梯隊。

2016年，隨着“墨子號”量子衞星發射，中國成功實現量子通信研究的領跑；2017年我國完成量子保密通信“京滬幹線”的建設，並與“墨子號”試驗衞星成功對接，邁入廣域量子通信網絡發展階段。

2021年1月，中國科技大學宣佈[7]實現了跨越4,600公里的星地量子密鑰分發，標誌着我國構建了全球首個星地量子通信網，為未來實現覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了科學與技術基礎；同年6月，中國科大公佈[8]其潘建偉團隊創造出500公里量級現場無中繼光纖量子密鑰分發世界紀錄，又一次鞏固了我國在量子通信這一領域的世界地位；2022 年 7 月我國發射的“濟南一號”量子微納衞星[9]，在世界上首次實現了基於微納衞星和小型化地面站之間的實時星地量子密鑰分發，為構建低成本、實用化的天地一體化量子保密通信網絡奠定基礎，有利於進一步普及量子衞星地面站規模。

圖表12：量子保密通信發展階段與特點

資料來源：國盾量子招股説明書，中金公司研究部

我國率先部署大規模量子保密通信網絡，積極推進國家廣域量子保密通信骨幹網的建設。2017年，國家發改委[10]已明確提出將重點支持建設國家廣域量子保密通信骨幹網絡建設一期工程。目前北京、武漢、海口等城市均已相繼建成城域網併成功投入使用。各城市之間也在規劃建設量子保密通信線路，如“齊魯幹線”、“成渝幹線”、“京滬幹線”等，支撐城市間的安全信息傳輸需求。

圖表13：中國量子保密通信網絡建設情況

注：數據截至2022年底 資料來源：國盾量子公司公吿，國盾量子公眾號，光電通信網，福州新聞網，河南省人民政府官網，重慶市人民政府官網，光子盒，中金公司研究部

我們看到，歐盟各國、英美和日韓等國家均參與建設量子保密通信網絡，為國家教育、安全等重要領域提供安全保障，部分國家之間達成合作，促進國家之間的安全信息通信路徑。

圖表14：各國和地區量子通信網絡建設項目

注：數據截至2022年底 資料來源：國盾量子招股書，國盾量子2021年報，國盾量子公眾號，中金公司研究部

量子通信的產業鏈形態基本形成，ID Quantique、KETS Quantum、國盾量子、天問量子、九州量子等量子通信核心設備廠商構築量子通信基石。

圖表15：量子通信產業鏈

資料來源：中國通信標準協會《量子保密通信技術白皮書（2018年）》，中金公司研究

規模應用仍面臨成本/性能等多方面挑戰

儘管量子通信近些年發展迅速，大量相關產品開始在政務、金融等行業部署和應用，但受限於成本、性能等因素應用受限。

► 標準化體系仍待完善：量子通信產業的發展使得大量相關產品開始在各個行業部署與應用。但由於行業缺少完整統一的國家標準和行業標準，產品沒有規範的接口，量子產品之間、與其他網絡產品之間互聯互通存在困難。我們看到，國內外標準化組織積極開展QKD相關的標準工作，我國也深度參與標準化體系的建設工作，ISO/IEC正在基於中國量子保密通信“京滬幹線”編制國際標準《QKD安全要求、測試與評估方法》，國盾量子等中國企業在其中發揮重要作用。我們認為，隨着量子保密通信產業鏈完善及標準化體系建立，通信網絡間的互聯互通將進一步提升，有望助推量子通信產業發展。

► 成本問題：相比傳統保密通信技術，量子保密通信由於技術複雜度及成熟度等差異，部署成本相對較高，不利於產品的廣泛推廣。我們認為，光芯片集成等技術的不斷進步或將推動量子保密通信系統成本的下降，由此帶來企業及個人用户接入量提升，分攤後的單用户接入成本將進一步下降。

► 量子產品集成化：目前量子保密通信設備是由光源模塊、編碼調製模塊、探測模塊、數據分析與處理模塊等一系列模塊組成的複雜系統，體積、能耗較高，產品部署場景單一。我們認為，光電一體化、集成電路等技術發展有望實現分離模塊集成為芯片，實現量子通信設備的小型化、集成化，帶動量子通信設備的規模部署。

量子精密測量：原子鐘等產品成熟，產業鏈相對清晰

隨着人們對量子態進行操控和測量的能力不斷提升，2018年第26屆國際計量大會正式通過決議，從2019年開始實施新的國際單位定義，國際計量單位7個基本物理量實現“量子化”，標誌着精密測量正式進入量子時代。

圖表16：量子精密測量重要發展節點

資料來源：ICV Tank《2022全球量子精密測量產業發展報吿》，中金公司研究部

量子精密測量作為市場化進展較快的量子科技領域，世界多個國家和地區紛紛將發展量子精密測量加入到國家戰略計劃。目前，參與的國家以北美洲、歐洲和亞洲等主要國家為主，我國多次在政府文件中提到加強量子精密測量的技術突破。

圖表17：我國量子測算領域相關政策

資料來源：國務院，科技部，市場監管局，中金公司研究部

量子精密測量領域的產品和技術種類繁多，產業生態仍處於建設發展階段。量子精密測量產業生態較為清晰，已形成了以微波原子鐘、電子順磁共振波譜儀等為代表的成熟產品，但部分產品仍處於逐步商業化的過程中。多個國家及地區佈局各量子精密測量應用領域，我國在精密測量領域處在世界領先地位，其中時鐘時頻、重力測量領域仍處在實驗室研究階段，尚未開發出商業化產品。

► 量子時鐘時頻：高精度時頻服務系統是國家發展戰略資源。量子時鐘時頻方面現在逐漸成熟化的產品包括各類微波原子鐘、微波芯片級原子鐘和時頻同步類產品。原子鐘能夠給出高測量精度的頻率和時間標準，促進了新物理的發現和科學技術的進步。其他產品如光鍾和芯片級分子鐘等處於商業化過程中。

► 量子磁測量：目前商業化較為成熟的產品有SQUID磁力針（腦磁、心磁、生物磁），其中OPM商業化進入初期階段。未來量子磁測量產品將延伸到地理地質、生物醫藥等新領域。

► 量子重力測量：量子重力測量的主要產品是冷原子干涉重力儀、冷原子陀螺儀和加速度計。由於這一領域當前成熟的公司較少，尚未有較為成熟的產品。

► 量子科研和工業儀器：AFM和EPR/ESR都是科學儀器設備較為成熟的商業化產品，服務於生物醫藥、材料納米技術等領域。其中，AFM（原子力顯微鏡）通過檢測原子間相互作用力，進而獲得納米顆粒的相關信息，能夠以原子級分辨率生成具有埃量級高精度信息的圖像；EPR（電子順磁共振）可檢測物質中的未配對電子，並探索其周圍環境的結構特性。目前量子科學儀器供應商較多，中國的國儀量子公司是較為成熟的供應商之一。

圖表18：量子精密測量的產業鏈

資料來源：光子盒《2022量子精密測量產業發展報吿》，中金公司研究部

圖表19：量子精密測量中游主要參與者分佈

資料來源：ICV Tank《2022全球量子精密測量產業發展報吿》，自然資源部官網，中金公司研究部

量子科技未來的應用前景及意義

量子計算：具備強計算能力，在人工智能/金融/製藥等領域具備應用潛力

雖然量子計算在全球仍處於實用化應用場景探索時期，但量子計算具備強計算能力，潛在應用場景豐富。量子計算機由於體積較大且運行環境嚴苛，目前的應用主要是通過雲平台提供服務。我們認為，隨着各國在量子優越性上不斷取得突破，量子計算機有望滿足AI訓練落地等高算力需求，在模擬、優化、密碼等應用場景中發揮作用。

► 量子模擬—生物製藥、化工、能源材料

傳統計算機在化學反應過程的模擬和分析中難以應對複雜的變量和建模，量子計算機在生物製藥、化工材料、能源材料等領域具備廣闊的潛在應用空間，有望幫助研究人員模擬分析大型分子性狀，提升理論驗證效率。

以生物醫藥領域為例，藥物研發的前、中、後期都需要大量數據計算以支撐分子性質模擬。IBM 在2017年使用量子計算機成功模擬氫化鈹；IonQ 在2018年使用量子計算成功模擬水分子；Google 在 2020 年使用量子計算機成功模擬二氮烯，並對其化學反應進行模擬；針對製藥領域的研究顯示，在全球前列的21家制藥公司中，17家有公開的量子計算活動，在大約260家量子計算初創公司中，有38家試圖解決製藥問題[11]。

目前量子計算能夠模擬的分子依然較小，蛋白質、核酸、多糖等典型的生物大分子通常包含幾千到幾十萬個原子，是目前能夠模擬的簡單分子的原子個數的幾千到幾十萬倍。我們認為，隨着量子計算機硬件和模擬軟件的完善，未來有望沿着從小分子到大分子、從無機物到有機物的方向最終實現對複雜分子層面的模擬。

圖表20：量子計算與製藥的參與方

注：數據截至2019年底 資料來源：Quantum computing's potential for drug discovery: early stage industry dynamics，Drug Discovery Today（2021），中金公司研究部

► 量子優化——金融資產管理、物流運輸、航空航天、交通管制等

優化是使用量子算法來確定一組可行選項中的最優解，量子計算能大幅提升計算效率，從而在物流運輸、航空航天、交通管制、金融資產管理等領域實現運營效率提升、成本縮減並減少碳排放。

以金融領域為例，我們認為，量子計算通過解決複雜的優化問題，有望消除數據盲點，開展風險預測，輔助資產定價並挖掘最佳投資組合。2020年7月，AlgoDynamix宣佈使用量子退火算法提供用於財務行為分析的預測服務；2021年2月，本源量子與建信金科聯合推出國內首批量子期權定價應用和量子VaR值計算應用；2022年，新華財經聯合本源量子共同發佈量子金融應用，提供量子期權定價、VaR值應用、投資組合優化等應用。

► 密碼：量子計算是現有網絡安全的“潛在”威脅者，Shor 量子算法已從理論上證明能夠對大數進行高效率質因數分解，威脅現有 RSA 等加密算法。我們認為，量子計算將挑戰傳統的加密算法並支持更強大的加密系統出現。

圖表21：Shor算法和經典算法破解RSA耗時對比

資料來源：本源量子官網，中金公司研究部

► 人工智能：量子計算機具備強大的計算能力，支持人工智能算法的高效訓練及應用落地。2021年，本源量子發佈的量子人工智能應用QGAN展示了，在人像修復領域量子計算機相較於傳統計算機擁有速度及空間優勢。

量子通信：在傳輸保密方面具備優越性，有望滿足政務/金融/電力等信息安全剛性需求

量子保密通信技術在抵抗計算破解上具備更高的安全性。非量子保密通信主要是基於數學算法，利用密碼技術實現加密通信，但廣泛使用的公鑰密碼所依賴的因子分解和離散對數問題，可以被Shor量子計算算法破解；量子保密通信技術因基於物理機制，具有可證明的抵抗量子計算和非量子計算破譯威脅的能力。

圖表22：量子保密通信與非量子保密通信對比

資料來源：國盾量子招股説明書，中金公司研究部

下游行業和領域對信息安全剛性需求有力地支撐量子保密通信行業發展。短期來看，由於量子保密通信網絡接入成本較高，還未廣泛推廣到各類企業及個人，應用主要集中在利用QKD鏈路加密的數據中心防護，並延伸到政務、特種領域等安全應用。我們認為，隨着國家和地方政府相關政策的推動、QKD組網技術的成熟以及終端設備趨於小型化、移動化，量子保密通信網絡有望拓展到一般企業與個人，保障着我國重要信息和敏感數據的安全問題。

► 政務方面：我國政務辦公網絡由外網和內網兩套物理隔離的網絡組成，具有不同的功能，承載不同的內容，均需要嚴格的信息加密保護。中國通信標準化協會（CCSA）發佈的《量子保密通信技術白皮書》指出量子保密通信可用於保護政企專網基礎設施及其服務的安全性。依託量子密鑰分發技術在城域網、局域網形成的整套解決方案為政務相關業務提供實時量子密鑰加密保障，滿足政務網各站點之間信息加密強烈需求。

圖表23：量子保密通信應用於政務領域

資料來源：國盾量子官網，中金公司研究部

► 金融領域：銀行、證券、保險等金融機構，所涉及的用户數據、業務信息具有高度敏感性，對安全加密也存在較高需求。2017 年，中國人民銀行將量子通信作為重點新興技術寫入《中國金融業信息技術“十三五”發展規劃》，其中提到持續跟蹤量子通信技術發展，適時開展量子通信在金融業的應用。我們看到，中國的金融機構積極嘗試多種量子保密通信應用。

圖表24：量子保密通信在金融業的應用實例

資料來源：國盾量子公司公吿，中金公司研究部

► 電力領域：我國量子保密通信在電力行業的應用部署速度較快。2016年國家電網公司發佈應用量子通信技術的相關通知，國家發改委和國家能源局聯合發佈《能源技術革命創新行動計劃（2016~2030年）》，將量子保密通信技術在電力系統的應用作為信息通信戰略發展的重點。

圖表25：量子保密通信在電力行業的應用實例

資料來源：國盾量子公司公吿，中金公司研究部

► 其他領域：我們認為，隨着量子通信技術的發展，其應用領域有望向其他企業及個人應用拓展。如，數據中心內部及交互通信對於安全性也存在較高需求，量子保密通信網絡能夠支持用户將數據用量子密鑰加密後上雲，通過本地自主掌握密鑰實現自主安全，也能夠支持多方共享密鑰，實現雲上密文共享。

量子精密測量：長於高精度測量，在地質學/礦產勘探/導航等領域應用前景良好

量子精密測量是量子科技三大領域中市場化發展較快的領域。根據信通院，目前量子測量技術的產品方向主要有時間測量、重力測量、磁場測量、量子導航和量子探測成像這五類，具體產品的發展速度各不相同，應用於定位與導航、目標識別與探測、生物醫療、雷達軟目標探測等領域。

圖表26：量子測量技術的典型應用場景

資料來源：中國信通院《量子信息技術發展與應用研究報吿（2021年）》，中金公司研究部

► 時間測量：目前時間測量方向的產品主要是原子鐘和分子鐘兩類。原子鐘為國際時間測量和頻率標準提供依據和標準，按照原子躍遷能級譜線對應的頻段，原子鐘分為微波原子鐘和光學原子鐘。

► 重力測量：重力傳感器通過測量地球表面不同位置的重力加速度和重力梯度來描繪地球內部結構。目前基於冷原子干涉的重力傳感器相對趨於成熟，主要分為原子干涉重力儀和原子干涉重力梯度儀兩類。

► 磁場測量：2003年，科學家們把具有飛特斯拉（10-15T）量級超高靈敏磁場探測能力的磁場探測器統稱為超靈敏原子磁力針。量子磁力針主要是超導量子干涉器件（SQUID）和各類原子磁力針，SQUID商業化較為成熟。

► 量子導航：目前基於傳統機械和光學的慣性導航存在誤差，為了滿足高精度、全領域的導航新需求，量子慣性導航的發展被高度關注和支持。

► 量子探測成像：量子成像探測靈敏度和成像分辨力高於傳統相機，與高分辨率成像、非相干成像、惡劣條件下成像等應用場景適配，但目前尚未進入實用化時期。量子探測成像的主要應用為量子雷達。

圖表27：量子精密測量產品導圖

資料來源：ICV Tank《2022量子精密測量產業發展報吿（2022年）》，中金公司研究部

相關風險

量子計算機硬件發展不及預期。目前量子計算機硬件存在多種技術路線並行的情況，無法兼顧相干時間、擴展性、操控難易度和物理環境等不同方面的需求；同時，量子計量機性能仍存在進一步提高的空間。我們認為，如果量子計算機硬件發展不及預期，量子比特數、相干時間等參數無法實現持續提升，量子計算機的應用前景或將受阻。

應用效率低或成本過高導致量子科技商業應用受阻。行業缺少完整統一的國家標準和行業標準，產品沒有規範的接口，量子產品之間、與其他網絡產品之間互聯互通存在困難；同時，由於技術難度較大等原因，目前相關產品的價格仍維持在較高水平。

中國量子科技水平發展不及預期。量子科技技術研究方興未艾，目前美國、歐洲等各國家和地區均通過政策法規、專項計劃、資金支持等方式積極推動量子科技的發展，我們看好中國科研機構及相關公司在量子科技領域取得的成果，量子通信幹線建設、“九章”量子計算機等均體現我國的領先佈局，但技術進步仍處於快速迭代發展階段，行業技術進步的節奏受到政策、科研、市場需求等多方面影響，可能會出現中國量子科技水平不及預期的情況。

[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]【央視新聞客户端】我國成功組建天地一體化量子通信網絡-中國科大新聞網 (ustc.edu.cn)

[8]中國科大成功實現500公里量級現場無中繼光纖量子密鑰分發 創下現場光纖量子保密通信新的世界紀錄-中國科大新聞網 (ustc.edu.cn)

[9]世界首顆量子微納衞星成功發射-中國科大新聞網 (ustc.edu.cn)

[10]【關於組織實施2018年新一代信息基礎設施建設工程的通知(發改辦高技〔2017〕1891號)】-國家發展和改革委員會 (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日已經發布的《硬科技前沿系列：量子科技，信息產業新變革》，報吿分析師：陳昊 SAC 執證編號：S0080520120009 SFC CE Ref：BQS925；朱鏡榆 SAC 執證編號：S0080121070370；彭虎  SAC 執證編號：S0080521020001 SFC CE Ref：BRE806