研判2024！量子计算行业技术路线、行业现状及下游应用格局分析：多种技术路径并进，加速推动新应用场景落地[图]

内容概要：随着量子计算技术的不断演进，以及AI技术等领域的快速发展，量子计算的应用边界被不断拓展，全球量子计算产业规模也呈加速扩容态势。据统计，2023年，全球量子计算产业规模已增至47亿美元，同比增长261.54%，近三年来的年复合增长率高达142.38%。

关键词：量子计算产业链；量子计算机；量子计算市场规模；量子计算应用场景

一、行业概述

量子计算是基于量子力学的独特行为（如叠加、纠缠和量子干扰）的计算模式，基本信息单位为量子比特。在物理学中量子是所有物理特性的最小离散单元，通常指原子或亚原子粒子（如电子、中微子和光子）的属性。量子比特是量子计算中的基本信息单位，在量子计算中发挥的作用与比特在传统计算中发挥的作用相似，但经典比特是二进制、只能存放 0 或 1 位，但量子比特可以存放所有可能状态的叠加。

与传统计算相比，量子计算能够带来更强的并行计算能力和更低的能耗。量子计算通过量子态的受控演化实现数据的存储计算，可以分为数据输入、初态制备、量子逻辑门操作、量子测算和数据输出等步骤，其中量子逻辑门操作是一个幺正变换，这是一个可以人为控制的量子物理演化过程；经典计算机的运算模式为逐步计算，一次运算只能处理一次计算任务，而量子计算为并行计算，可以同时对2^n个数进行数学运算，相当于经典计算重复实施2^n次操作；同时，传统芯片的特征尺寸很小（数纳米）时，量子隧穿效应开始显著，电子受到的束缚减小，使得芯片功能降低、能耗提高，将不可逆操作改造为可逆操作才能提高芯片的集成度，量子计算中的幺正变换属于可逆操作，有利于提升芯片的集成度，进而降低信息处理过程中的能耗。

国外巨头引领量子计算产业发展：2019 年谷歌宣称实现“量子霸权”，首次在实验中证明了量子计算机对于传统架构计算机的优越性，2020年，IBM公司公布量子计算机发展路线图，2021 年实现127量子比特，2022年433量子比特，2023年建造1121量子比特芯片。

与此同时，国内量子计算产业也在政策的支持下快速发展、缩小与海外巨头的差距：2020 年，中国科学技术大学潘建伟等人构建出76个光子100个模式的高斯玻色取样量子计算原型机“九章”，实现了“高斯玻色取样”任务的快速求解；2021 年，中国科学技术大学潘建伟等人构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解，“祖冲之二号”的计算复杂度比谷歌的“悬铃木”提高了6个数量级；2023 年本源量子交付 24 比特超导量子计算机；2024年1月16日我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空 ”上线运行可以一次性下发、执行200个量子线路的计算任务，比国际同类量子计算机具有更大的速度优势。

量子计算产业上游主要包含环境支撑系统、测控系统、各类关键设备组件以及元器件等，是研制量子计算原型机的必要保障，目前由于技术路线未收敛、硬件研制个性化需求多等原因，上游供应链存在碎片化问题，逐一突破攻关存在难度，一定程度上限制了上游企业的发展，国内外情况对比而言，上游企业以欧美居多，部分龙头企业占据较大市场份额，我国部分关键设备和元器件对外依赖程度较高；

产业生态中游主要涉及量子计算原型机和软件，其中原型机是产业生态的核心部分，目前超导、离子阱、光量子、硅半导体和中性原子等技术路线发展较快，其中超导路线备受青睐，离子阱、光量子和中性原子路线获得较多初创企业关注，美国原型机研制与软件研发占据一定优势，我国量子计算硬件企业数量有限且技术路线布局较为单一，集中在超导和离子阱路线，量子计算软件企业存在数量规模较少、创新成果有限、应用探索推动力弱等问题；

产业下游主要涵盖量子计算云平台以及行业应用，处在早期发展阶段，近年来全球已有数十家公司和研究机构推出了不同类型的量子计算云平台积极争夺产业生态地位，目前量子计算领域应用探索已在金融、化工、人工智能、医药、汽车、能源等领域广泛开展，国外量子计算云平台的优势体现在后端硬件性能、软硬件协同程度、商业服务模式等方面。大量欧美行业龙头企业成立量子计算研究团队，与量子企业联合开展应用研究，我国下游行业用户对量子计算重视程度有限，开展应用探索动力仍需提升。

二、产业现状

当前量子计算处在的早期探索阶段，主流方案包含超导、离子阱、光量子、超冷原子、硅基量子点和拓扑等，基本都沿着量子计算优越性——专用量子计算——通用量子计算的路线图发展。从全球主要量子计算整机企业分布看，中美两国占据主导地位，美国20家、中国18家，分别占28%、25%。从技术路线分布看，超导和光量子路径最受关注。2023年全球71家主要量子计算整机企业中，19家为超导量子计算路径，占比27%，其中美国8家，中国5家；其次为光量子计算路径，共计13家，占比为18%，其中中国企业最多，达到4家。

超导量子计算是目前最为成熟的量子计算技术之一。它基于超导电路，通过对超导量子比特进行操控来进行信息的处理。超导量子比特的优势在于其较高的连续性和可扩展性，以及相对较低的失真率。该技术路线已经实现了多量子比特之间的纠缠和量子门操作，为构建实用的量子计算机奠定了基础。然而，超导量子比特对环境的温度和电磁干扰非常敏感，因此需要在极低温和屏蔽良好的环境中进行实验。

光量子计算路径利用光子作为信息的载体，通过量子光学元件实现量子计算过程。光量子计算的关键优势在于光子具有很好的相干性和较低的相互作用，这使得光子在传输过程中不易丢失信息。此外，光量子计算在室温下即可进行，不像超导量子计算需要极低温环境。其技术挑战在于光子的生成、操作和检测等方面，需要高精度的操控技术和设备。

相关报告：智研咨询发布的《中国量子计算行业市场全景调查及未来趋势研判报告》

随着量子计算技术的不断演进，以及AI技术等领域的快速发展，量子计算的应用边界被不断拓展，全球量子计算产业规模也呈加速扩容态势。据统计，2023年，全球量子计算产业规模已增至47亿美元，同比增长261.54%，近三年来的年复合增长率高达142.38%。

中国科学院量子信息与量子科技创新研究院、清华大学量子信息中心等众多高校和科研机构推动了我国量子科技的快速发展，在商业应用层面，我国也涌现了一批像本源量子、量旋科技、图灵量子、启科量子等优秀的初创企业，通过与不同行业头部企业合作，探索量子计算技术在各行各业的创新应用落地。

三、发展趋势

作为一种新兴的计算技术，量子计算在金融、医药、化工等多个领域都显示出了突破性的应用潜力。其中，金融行业是量子计算潜在的重要应用领域，主要由于量子计算技术在资产组合优化、风险分析、市场预测等方面显现出巨大潜能，使得金融领域对量子计算需求的快速上升。例如，2023年法国CIB、Pasqal和Multiverse联合发布量子计算金融应用解决方案的验证结果，减少金融衍生品估值计算所耗算力资源，提升评估速度与准确性等。

此外，在化工领域，量子计算应用探索主要通过模拟化学反应，达到提高效率、降低资源消耗等目的；在生命科学领域，量子计算可以用于评估药物研发的成本、时间、性能等实验值；在交通物流领域，量子计算应用主要聚焦组合优化问题，以更优方案实现路线规划和物流装配，提升效率降低成本。

量子计算机在降低金融风险、发现新药物、新材料、优化化学反应过程等方面均具有重要意义，未来量子计算将加速渗透应用至下游需求市场。根据市场预测，在全球量子计算下游应用占比中，2035年金融领域的市场份额最高，将达到51.9%，较2030年的15.8%实现显著提升。其次为医药和化工领域，分别为20.5%、14.2%。因此，未来随着通用量子计算机的技术进步和专用量子计算机在特定领域的广泛应用，2035年全球量子计算产业总市场规模有望增至8117亿美元。

以上数据及信息可参考智研咨询（www.chyxx.com）发布的《中国量子计算行业市场全景调查及未来趋势研判报告》。智研咨询是中国领先产业咨询机构，提供深度产业研究报告、商业计划书、可行性研究报告及定制服务等一站式产业咨询服务。您可以关注【智研咨询】公众号，每天及时掌握更多行业动态。