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量子科技目前已分化为三条成熟度差异极大的赛道。量子通信已经形成国际领先的产业基础设施与专利优势，量子精密测量已进入产品分层落地期，而量子计算仍处于早期技术攻关阶段，各技术路线尚未收敛。

📌 本文看点

（一）量子科技的三分法

2024 年 9 月，世界经济论坛发布《量子技术与社会：实现可持续发展目标的雄心》研究报告，将量子技术归纳为量子计算、量子通信（量子安全）和量子传感三个方面。报告指出，在 2030 年可持续发展目标议程远未完成的情况下，量子技术可能是在最后期限前取得重大进展所需的突破性创新。

三条技术线的产业状态差异显著：

（二）量子计算的原理与现状

量子计算的强大力量建立在量子力学的两大基石之上：干涉与纠缠。干涉原理使量子计算机能够消除不需要的解并增强正确的解；纠缠意味着量子比特的组合状态所包含的信息比各量子比特独立时包含的更多。这两个原理在经典理论中没有对应物，在经典计算机上建模需要耗费指数级资源。IBM 曾举例说明这一特征的量级：要表示一台 100 个量子比特的量子计算机的复杂程度，所需要的经典比特数量比地球上的原子数量还要多。

量子比特可以同时处于无数种状态，即 0 和 1 的叠加态。噪声会导致量子比特失去量子力学特性，因此必须与噪声源隔离——超导量子比特必须被保存在10 到 20 毫开尔文的温度环境中。

量子硬件中的量子比特被称为物理量子比特，理论上足以实现最早的量子优势案例，但要实现量子计算的全部价值，需要转向逻辑量子比特——通过将软件与数百个物理量子比特相结合来实现纠错。实现量子纠错是这十年的关键目标。

（一）量子安全：从2.69亿美元到91亿美元

根据 IQT 研究公司的报告，量子密钥分发（QKD）市场规模将从 2024 年的2.69 亿美元增长至 2029 年的23 亿美元，然后到2033 年增至 91 亿美元。

IQT 认为，QKD 代表着当下极为重要的产品与市场机遇。QKD 与 PQC 相结合，在量子计算机日益能够破解公钥加密的当下，为网络安全提供了一种双管齐下的应对方法；相对成熟的 QKD 技术也为构建未来的量子互联网提供了一条可靠途径。

（二）量子精密测量：七年翻倍以上的稳态增长

ICV TA&K 预计，全球量子精密测量市场将从 2023 年的14.7 亿美元增长到 2035 年的39.0 亿美元，年复合增长率为7.79%。

ICV 同时指出，从 2023 年到 2035 年，不同领域对于量子精密测量的需求逐渐增长，呈现多元化应用场景。低市场规模的应用如网络时频管理、心理健康治疗等，其高精度与高灵敏度带来更精准的数据和解决方案；随着技术成熟，大规模商业化领域也将崛起——航空交通管制雷达、无卫星导航、卫星导航等领域对高精度测量的需求逐渐增大，深海探测、电池改良、智能驾驶等领域的高灵敏度与高精度将成为技术突破的助推器；2023 年至 2030 年之间，量子雷达技术的应用也将逐渐拓展。

（三）量子计算：5到10年内的实质性进展

根据 IBM 和中国信通院的报告总结，量子计算目前还处于早期技术攻关阶段，预计未来5 到 10 年有可能出现实质性进展。已验证的应用探索方向包括：

（一）科研产出：论文与专利的双强格局

根据中国信通院对全球前十位国家论文情况的统计，美国和中国占据前两位，分别为5430 篇和4813 篇，德国、英国和日本紧随其后，发文量分别为 1955 篇、1441 篇和 1421 篇。

篇均被引频次分布则揭示了质量差异：澳大利亚以篇均被引 41 次居首，美国与加拿大均为 38 次，德国和英国同样展现出较高影响力。中国在论文数量上仅次于美国，但篇均被引频次仅为 19 次，表明高水平论文数量仍有待提升。

专利方面，量子计算专利的主要来源国为中国和美国，分别占比39%和28%，日本、欧洲、韩国等国家/地区也有约 5%、3%、2% 的占比。但从企业层面看，根据智慧芽全球专利数据库统计，截至 2023 年年底，全球量子计算发明专利前十的企业中，美国企业占六家，IBM 的专利数排名第一，中国企业仅占一家。根据澳大利亚智库 ASPI 数据，在全球量子计算领域前 10% 高被引论文中，美国企业发表的论文共占 33.9%，中国企业发表的论文共占 15%。

（二）企业生态：欧美聚集度高，中国初创加速

欧美是量子计算企业聚集度和活跃度较高的地区。美国 IBM、谷歌、Intel、微软、亚马逊等大型科技企业凭借公司体量、技术积累与商业能力处于第一梯队；Quantinuum、Rigetti、IonQ、Infleqtion、PsiQuantum、Quantum Computing Inc 等初创企业在各自技术路线上稳步发展。整体来看，上市公司普遍实现营业收入持续增长但均仍处于亏损状态，这是由行业发展存在技术风险、市场认可度有待提升以及营业成本增加等原因共同造成的。

欧洲以初创企业为主，代表企业包括 Pasqal、IQM、OQC、AQT、Oxford Ionics、ORCA Computing、Quandela、Alice & Bob 等，覆盖超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体等多条技术路线的硬件研制、软件开发、云平台建设与应用探索。此外，澳大利亚的 SQC、Quantum Brilliance，加拿大的 Xanadu、D-Wave 等公司也在各自路线上积极推进。

中国方面，腾讯、华为、中国电科等科技企业均布局量子计算方向；中国移动、中国电信等电信运营商近两年加大投资与研究力度，相继推出各自的量子计算云平台；初创企业中国盾量子、本源量子、华翊量子、启科量子、玻色量子、图灵量子、量旋科技、弧光量子、中科酷源、幺正量子等积极推进技术研究与应用探索。

（三）量子通信：中国专利优势显著

根据 QIC（量子科技产学研创新联盟）2024 年 8 月 20 日对国际专利数据库的统计，全球量子通信领域公开的同族专利数量排名前千位的专利申请人中，以科大国盾量子技术股份有限公司为代表的9 家中国机构的专利数量约占前 10 位申请人专利总量的93%。这意味着我国在量子通信领域的创新能力与技术竞争实力突出。

（一）量子计算：五条路线并行，超导关注度最高

量子计算包括五条主流技术路线：超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体。中国信通院将其归纳为两大类：一类是以超导、硅半导体路线为代表的人造粒子路线，在扩展性等方面占据优势，但在逻辑门保真度、量子比特控制等指标提升方面对加工工艺条件的依赖性较高；另一类是以离子阱、中性原子、光量子路线为代表的天然粒子路线，具有比特全同性和高逻辑门精度等优势，但实现更大规模系统会面临困难。

从专利看，超导量子计算路线专利的全球申请量为9380 件，全球授权量为3976 件，在五条技术路线中表现最为突出，表明超导路线长期被业界寄予厚望。从关键指标看，超导路线的比特数量、逻辑门保真度等指标提升迅速；离子阱路线在逻辑门保真度和相干时间上表现突出，但比特数量扩展面临瓶颈；中性原子路线在比特数量、门保真度和相干时间等指标上持续取得进展；光量子路线完成了量子优越性验证，但与硅半导体路线类似，目前在比特数量、逻辑门保真度和相干时间方面尚未显露明显优势。

（二）量子安全：PQC 与 QKD 的双轨结构

量子安全的实现路径包括基于数学的传统路径（PQC）和物理安全路径（QKD）两类。

PQC基于数学原理，代表性方案包括基于哈希的密码、格密码、基于编码理论的密码、多变量密码、超奇异椭圆曲线密码等。但 PQC 的安全性有待长期检验：一方面，对 PQC 的攻击可能来自新的量子破译算法或新的经典密码分析技术；另一方面，由于构造密码过程中引入陷门性等原因，PQC 算法的安全性与它所基于的量子困难问题并不一定等价。已有多个案例印证这一风险——2022 年 2 月，IBM 专家发表论文宣称基于多变量密码（MQ）的 Rainbow 签名算法在其安全等级为 1 的参数下，被一台笔记本电脑用 53 小时运行经典算法成功破解；2022 年 4 月，以色列军方发布技术报告，改进的对偶格攻击方法成功实现了对格密码中 LWE 算法的攻击。

QKD基于量子物理，以量子态为信息载体，利用单量子不可分割、海森堡测不准原理、未知量子态不可复制、量子纠缠的非定域性等原理，具备信息论安全性——即使在攻击者拥有无限强计算资源的情况下也仍然安全。QKD 的功能是实现对称密钥的协商，与对称密码算法结合可实现加解密功能，与一次一密（OTP）结合可实现信息加密的信息论安全性。目前 QKD 方案按量子态载体及调制方式分为离散变量与连续变量两种，其中离散变量方案中的诱骗态 BB84 协议是安全论证成熟、应用最广泛的协议，基于该协议的光纤量子密钥分发设备已实现较大规模商用。

（三）量子精密测量：成熟度分层显著

量子精密测量产业链上游主要包括低温设备、磁体、光源/激光器、探测器等基础材料元器件和支撑系统；中游主要包含各技术方向的系统产品，如量子时钟、量子重力仪、单光子雷达等；下游主要为基础科研、生物医疗、环境勘测等领域的行业应用。

各细分产品的成熟度分层显著：

（四）支撑保障与云平台：被低估的配套环节

量子计算机的运行需要极其苛刻的环境支撑系统以及高精度的测控系统。环境设备包括超大功率稀释制冷机、GM 脉管制冷机、超高真空腔及泵组等。2024 年 Bluefors 推出超紧凑版 LD 稀释制冷系统；我国在稀释制冷机方面也取得突出成果，国盾量子 ezQfridge 稀释制冷机完成交付测试，本源量子推出自研的本源 SL1000 稀释制冷机。

量子计算云平台则解决了软硬件使用门槛高、硬件环境要求严苛、运维成本高昂的问题。中国信通院按后端硬件接入模式将其分为三类：自研设备接入模式（IBM、IonQ、Xanadu、Rigetti、国盾量子、本源量子、北京量子院等）、云服务接入模式（微软、亚马逊、Strangeworks、弧光量子、中国移动、中国电信等）、融合型接入模式（以 IBM 为例，可同时接入自研量子处理器与 Rigetti、Xanadu、AQT、IonQ 等供应商的硬件资源）。

（一）量子通信（量子安全）

中国已形成以 QKD 技术为核心的较为完整的量子保密通信产业链，自上而下分为基础器件、核心量子设备研制、量子应用设备研制、集成及应用技术、建设及运营服务、行业用户六个部分。

（二）量子计算的国际主体

（三）量子计算的中国主体

（四）量子安全基础设施

我国已初步建成国际领先的量子安全密钥基础设施。2022 年，新一代信息基础设施“国家广域量子保密通信骨干网络”全线贯通并通过验收，地面干线总里程超过10000 公里，覆盖京津、长江经济带、粤港澳等国家重要战略区域，并与“墨子号”量子微纳卫星互联，具备全球密钥投送能力。同时，我国在合肥、武汉、上海、北京、南京、成都、重庆等10 多个城市建成量子城域网络并提供服务。

国际上，韩国最大电信运营商 SKT 于 2018 年控股瑞士 QKD 企业 IDQ 后大力发展量子通信网络技术，开展量子通信与 5G 核心网络融合试点，开发了量子随机数芯片及量子安全网关、量子加密手机、量子 VPN 等终端产品；韩国政府于 2020 年招标建设总长 2000 公里、涵盖全国 48 个政府部门的量子密钥分发网络。2021 年，欧盟组织 27 国启动建设“欧洲量子通信基础设施（EuroQCI）”，计划于 2027 年实现全欧范围含可信节点的光纤量子通信网络运行。

对产业投资者：

对金融机构、能源企业与政务单位：

对科研机构与地方政府：

量子科技的真实图景是三条成熟度迥异的技术线并行。量子安全已经具备可测算的市场规模（QKD 到 2033 年 91 亿美元）与国际领先的工程基础（国家广域量子保密通信骨干网络地面干线超 10000 公里、9 家中国机构占全球量子通信前 10 位申请人专利总量约 93%）；量子精密测量已进入产品分层落地期（市场从 2023 年 14.7 亿美元增至 2035 年 39.0 亿美元），其中量子时钟已成熟、量子增强雷达产业化最快；量子计算则仍处早期技术攻关阶段，预计未来 5 到 10 年才可能出现实质性进展，且五条技术路线尚未收敛。冷静的判断是：在量子计算路线收敛之前，产业机会集中在量子安全与量子精密测量，以及稀释制冷机、测控系统等跨路线通用的配套环节；而量子计算真正的价值，在于它一旦成立所带来的算力范式替代。