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1、1中 泰 证 券 研 究 所专 业 领 先 深 度 诚 信证券研究报告2 0 2 4.4.2 8解读新质生产力量子计算：打破传统范式，通用计算应用可期分析师：闻学臣执业证书编号：S0740519090007Email：联系人：王雪晴Email：分析师：苏仪执业证书编号：S0740520060001Email：联系人：刘一哲Email：分析师：何柄谕执业证书编号：S0740519090003Email：2 量子计算作为量子信息技术产业的核心环节，是催生新质生产力的重要战略方向量子计算作为量子信息技术产业的核心环节，是催生新质生产力的重要战略方向。量子具有反直觉的叠加和纠缠等特性，在制备成量子比特

2、后，能够大量存储信息并支持量子计算机进行高速的并行化计算。量子计算在部分问题中表现出“量子霸权”，解决问题的速度远超经典计算，是催生新质生产力的重要战略方向。当下量子计算的硬件技术路径尚未收敛，超导、离子阱、光量子等方式各有优缺点，但距实现大规模可容错通用量子当下量子计算的硬件技术路径尚未收敛，超导、离子阱、光量子等方式各有优缺点，但距实现大规模可容错通用量子计算都还有较大差距计算都还有较大差距。未来随量子计算机的技术逐渐成熟和成本大幅降低，产业应用将全面加速。预计产业2034-2040年能够研制出可纠错通用量子计算机，并在2040年之后进入全面容错量子计算（FTQC）时代，各领域有望实现大规

3、模计算力突破。量子产业与传统科学领域广泛交叉，产业链规模持续扩张。量子产业与传统科学领域广泛交叉，产业链规模持续扩张。量子产业赛道规模在2035年有望达到八千亿美元，产业链玩家规模逐渐扩张，玩家持续增多。从下游应用看，量子计算与金融、医药、化学、人工智能、密码学等多领域均可交叉应用。产业链中海外可关注依托自身传统云计算业务，与产业公司或科研机构联合推出量子计算服务的云厂商；国内可关注在量子设备制造及抗量子密码开发和安全应用领域的产业玩家。投资建议：建议关注国盾量子、三未信安、信安世纪、神州信息等；投资建议：建议关注国盾量子、三未信安、信安世纪、神州信息等；风险提示：技术落地不及预期、市场不及预

4、期、竞争加剧、政策风险、报告信息更新不及时等。风险提示：技术落地不及预期、市场不及预期、竞争加剧、政策风险、报告信息更新不及时等。核心观点及投资建议核心观点及投资建议ZYuZuWoWjWfYkYpOqR6M9RbRnPoOpNrNlOrRnRlOpMmMbRpOrPxNrRnPuOmRsR3CONTENTS目录CCONTENTS专 业 领 先 深 度 诚 信专 业 领 先 深 度 诚 信中 泰 证 券 研 究 所中 泰 证 券 研 究 所1量子计算：打破传统范式，量子优越性有望带来计算突破4图表：部分主要国家量子信息战略规划及投资概况（2019-2023年10月）资料来源：信通院，中泰证券研究

5、所 量子信息技术是构建新质生产力推动高质量发展的重要方向。量子信息技术是构建新质生产力推动高质量发展的重要方向。全球主要国家在此领域基本都进行了战略布局。我国在“十四五”规划中就提出“瞄准人工智能、量子信息、集成电路、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目”，其中就将量子信息列为与人工智能、集成电路等同等重要的技术。2024政府工作报告也提出，“积极培育新兴产业和未来产业，制定未来产业政府工作报告也提出，“积极培育新兴产业和未来产业，制定未来产业发展规划，开辟量子技术新赛道”。发展规划，开辟量子技术新赛道”。1.1.1

6、量子信息技术催生新质生产力，各国纷纷进行战略布局量子信息技术催生新质生产力，各国纷纷进行战略布局时间战略规划/法案国家/地区投资规模（美元）2019量子技术发展国家计划荷兰7年投资约7.4亿国家量子技术计划以色列5年投资约3.3亿国家量子行动计划俄罗斯5年投资约5.3亿2020国家量子技术投资计划法国投资约19.6亿2021量子系统研究计划德国5年投资约21.7亿2022国家量子计算平台法国投资约1.85亿芯片与科学法案美国4个量子项目1.53亿/年2023国家量子战略加拿大投资约2.7亿国家量子战略（NQS）英国10年投资31.8亿国家量子战略澳大利亚投资约6.4亿国家量子技术战略丹麦5年投

7、资约1亿量子科技发展战略韩国2035年前投资17.9亿国家量子任务印度2030年前投资7.2一年5图表：量子信息三大领域概况资料来源：量子信息领域的国家战略布局与研发态势分析，中泰证券研究所 量子信息领域主要包括量子计算、量子通信和量子测量三个主要领域，其中量子计算是最先可能突破的赛道。量子信息领域主要包括量子计算、量子通信和量子测量三个主要领域，其中量子计算是最先可能突破的赛道。量子计算是一种新型计算模式，具有量子优越性，目标是实现通用可编程的量子计算机，目前正处于技术验证和应用探索阶段；量子通信利用量子态传递信息，涉及量子密码调制、远程传态和密集编码等技术，典型应用包括量子密钥分发和隐形传

8、态，可量子计算融合形成量子通信网络。量子测量利用磁、光与原子的相互作用进行超高精度和高灵敏度测量，突破经典测量极限。实现量子测量的量子传感器应用场景广泛，但商业化和产业化仍处初级阶段。1.1.2 量子信息技术包含计算、通信和测量三大领域量子信息技术包含计算、通信和测量三大领域概念释义功能特点应用场景典型研发产品量子计算遵循量子力学规律来调控量子信息单元进行计算的新型计算模式能够实现0和1同时存在的计算状态叠加，具有远超传统计算的强大并行计算和模拟能力在生物制药、材料研发、分子化学、资源勘探等领域，通过量子处理器来模拟量子系统运行状态；在人工智能、量化金融、密码解析、交通优化等大规模计算领域，加

9、速机器学习和大数据处理能力等D-Wave 量子退火机、“悬铃木”量子计算机、光量子计算原型机“九章”与“九章二号”、超导量子计算原型机“祖冲之”与“祖冲之二号”量子通信利用量子力学原理，通过移动量子态来实现信号、信息和量子态的转移和传输利用量子叠加态或量子纠缠效应等进行信息的编码或密钥的安全传输主要是量子密钥分发和量子隐形传态技术的应用，提供军事国防、国家政务、金融交易，互联网云服务，电力系统等领域的信息安全保障服务美国量子通信网络、欧盟光纤 QT实验网络、东京高速量子通信网络、中国科学实验卫星“墨子号”、微纳量子卫星“济南一号”、保密通信骨干线路“京沪干线”量子测量基于量子体系纠缠、压缩、高

10、阶关联等特性，实现对量子态的操控和测量量子测量的精度更高、探测距离更远、测量设备体积更小、测量手段和维度更丰富集中于量子时频同步、量子重力测量、量子磁场测量、量子定位导航、量子目标识别等五大领域，覆盖军事国防、航空航天、生物医疗、能源勘探、交通运输、灾害预警等行业时钟源、原子干涉磁力仪、量子干涉器件磁力计、原子干涉加速度计、原子干涉陀螺仪、原子干涉重力仪、原子干涉重力梯度仪、量子雷达6图表：量子力学诞生的经典实验资料来源：图解量子计算机，中泰证券研究所 量子（量子（quantum）是参与基本相互作用的任何物理实体（物理性质）的最小量。）是参与基本相互作用的任何物理实体（物理性质）的最小量。即一

11、个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。量子一词来自拉丁语quantus，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。它最早是由德国物理学家M 普朗克在1900年提出的，他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，以此解释了黑体辐射的实验现象。随后的研究表明，不但能量表现出这种不连续的分离化性质，其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。随后量子力学这门研究物质世界微观粒子运动规律的物理学理论诞生了。1.2.1 量子：物理量最小单位的概称量子：物理量最小单位的概称7图表：量子比特示意资料来源：NVID

12、IA，中泰证券研究所图表：经典比特（BIT）与量子比特（QUBIT）的对比资料来源：Tomorrow Discoveries，量子计算金融应用白皮书，中泰证券研究所 量子计算的单位是量子比特（量子计算的单位是量子比特（QUBIT，又称量子位），是一种能表现出量子效应的物理实体，又称量子位），是一种能表现出量子效应的物理实体。与经典计算机使用的比特只会表现出0或1的状态不同，由于量子的叠加特性，量子比特可以同时存在于多种状态。对于使用二进制的量子比特而言，就是可以同时处于“对于使用二进制的量子比特而言，就是可以同时处于“0”和“”和“1”两个状态的叠加态”两个状态的叠加态。这种独特的特性使量子计

13、算机能够并行处理和存储大量数据，且拥有极快的运算速度。1.2.2 量子比特：具有量子特性，量子计算机中的最小信息单位量子比特：具有量子特性，量子计算机中的最小信息单位8图表：量子比特叠加态示意资料来源：图解量子计算机，中泰证券研究所 叠加态，或称叠加状态（叠加态，或称叠加状态（superposition state），是指一个量子系统的几个量子态归一化线性组合后得到的状态），是指一个量子系统的几个量子态归一化线性组合后得到的状态。以箭头在布洛赫球上的指向来示意量子比特的状态，则箭头指向正上方（相当于地球的北极）时状态为0，指向正下方（相当于地球的南极）时状态为1，指向球面上其他点时状态为0和1

14、的叠加态。经典比特只能表示经典比特只能表示0和和1这两种状态中的任意一种，而由于量子的叠加特性，每个量子比特理论上可同时存储这两种状态中的任意一种，而由于量子的叠加特性，每个量子比特理论上可同时存储0或或1这两这两种状态，这使得量子比特拥有比比特更大的信息存储能力种状态，这使得量子比特拥有比比特更大的信息存储能力。如2的8次方等于256，故具有8比特的二进制计算机能表示0到255之间的任一个数字，但具有8量子比特的量子计算机可同时表示0到255之间的每个数字。1.3.1 量子叠加态：量子可同时处于多种状态，能够大量存储信息量子叠加态：量子可同时处于多种状态，能够大量存储信息量子比特的叠加态可以

15、用振幅和相位表示量子比特的叠加态可以用以0和1为两极的球体表面某一点的箭头来表示9图表：量子纠缠规则示意资料来源：The QuantumAtlas，中泰证券研究所 量子力学中，当几个基础粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，则称这现象为量子纠缠（quantum entanglement）。当两个量子比特纠缠时，一个量子比特的状态会立即影响另一个量子比特的状态，无论它们之间的距离有多远（这也当两个量子比特纠缠时，一个量子比特的状态会立即影响另一个量子比特的状态，无论它们之间的距离有多远（这也被爱因斯坦称为“幽灵般的超

16、距作用”）。这种特性是构建量子计算系统和进行量子通信的关键。被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”）。这种特性是构建量子计算系统和进行量子通信的关键。1.3.2 量子纠缠态：纠缠的量子的状态具有整体性，可远距离下相互影响量子纠缠态：纠缠的量子的状态具有整体性，可远距离下相互影响10图表：测量时量子比特的状态才会确定资料来源：图解量子计算机，中泰证券研究所 量子系统经过测量后会产生坍缩（量子系统经过测量后会产生坍缩（Collapse）。微观粒子具有波粒二象性，其空间分布和动量都是以一定概率存在的（此时表现出波动性，状态具有不确定性）。当我们用物理方式对其进行测量时，粒子会随机选择一个单一结果表现出来

17、（即表现出粒子性的确定状态）。量子比特一经测量，就会发生坍缩，并通过概率来决定到底是处于状态量子比特一经测量，就会发生坍缩，并通过概率来决定到底是处于状态0还是状态还是状态1。随后我们就可以从量子比特中读随后我们就可以从量子比特中读取非取非0即即1的经典比特信息。的经典比特信息。量子比特的状态此时也会变为与测量结果对应的状态0或状态1。1.3.3 测量量子：读取量子比特信息的方式测量量子：读取量子比特信息的方式图表：量子计算的机制资料来源：图解量子计算机，中泰证券研究所11图表：Google团队的表面码量子纠错示意资料来源：Google，Physics World，中泰证券研究所 量子性非常脆

18、弱，以至于量子计算机很难在其遭到破坏之前（在相干时间内）完成大规模计算。因此需要将量子纠错量子性非常脆弱，以至于量子计算机很难在其遭到破坏之前（在相干时间内）完成大规模计算。因此需要将量子纠错（Quantum Error Correction，QEC）用于量子计算，以防止量子信息因退相干和其他量子噪声而产生错误）用于量子计算，以防止量子信息因退相干和其他量子噪声而产生错误。量子纠错技术旨在使量子信息保持完整，帮助延长量子比特的寿命。当量子比特出现错误时，纠错技术可以检测错误并纠正它们，使得量子比特的状态能够得到恢复并保持在正确状态。1.3.4 量子纠错：现阶段实现容错量子计算的必要步骤量子纠错

19、：现阶段实现容错量子计算的必要步骤 Google使用表面码进行相位翻转和比特翻转错误校正的原理12图表：量子计算的基本过程资料来源：通信网络中量子计算应用研究报告（2023），中泰证券研究所 量子计算的基本过程包含量子态制备、量子态调控、量子态测量三个基本步骤量子计算的基本过程包含量子态制备、量子态调控、量子态测量三个基本步骤。量子态制备是对输入的经典比特和辅助比特通过相位编码或振幅编码等量子态编码，获得量子态初态。量子态调控就是通过酉变换（Unitary transformation）将量子态初态演化到目标态。这一过程可以由一系列量子门组合成的量子线路来表征。量子态测量就是选择一组测量基对目

20、标态进行观测，读取计算结果。为了保证计算正确的概率，需要设计量子算法，借助量子干涉特性最大化目标态概率。1.3.5 量子计算的基本过程：制备、调控与测量量子计算的基本过程：制备、调控与测量 13 量子计算在部分问题上的速度上远超经典计算，这种现象被称为“量子霸权”或“量子优越性”。量子计算在部分问题上的速度上远超经典计算，这种现象被称为“量子霸权”或“量子优越性”。当下普遍认为量子计算与经典计算在本质上存在差异，量子计算能够在速度上远超经典计算。此外，量子计算还能向下兼容经典计算，能够实现经典计算范围内的所有计算。1.4.1 量子计算具有“量子霸权”与“量子优越性”，有望突破当下计算的极限量子

21、计算具有“量子霸权”与“量子优越性”，有望突破当下计算的极限图表：量子计算机带来计算量突破资料来源：图解量子计算机，中泰证券研究所问题难度（计算量）时间待求解问题的计算量当下能求解问题的计算量借助量子计算机突破计算量极限量子计算机诞生经典计算机量子计算机量子霸权计算某问题花费的时间问题规模图表：量子霸权资料来源：图解量子计算机，中泰证券研究所14 对于经典计算机面临的多项式时间内无法求解的问题（即指数时间复杂度的问题），量子计算机可能带来突破对于经典计算机面临的多项式时间内无法求解的问题（即指数时间复杂度的问题），量子计算机可能带来突破。如组合优化问题、通过分解质因数破解密码、量子化学计算、机

22、器学习和复杂物理现象的模拟等问题。BQP（Bounded-error Quantum Polynomial time）指量子计算机能在多项式时间内解决的问题。BQP类问题可能超出NP类问题的范围之外，这意味着在特定问题上量子计算机可能超越传统计算机验证问题答案的速度。1.4.2 量子计算机对部分指数时间复杂度问题有显著优势量子计算机对部分指数时间复杂度问题有显著优势图表：量子计算机能够解决的问题可能扩展至NP之外资料来源：MIT OpenCourseWare，ScientificAmerican，中泰证券研究所图表：不同复杂度的问题示意资料来源：图解量子计算机，中泰证券研究所15 非通用量子计

23、算机只能执行部分量子计算，NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum，嘈杂中型量子）量子计算机就属于此类。这类量子计算机目前正处于研发阶段，尚不具备容错能力（或容错能力较弱）。通用量子计算机可以执行任意的量子计算，即能够操作通用量子计算机需要操纵上千万的量子比特，同时也要具备纠错能力。国际主流观点认为要实现通用量子计算机，至少还需要5年到10年乃至更长时间。量子退火计算机等非经典计算机旨在使用量子性进行计算，但尚未展现出量子优越性。1.4.3 量子计算机：向通用量子计算机方向发展，量子计算机：向通用量子计算机方向发展，图表：量子计算机的类型资料来源：图解量子计算

24、机，中泰证券研究所图表：量子计算机比特数研发进度预测资料来源：科学世界，中泰证券研究所16图表：量子计算生命周期发展资料来源：ICV TAnK，光子盒，中泰证券研究所 自自2019年量子优越性首次实现开始，量子计算技术迅速进入年量子优越性首次实现开始，量子计算技术迅速进入NISQ时代时代，并向拓展专用量子计算机的方向发展并向拓展专用量子计算机的方向发展。未来随量子计算机的技术逐渐成熟和成本大幅降低，产业应用将全面加速。预计到2034-2040年能够研制出可纠错通用量子计算机，并在2040年之后进入全面容错量子计算（FTQC）时代。1.4.4 量子计算产业：尚处早期量子计算产业：尚处早期NISQ

25、时代，等待技术突破和大规模应用落地时代，等待技术突破和大规模应用落地量子优越性展示（-2019）NISQ时代（2020-2027）专用量子计算机实现核心应用示范（2028-2033）研制出可纠错的通用量子计算机（2034-2040）全面容错量子计算（FTQC）时代（2040-）时间量子计算成本产业规模17图表：量子计算技术体系框架资料来源：信通院，中泰证券研究所 硬件、软件、算法是量子计算技术体系的三大支柱，云平台是集成三者面向用户提供服务的应用与产业生态汇聚点，硬件、软件、算法是量子计算技术体系的三大支柱，云平台是集成三者面向用户提供服务的应用与产业生态汇聚点，这些都建立在量子调控、量子纠错

26、等技术基础上。这些都建立在量子调控、量子纠错等技术基础上。从硬件看，主要分为逻辑门量子计算机、专用量子计算机和基于经典计算的模拟器三种；从软件看，主要可以分为应用开发软件、计算编译软件、测控系统软件和芯片EDA软件等；从算法看，主要有量子模拟、组合优化等。1.5.1 量子计算技术体系框架：软硬件量子计算技术体系框架：软硬件+算法支撑技术体系，云平台整合生态算法支撑技术体系，云平台整合生态18图表：量子计算发展阶段及其硬件趋势图（单位：量子比特数量）资料来源：ICV TAnK和光子盒，中泰证券研究所 目前量子计算的硬件处于两类技术路线并行发展阶段。一是基于微观结构形成分立能级系统的“人造粒子”路

27、线，如超导和硅目前量子计算的硬件处于两类技术路线并行发展阶段。一是基于微观结构形成分立能级系统的“人造粒子”路线，如超导和硅半导体，二是直接操控微观粒子的天然粒子路线，如离子阱、光量子和中性原子半导体，二是直接操控微观粒子的天然粒子路线，如离子阱、光量子和中性原子。量子电路具有三种常见的度量：电路大小、电路深度和量子比特数量子电路具有三种常见的度量：电路大小、电路深度和量子比特数。其中，电路大小对应“量子电路中量子门的个数”，电路深度对应“执行量子电路的并行运行时间”，量子比特数对应“量子电路的空间成本”。这三者一般不能同时达到最优，尤其是深度（时间）和比特数（空间）之间往往是此消彼长的。当下

28、多条技术路线仍未收敛，也未有公认的换算标准。近年来量子计算主要技术路线竞争激烈，量子比特数（光子/原子数）和量子体积指标均持续提升。1.5.2 硬件路线：两类路线并行发展，量子比特数与量子体积持续提升硬件路线：两类路线并行发展，量子比特数与量子体积持续提升 图表：量子计算比特数和量子体积指标发展态势资料来源：信通院，中泰证券研究所19图表：量子计算主要硬件技术路线及其特征资料来源：量子信息领域的国家战略布局与研发态势分析，中泰证券研究所 超导路线超导路线基于超导约瑟夫森结形成扩展二能级系统，在比特数量、操控精度和相干时间等关键指标提升迅速且发展较为均衡，有望率先获得巨大突破；离子阱路线离子阱路

29、线利用电荷与磁场间所产生的交互作用力约束带电离子，通过激光或微波进行相干操控，具有比特天然全同、操控精度高和相干时间长等优点。光量子路线光量子路线可利用光子的偏振、相位等自由度进行量子比特编码，具有相干时间长、室温运行和测控相对简单等优点；硅半导体路线通常利用硅同位素量子点结构中的电子自旋构造量子比特，优点是制造和测控与集成电路工艺技术兼容；中性原子路线中性原子路线利用光镊或光晶格囚禁原子，激光激发原子里德堡态进行逻辑门操作或量子模拟演化，相干时间和操控精度等特性与离子阱路线相似，在规模化扩展方面更具优势。但无论是哪种技术路线，量子计算硬件性能水平距实现大规模可容错通用量子计算还有很大差距。但

30、无论是哪种技术路线，量子计算硬件性能水平距实现大规模可容错通用量子计算还有很大差距。1.5.2 硬件技术路线：优势方向不同，距大规模应用仍有距离硬件技术路线：优势方向不同，距大规模应用仍有距离超导离子阱硅半导体光量子中性原子原理与优势超导约瑟夫森结形成二能级系统。保真度较高、门操控速度快、集成电路兼容、可设计性较高。利用电荷与磁场间所产生的交互作用力约束带电粒子。保真度高，相干时间长、制备读取效率高。硅同位素量子点电子自旋作为2能级系统。半导体兼容性、门操作速度快。使用光子多种自由度构建量子位。环境友好性、保真度高，相干时间长利用光镊或光晶格囚禁原子悬浮在超高真空中。保真度高，相干时间长、构建

31、多维列阵潜力。典型成就中科院：41位“庄子”芯片模拟侯世达蝴蝶拓扑物态。中国科大：“祖冲之二号”可操纵量子比特数达到176.Rigetti：84位量子处理器Ankaa-1。华翊量子：37位量子阱计算原型机HYQ-A37。Quantinuum：H2系统实现32位全连接量子比特；H1-1量子系统量子体积达到524288。Intel：12位硅基自旋量子芯片Tunnel Falls。中科院：实现硅自旋翻转速率超过1.2GHz的自旋量子比特超快操控。中国科大：255光子量子计算原型机“九章三号”玻色量子：100比特相干光量子伊辛机“天工量子大脑”。微尺度国家研究中心：实现光晶格中基于自旋交互的量子纠缠。

32、Atom computing：1180量子比特的中性原子量子计算原型机。发展趋势增加比特规模、探索可扩展性机制；提升保真度；延长相干时间更高性能离子阱；扩展单离子井计算架构下的比特数量；研制稳定激光系统降低操控信号、量子位噪声影响；提纯材料以延长相干寿命研制高性能的光源与光子探测器，改进光子集成芯片，研制光子间纠缠的方案提升精确测控能力；降低原子所受碰撞影响；研究多维列阵连接方式20图表：“九章三号”实验装置示意资料来源：中国科学技术大学，中泰证券研究所 中科院潘建伟院士等组成的研究团队成功构建了中科院潘建伟院士等组成的研究团队成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量

33、子信息个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。科研人员设计了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子数可分辨探测器，提升了光子操纵水平和量子计算复杂度。“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升一百万倍。“九章三号”在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度的样本，需要当前最强的超级计算机“前沿”（Frontier）花费超过二百亿年的时间。这一成果进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。1.5.2 光量子前沿：我国“九章三号”原型机再度刷新量子计算优越性世界纪录光量子前沿：我

34、国“九章三号”原型机再度刷新量子计算优越性世界纪录图表：光量子计算的国际竞争态势资料来源：中国科学技术大学，中泰证券研究所21图表：量子计算软件体系架构资料来源：信通院，中泰证券研究所 量子计算软件需要满足量子计算的底层理论与算法逻辑，提供面向不同技术路线和硬件方案的量子指令集，编译功能与中间表示，并提供基于开源的编程语言框架，特异性与专业性较强，目前处于设计开发与生态构建的早期阶段。业界在量子计算编译软件、应用开发软件、测控软件、EDA 软件等多层次开展布局，未来需要在量子电路编译优化、模块化程序研究和量子-经典混合算法协同等方面进一步探索和提升。1.5.3 软件层：当下仍处设计开发与生态构

35、建的早期阶段软件层：当下仍处设计开发与生态构建的早期阶段 22图表：国内外代表性量子计算云平台发展概况资料来源：信通院，中泰证券研究所 国内外众多研究机构和企业发布了不同类型的量子计算云平台，发展迭代迅速国内外众多研究机构和企业发布了不同类型的量子计算云平台，发展迭代迅速。如Pasqal 推出50中性原子量子计算平台 Quantum Discovery，协助用户探索中性原子量子计算应用；日本量子计算联合研究小组启动51基于 64 位超导量子计算机云平台服务；北京量子院53夸父量子计算云平台上线了具有 136、18 和 10 位量子比特的三个超导量子芯片；中科大54上线 176 比特“祖冲之号”

36、量子计算云平台；中国移动、中国电科等联合发布55“五岳”量子计算云平台；本源量子等多家单位56共同推出量超融合计算平台等。1.5.4 云平台：云计算厂商纷纷参与，发展迭代迅速云平台：云计算厂商纷纷参与，发展迭代迅速23图表：量子计算云平台服务模式资料来源：量子信息网络产业联盟，中泰证券研究所 量子计算云平台的功能架构可划分为基础设施层、平台层、服务层和配套的运维管理与安全服务功能等主要组成部分。量子计算云平台的功能架构可划分为基础设施层、平台层、服务层和配套的运维管理与安全服务功能等主要组成部分。基础设施层中的外围设施层为量子计算硬件提供环境保障；物理资源层主要包括量子计算机、量子模拟器和经典

37、云计算资源；虚拟资源层则主要由量子计算虚拟机、云计算虚拟机、虚拟网络等功能模块组成；资源管理层负责物理机、虚拟机、存储和网络等资源管理和任务调度。平台层主要完成程序开发和编译功能。服务层提供用户和开发者的访问接口，并提供对服务目录和实例的管理功能，应用开发层主要通过应用开发软件提供量子计算应用服务。运营管理主要实现用户服务和运行维护两个层面的管理功能。安全服务主要实现接入安全、软件安全、虚拟化安全、硬件安全和数据安全等功能。1.5.4 云平台架构：结合量子计算与经典云服务，多种服务模式并存云平台架构：结合量子计算与经典云服务，多种服务模式并存图表：量子计算云平台功能架构图资料来源：信通院，中泰

38、证券研究所24CONTENTS目录CCONTENTS专 业 领 先 深 度 诚 信专 业 领 先 深 度 诚 信中 泰 证 券 研 究 所中 泰 证 券 研 究 所2潜在市场规模广阔，应用与新质生产力领域广泛交叉25图表：量子计算产业链与代表性企业资料来源：信通院，中泰证券研究所 量子计算产业链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；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；产业生态下游主要涵盖量子计算云平台以及行业应用，仍处在早期发展阶段。2.1 产业链：上下游逐渐形成规模，原型机是核心环节产业链：上下游逐渐形

39、成规模，原型机是核心环节26图表：全球量子计算产业规模（单位：十亿美元）资料来源：ICV TAnK，光子盒，中泰证券研究所 2023年全球量子产业规模达到年全球量子产业规模达到47亿美元，预计亿美元，预计2023至至2028年市场规模的年平均增长率（年市场规模的年平均增长率（CAGR）将达到）将达到44.8%。2027年专用量子计算机预计将实现性能突破，带动整体市场规模达到105.4亿美元。在2028年至2035年，市场规模将继续迅速扩大，受益于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。到2035年总市场规模有望达到8117亿美元，量子计算会在此进入全面成熟和商业化的关键阶

40、段。2.2 市场规模：产业规模将超万亿，预计市场规模市场规模：产业规模将超万亿，预计市场规模CAGR将达约将达约45%27图表：量子计算与传统科学交叉资料来源：Dataiku，中泰证券研究所图表：量子计算应用场景分析资料来源：信通院，中泰证券研究所 量子计算的行业应用合作部分涵盖了多个合作领域，如金融、能源与材料、生命科学、先进工业、电信传媒、出行运量子计算的行业应用合作部分涵盖了多个合作领域，如金融、能源与材料、生命科学、先进工业、电信传媒、出行运输和物流等，产业规模估值达到千亿美元级别输和物流等，产业规模估值达到千亿美元级别。应用落地的方式多数为深耕行业的大型企业/行业巨头与量子计算软硬件

41、公司展开合作。2.3 下游应用：涉及广泛应用领域，市场空间广阔下游应用：涉及广泛应用领域，市场空间广阔行业领域关键环节问题原型应用时间（+代表影响力）产业估值（亿美元）3-5年5-10年10年以上保守估值乐观估值金融金融服务组合优化、人工智能+39407000能源与材料传统能源量子模拟、组合优化、人工智能+100200可持续能源+100300化工+12303240生命科学制药量子模拟、组合优化、人工智能+7401830先进工业汽车量子模拟、组合优化、人工智能+290630航空航天与国防因式分解、量子模拟、组合优化+300700电子产品+100200半导体+100200电信传媒电信量子模拟、组合

42、优化+100200传媒100200出行、运输和物流物流组合优化、量子模拟、人工智能、因式分解+500100028图表：量子计算对金融领域的影响资料来源：信通院，中泰证券研究所 提升金融智能水平提升金融智能水平：量子计算能够在智能风控、智能营销、智能信贷和智能监管等方面提供充分的计算能力来充分挖掘数据。随着数据量的增长，量子计算的算力优势将更加明显。提高金融服务速度提高金融服务速度：量子计算拥有并行化特点，将显著提升金融服务的智能化响应速度，这对于金融业务如反欺诈、反洗钱、授信审批和支付清算等至关重要，因为这些业务对时间的敏感度很高。节约能耗和空间节约能耗和空间：量子计算能够有效解决经典计算在处

43、理金融大数据时的能耗问题，并且减少了提升算力所需的大规模硬件设备需求，从而降低了硬件购置和维护成本。2.3.1 量子计算量子计算+金融：提供充足并行化算力，解决金融领域传统计算难题金融：提供充足并行化算力，解决金融领域传统计算难题 第一个5年第二个5年第三个5年技术现状NISQ时代的含噪机器大多数仍然是100量子比特和低量子体积。量子启发算法可以在经典计算机上运行。部分经典、部分量子的混合解决方案。量子退火机有较长相干时间。数以千计的量子比特允许部分纠错；大多数云服务提供商提供对量子计算的访问；“量子即服务“具有万个量子比特的大型机器。全尺寸容错(因为退相干是通过量子纠错控制的)提供了广泛的量

44、子优势。但全世界只有 2000-5000 台可运行的机器新的金融应用基于退火的投资组合优化算法在经典计算机或量子计算机上运行；改进的预测和风险评估可以更好地预测黑天鹅事件；后量子密码的新标准会取代当前的加密技术；接近实时的风险评估。例如量化对冲基金；基于后量子密码的安全性金融业的影响量子计算成为竞争优势；投资组合优化带来的收益高达 5 亿美元投资组合优化和风险分析带来的收益超过 50 亿美元。来自所有量子应用的银行和其他金融服务的运营收入为 400 亿至 700亿美元29图表：使用量子算法计算CYP450酶轨道资料来源：Google，中泰证券研究所 量子计算可以为药物研发过程提供加速量子计算可

45、以为药物研发过程提供加速。药物工业生产的化合物是经过长期的发现和提炼过程的成果，其中对药物代谢动力学特性预测和计算化合物与靶标的结合强度或亲和力的计算需要大量计算量和极高的精确度。量子化学在药物设计中的局限性主要来自两个方面：一是缺乏准确性（对于一些复杂系统描述困难），二是生物分子集合的DFT计算所需的巨大计算成本。量子计算机有望加速与已知量子算法（例如量子相位估计，QPE）相关的系统的电子结构计算。只要计算成本低于实验成本，更精确的计算可以通过用计算机计算取代许多劳动密集型实验，从而为制药工业带来重大价值。2.3.2 量子计算量子计算+制药：可提供药物研发加速计算，尚处应用早期制药：可提供药

46、物研发加速计算，尚处应用早期 30图表：RSA加密与解密过程示意资料来源：Board Infinity，中泰证券研究所 量子计算可能威胁信息安全领域现有的加密算法安全量子计算可能威胁信息安全领域现有的加密算法安全。当前主流的非对称加密算法的安全性主要依赖于所选择的数学难题难以破解。如RSA加密算法基于大数质因子分解难题，其破解难度随着密钥长度 n 的增加呈指数级增加。1994 年提出的 Shor 算法将这一破解时间复杂度降低为 O(poly(n)，从而对传统非对称加密算法构成潜在威胁。2.3.3 量子计算量子计算+安全：量子计算可能破解安全：量子计算可能破解RSA加密算法加密算法31CONTE

47、NTS目录CCONTENTS专 业 领 先 深 度 诚 信专 业 领 先 深 度 诚 信中 泰 证 券 研 究 所中 泰 证 券 研 究 所3核心玩家：云厂商+芯片厂商+科研机构强强联合32图表：IBM Development&Innovation Roadmap资料来源：IBM，中泰证券研究所 IBM是量子计算处理器制造领域的领先者是量子计算处理器制造领域的领先者。2023年12月4日，IBM发布了133个量子比特的量子处理器IBM Quantum Heron，可提供迄今为止IBM最高的性能指标和最低的错误率；IBM还发布了包含1121个量子比特的Condor超导量子处理器。其超越1000个

48、量子比特的规模为提高量子计算机的容错能力提供了可能性。2023年，IBM更新了量子开发路线图，提出到2033年，以量子为中心的超级计算机将包括1000个逻辑量子比特，全面释放量子计算的能量。3.1 IBM：量子计算处理器制造领先者，发布：量子计算处理器制造领先者，发布Heron和和Condor量子处理器量子处理器33图表：Qiskit支持的软件包资料来源：Medium，中泰证券研究所 Qiskit 是一个开源的软件开发工具包（SDK），能够用于模拟量子计算电路、脉冲和算法。它提供了创建和操作量子程序的工具，并允许在 IBM Quantum Platform 的原型量子设备上或在本地计算机上的模

49、拟器上运行这些程序 Qiskit遵循通用量子计算的电路模型，并可以用于任何遵循此模型的量子硬件（目前支持超导量子比特和离子阱）。3.1 IBM：推出开源编程框架：推出开源编程框架Qiskit，支持量子计算模拟，支持量子计算模拟34图表：Amazon Braket工作原理资料来源：AWS，中泰证券研究所 Amazon Braket 是完全托管式的量子计算服务，能够提供构建、测试和运行量子算法所需的资源是完全托管式的量子计算服务，能够提供构建、测试和运行量子算法所需的资源。Amazon Braket同时为同时为 AWS 客户提供来自多个量子硬件供应商的量子计算技术，包括超导、俘获离子、中性原子和客

50、户提供来自多个量子硬件供应商的量子计算技术，包括超导、俘获离子、中性原子和光子量子计算机光子量子计算机。这些硬件供应商包括IonQ、Oxford Quantum Circuits（OQC）、QuEra和Rigetti等。根据门型量子计算模式，用户可以从 Oxford Quantum Circuits 和 Rigetti 访问超导量子处理器，并从 IonQ 访问俘获离子技术。用户并使用 QuEra 的最新中性原子处理器研究优化问题。3.2 AWS：Braket托管式量子计算服务，与多家硬件供应商合作托管式量子计算服务，与多家硬件供应商合作35图表：Cirq生态架构示意资料来源：Google，中泰

51、证券研究所 Google推出了推出了Cirq的开源框架，专门用于在开发量子计算机上运行的量子算法的开源框架，专门用于在开发量子计算机上运行的量子算法。Cirq 是一个 Python库，用于编写、操作和优化量子电路，随后可在量子计算机和量子模拟器上运行它们。Cirq能够支持模拟嘈杂中型量子计算机，其提供的硬件细节能够得到更好的运算结果。Cirq可以连接到各种量子云服务。在每个云服务背后，量子算法在量子处理器或模拟器上运行。Cirq 与许多可以本地或分布式方式运行的量子电路模拟器兼容。3.3 Google：构建：构建Cirq等开源框架工具，支持量子云服务等开源框架工具，支持量子云服务 图表：Goo

52、gle量子云计算工作流资料来源：Google，Quantum Computing Toolkit From Nuts and Bolts to Sack of Tools，中泰证券研究所36图表：NVIDIA量子计算服务架构资料来源：NVIDIA，中泰证券研究所 NVIDIA Quantum 是全面的量子计算解决方案，用户能够基于平台开发、集成和利用量子和经典计算及是全面的量子计算解决方案，用户能够基于平台开发、集成和利用量子和经典计算及 AI。NVIDIA Quantum 旨在提供量子模拟（旨在提供量子模拟（Quantum Simulation）、量子加速超级计算（）、量子加速超级计算（Qu

53、antum-Accelerated Supercomputing）和量子）和量子 AI三类服务。三类服务。量子模拟用于开发和模拟未来的量子处理器（QPU），量子加速计算为CPU、GPU与QPU的协同工作和混合加速提供集成；量子人工智能旨在建造量子集成计算机和超级计算机，以便量子计算机受益于加速计算和人工智能。3.4 NVIDIA：提供量子模拟、量子加速计算和量子：提供量子模拟、量子加速计算和量子AI服务服务37图表：NVIDIA CUDA-Q架构资料来源：NVIDIA，中泰证券研究所图表：NVIDIA CUDA-Q加速资料来源：NVIDIA，中泰证券研究所 NVIDIA推出的推出的CUDA-Q

54、是首个用于混合量子经典计算机的开源平台，可在一个系统中集成和编程是首个用于混合量子经典计算机的开源平台，可在一个系统中集成和编程 QPU、量子仿真、量子仿真、GPU 和和 CPU。与其它量子框架相比，NVIDIA CUDA-Q 可以显著加速量子算法。量子算法的速度可以比 CPU 快多达 2500 倍，通过使用多个 GPU 来扩展量子比特的数量。3.4 NVIDIA：开源：开源CUDA-Q平台，混合计算加速量子算法平台，混合计算加速量子算法38图表：Tunnel Falls芯片资料来源：Intel，中泰证券研究所 Intel通过使用极紫外(EUV)光刻技术在 300 毫米硅晶圆上大规模生产量子比

55、特，最终能够单个晶圆上安装 10,000 个小型量子点阵列，并发布了迄今为止最先进的硅自旋量子比特芯片为Tunnel Falls。Tunnel Falls属于硅自旋量子位芯片，专为使用 CMOS 晶体管技术进行大规模制造而设计，整个晶圆片的良率和电压均匀性为95%，代表了Intel在创建可制造且运行可靠的量子芯片方面取得的重大进展。在生态建设上，英特尔还与马里兰大学物理科学实验室(Laboratory for Physical Sciences，LPS)、帕克学院量子位合作实验室(LQC)以及国家级量子信息科学(QIS)研究中心合作，以推进量子计算研究。3.5 Intel：推出：推出Tunne

56、l Falls芯片，构建全栈商用量子计算系统芯片，构建全栈商用量子计算系统 39图表：Intel SDK架构资料来源：Intel，中泰证券研究所图表：Intel的全栈量子计算布局资料来源：Intel，中泰证券研究所 Intel针对量子计算进行了全栈开发套件Intel Quantum SDK的布局。用户可根据其系统内存的大小模拟不同数量的量子位。Intel量子模拟器是一种状态矢量模拟，用户能够在后端实施量子算法或混合量子经典算法。模拟器最多支持模拟32个量子比特，大约需要135GB内存。3.5 Intel：推出全栈：推出全栈SDK开发套件，集成模拟、控制和应用开发套件，集成模拟、控制和应用40图

57、表：国盾量子量子产品线资料来源：国盾量子，中泰证券研究所 国盾量子成立于国盾量子成立于2009年，公司以量子通信、量子计算、量子精密测量产品的研发、生产和销售为核心业务，同时提供年，公司以量子通信、量子计算、量子精密测量产品的研发、生产和销售为核心业务，同时提供相关技术服务，是国家专精特新“小巨人”企业相关技术服务，是国家专精特新“小巨人”企业。2024年4月，中国首颗超500比特超导量子计算芯片正式发布。量子创新院定制研发的504比特量子计算芯片“骁鸿”向国盾量子进行了一批交付，用于验证国盾量子自主研制的千比特测控系统。在量子比特的寿命、门保真度、门深度、读取保真度等关键指标方面，有望达到I

58、BM等国际主流量子计算云平台的芯片性能水平，可以充分满足千比特测控系统验证的需求。3.6 国盾量子：提供量子计算、量子通信硬件产品及服务国盾量子：提供量子计算、量子通信硬件产品及服务 41图表：三未信安产品线资料来源：三未信安官网，中泰证券研究所 三未信安深耕密码行业，主要产品线是密码芯片、密码板卡、密码整机和密码系统三未信安深耕密码行业，主要产品线是密码芯片、密码板卡、密码整机和密码系统。公司推出了国内首款安全三级密码板卡和首款安全三级密码整机，公司的密码机通过了FIPS 140-2 Level 3（美国联邦信息处理标准3级）认证。公司五次获得国家密码科技进步奖，公司是全国信息安全标准化技术

59、委员会和密码行业标准化技术委员会成员单位，牵头和参与制定了二十余项密码领域国家标准或行业标准。三未信安一直保持对密码前沿技术的敏感，将抗量子密码算法与硬件芯片作为重要的研究方向。三未信安一直保持对密码前沿技术的敏感，将抗量子密码算法与硬件芯片作为重要的研究方向。2023年公司在抗量子年公司在抗量子密码算法的高速硬件实现和产品化方面取得了新的研发成果，发布了全新产品“抗量子隐私计算一体机”密码算法的高速硬件实现和产品化方面取得了新的研发成果，发布了全新产品“抗量子隐私计算一体机”。3.7 三未信安：深耕密码行业，发布抗量子隐私计算一体机三未信安：深耕密码行业，发布抗量子隐私计算一体机42图表：信

60、安世纪产品线资料来源：信安世纪官网，中泰证券研究所 信安世纪成立于信安世纪成立于20012001年年8 8月，公司以密码技术为基础支撑，致力于解决网络环境中的基础性安全问题月，公司以密码技术为基础支撑，致力于解决网络环境中的基础性安全问题。在信息技术互联网化、移动化和云化等的发展趋势下，经过二十余年的自主研发和持续创新，公司形成了身份安全、通信安全、数据安全、移动安全、云安全和平台安全六大产品系列。信安世纪已将多种后量子算法融入公司相关产品中，与多家机构共同开展后量子密码实验课题的研究，针对不同场景、信安世纪已将多种后量子算法融入公司相关产品中，与多家机构共同开展后量子密码实验课题的研究，针对

61、不同场景、不同应用系统、存量算法、性能影响等方面，综合设计后量子密码的迁移规划及落地实践不同应用系统、存量算法、性能影响等方面，综合设计后量子密码的迁移规划及落地实践。3.8 信安世纪：致力于解决网络安全问题，将后量子算法融入公司产品信安世纪：致力于解决网络安全问题，将后量子算法融入公司产品43 技术落地不及预期技术落地不及预期：尽管量子技术取得了巨大进步，但在实际应用中仍存在一些难以克服的技术障碍。量子计算技术本身非常前沿，且发展迅速，但目前仍处于研究和开发阶段。要实现量子计算技术的商业化应用，需要解决量子比特的稳定性、错误率降低、量子算法的开发等一系列复杂问题。行业竞争加剧行业竞争加剧：随

62、着量子计算相关技术的普及，越来越多的企业和研究机构投入到这一领域，导致行业竞争日益激烈。量子计算是一个全球性的技术竞争领域，美国、中国、欧洲等地区都在积极推动量子计算技术的发展，这导致了激烈的国际竞争。市场不及预期市场不及预期：量子技术下游应用广泛，但在技术成熟之前可能面临市场不及预期的风险，量子产业相关公司营收受下游需求影响较大，面临一定风险。政策风险政策风险：政策支持对量子计算的发展至关重要，但政策的变化可能给量子计算研究和产业化带来不确定性。各国对科技出口的管制也可能对量子计算公司的技术交流、合作和产品销售造成影响，增加政策风险。信息更新不及时信息更新不及时：报告可能会出现信息更新不及时

63、的风险。风险提示风险提示44重要声明重要声明 中泰证券股份有限公司（以下简称“本公司”）具有中国证券监督管理委员会许可的证券投资咨询业务资格。中泰证券股份有限公司（以下简称“本公司”）具有中国证券监督管理委员会许可的证券投资咨询业务资格。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。本报告基于本公司及其研究人员认为可信的公开资料或实地调研资料，反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响。本公司力求但不保证这些信息的准确性和完整性，且本报告中的资料、意见、预测均反映报告初次公开发布时的判断，可能会随时调整。本公司对本报告所含信

64、息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告所载的资料、工具、意见、信息及推测只提供给客户作参考之用，不构成任何投资、法律、会计或税务的最终操作建议，本公司不就报告中的内容对最终操作建议做出任何担保。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户，不构成客户私人咨询建议。市场有风险，投资需谨慎。在任何情况下，本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者应注意，在法律允许的情况下，本公司及其本公司的关联机构可能会持有报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易，并可能为这些公司正在提供或争取提供投资银行、财务顾问和金融产品等各种金融服务。本公司及其本公司的关联机构或个人可能在本报告公开发布之前已经使用或了解其中的信息。本报告版权归“中泰证券股份有限公司”所有。事先未经本公司书面授权，任何机构和个人，不得对本报告进行任何形式的翻版、发布、复制、转载、刊登、篡改，且不得对本报告进行有悖原意的删节或修改。