預(yù)見2024：量子信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)趨勢展望(附技術(shù)路徑、投資方向、專利布局、科技企業(yè)布局等)

行業(yè)主要上市公司：阿里巴巴(BABA)、神州信息(000555)、浪潮信息(000977)、中興通訊(000063)、中科曙光(603019)、國盾量子(688027)等

本文核心觀點：以量子計算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術(shù)有望成為未來重大技術(shù)范式變革和顛覆式創(chuàng)新應(yīng)用的新源泉。

引言：量子信息未來有望成為推動信息通信技術(shù)演進(jìn)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動能

——三大領(lǐng)域分別提升計算處理速度、增強(qiáng)信息傳輸安全、提高傳感測量精度

量子信息是指以量子力學(xué)基本原理為基礎(chǔ)、通過量子系統(tǒng)的各種相干特性(如量子并行、量子糾纏和量子不可克隆等)，進(jìn)行計算、編碼和信息傳輸?shù)娜滦畔⒎绞健Ａ孔有畔⒅饕孔佑嬎?、量子通信和量子測量三大領(lǐng)域，在提升計算困難問題運算處理能力、加強(qiáng)信息安全保護(hù)能力、提高傳感測量精度等方面，具備超越經(jīng)典信息技術(shù)的潛力。

——量子信息在眾多垂直行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，探索有效融合應(yīng)用場景

量子信息技術(shù)已成為未來國家科技發(fā)展的重要領(lǐng)域之一，三大技術(shù)的分別在不同領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其中，量子計算基于量子力學(xué)的全新計算模式，具有原理上遠(yuǎn)超經(jīng)典計算的強(qiáng)大并行計算能力，為人工智能、密碼分析、氣象預(yù)報、資源勘探、藥物設(shè)計等所需的大規(guī)模計算難題提供了解決方案;量子測量在心腦疾病診斷、癌細(xì)胞檢測、細(xì)胞顯微成像等生命科學(xué)研究領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生重要推動作用，在微弱電磁信號檢測，絕對重力與重力梯度測量，以及軟硬目標(biāo)探測識別等領(lǐng)域的發(fā)展，將為國防、工業(yè)、地質(zhì)、環(huán)保等眾多垂直行業(yè)應(yīng)用賦能;量子通信在信息安全領(lǐng)域探索有效融合應(yīng)用場景。

技術(shù)路線：量子信息技術(shù)發(fā)展路徑與支撐體系

從技術(shù)路線發(fā)展來看，量子信息三大技術(shù)領(lǐng)域在研究發(fā)展水平，技術(shù)實用化程度，產(chǎn)品工程化能力和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景等方面各有差異，如下圖所示。量子信息技術(shù)的研究和應(yīng)用仍面臨一些共性關(guān)鍵技術(shù)和核心問題瓶頸需要進(jìn)一步攻關(guān)突破。例如，量子通信中的高品質(zhì)量子態(tài)光源，高效糾纏制備分發(fā)及探測，高性能單光子探測，以及量子態(tài)存儲與中繼技術(shù)等;量子計算中的高維糾纏態(tài)制備與操控，高品質(zhì)樣品材料制備，超低溫和磁場隔離環(huán)境，高精度操控測量系統(tǒng)等;量子測量中的高精度操控系統(tǒng)和集成化隔離屏蔽環(huán)境等。上述基礎(chǔ)共性關(guān)鍵問題研究的攻關(guān)和突破，是量子信息技術(shù)進(jìn)入實用化和產(chǎn)業(yè)化主要控制性因素。

從技術(shù)支撐體系來看，中國量子信息創(chuàng)新單元主要包括量子光學(xué)與光量子器件國家重點實驗室、信息光子學(xué)與光通信國家重點實驗室等國家重點實驗室;湖北省量子科技產(chǎn)業(yè)投資基金、中國互聯(lián)網(wǎng)投資基金等產(chǎn)業(yè)投資基金;GB/T 42829-2023《量子保密通信應(yīng)用基本要求》、GB/T 42565-2023《量子計算 術(shù)語和定義》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

量子信息專利技術(shù)布局：中美日為主要技術(shù)來源

——量子通信為量子信息專利技術(shù)布局重點，申請熱度和布局廣度較高

從量子信息專利技術(shù)申請的熱度來看，量子通信具備較高的專利申請熱度，專利申請總量達(dá)57726項，申請人數(shù)量達(dá)26064個;從技術(shù)跨度來看，量子通信和量子測量跨技術(shù)專利申請量較多，技術(shù)跨度分別達(dá)246個和252個IPC小類;從技術(shù)市場覆蓋廣度來看，量子通信專利技術(shù)覆蓋70個以上國家和地區(qū)，量子計算和量子測量技術(shù)均覆蓋40個以上國家和地區(qū)，說明這些技術(shù)受到全球范圍內(nèi)的關(guān)注和研究。

注：1)搜索關(guān)鍵詞：量子計算、量子通信、量子測量技術(shù)路線相關(guān)關(guān)鍵詞;2)搜索范圍：標(biāo)題、摘要和權(quán)利說明;3)統(tǒng)計截至日期：2023年11月17日。下同。

——美國、中國、日本為量子信息主要技術(shù)來源

從專利地域分布來看，量子計算、量子通信和量子測量技術(shù)專利前三技術(shù)來源地均為中國、美國、日本，說明三個國家在量子信息領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新活躍。在政府主導(dǎo)下，中國量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)和系統(tǒng)研發(fā)力量正快速成長，并成為與美歐并駕齊驅(qū)的競爭者。從申請人國別來看，量子計算、量子通信和量子測量專利前十申請人也多為中國、美國和日本企業(yè)。

量子信息科技企業(yè)技術(shù)與研發(fā)布局：量子通信和量子計算為重點方向

——科技企業(yè)大多布局量子通信與安全領(lǐng)域，量子計算朝商業(yè)化推進(jìn)

當(dāng)前，量子信息是我國搶占未來產(chǎn)業(yè)制高點的戰(zhàn)略領(lǐng)域之一，或?qū)⒁I(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。我國科技企業(yè)高度重視量子科技的研究與發(fā)展，量子科研成果不斷增加。其中，量子通信領(lǐng)域的創(chuàng)新活力竟相奔涌，國內(nèi)目前已發(fā)布高速量子密鑰分發(fā)設(shè)備、量子衛(wèi)星小型化地面接收站、單光子探測器等核心產(chǎn)品。中國作為率先部署大規(guī)模量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的國家，為了推動量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈成熟，正在嘗試建立完整的網(wǎng)絡(luò)運營模式，由專業(yè)的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)運營商，構(gòu)建廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，為各行業(yè)的客戶提供穩(wěn)定、可靠、標(biāo)準(zhǔn)化的量子安全服務(wù)。此外，華為、騰訊、阿里等企業(yè)提前布局量子計算，從現(xiàn)階段來看，量子計算機(jī)正處于從研發(fā)開始往工程化、商業(yè)化方向前進(jìn)。

注：以上排名不分先后，僅匯總行業(yè)內(nèi)部分代表性科技企業(yè)。

——量子計算、量子通信為中國量子企業(yè)重點研發(fā)布局方向

從量子產(chǎn)業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的角度看，量子計算芯片是目前量子計算領(lǐng)域最具有市場潛力的研究方向之一，截至2023年，研究超導(dǎo)量子路線的企業(yè)占比50%，研究光量子路線和離子阱量子計算企業(yè)分別占比25%。此外，量子通信與安全領(lǐng)域的企業(yè)也較多，其中，89%的業(yè)務(wù)涉及量子保密通信，11%涉及抗量子密碼(PQC)。

注：數(shù)據(jù)截至2023年4月。

量子信息技術(shù)投資重點賽道：量子軟硬件、量子通信系統(tǒng)為重點關(guān)注領(lǐng)域

從量子信息技術(shù)方向上看，全球重點投資量子軟件、量子硬件等細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域，投資額占比分別為22.53%、18.21%，此外，Enabling technologies、量子計算、量子通信等也為重點關(guān)注領(lǐng)域。

量子信息三大領(lǐng)域科技與創(chuàng)新快速發(fā)展，成為投資布局熱點

綜合來看，量子信息產(chǎn)業(yè)當(dāng)前技術(shù)成熟度整體較低，在量子計算領(lǐng)域，現(xiàn)階段量子計算的研究發(fā)展水平距離實用化仍有較大差距;在量子通信領(lǐng)域，進(jìn)入實用化階段的量子密鑰分發(fā)主要面向信息安全領(lǐng)域應(yīng)用;在量子測量領(lǐng)域，原子鐘、核磁共振陀螺和單光子探測等基于已有技術(shù)平滑升級演進(jìn)的量子測量方向發(fā)展更加成熟，實用化水平更高。整體來看，量子技術(shù)正處在產(chǎn)業(yè)化的初期階段，但未來具有廣泛的應(yīng)用潛力。

當(dāng)前，全球量子信息產(chǎn)業(yè)培育進(jìn)入起步期，逐漸成為風(fēng)險投資的新風(fēng)口。量子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要以企業(yè)為主力軍，以產(chǎn)學(xué)研合作的形式進(jìn)行開發(fā)，正在形成科技巨頭爭相進(jìn)入和初創(chuàng)公司蓬勃發(fā)展的局面。

注：評估星級自一星至三星，星級越高，代表從該指標(biāo)來看，技術(shù)投資潛力越大，☆代表半星。

量子信息技術(shù)發(fā)展趨勢與目標(biāo)

——圍繞三項科技攻關(guān)任務(wù)

根據(jù)《“十四五”規(guī)劃綱要和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，“十四五”期間，我國量子信息領(lǐng)域的科技攻關(guān)任務(wù)圍繞量子通信技術(shù)研發(fā)、量子測量技術(shù)突破和量子計算的產(chǎn)品研制。

目前，國家層面的量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃暫未出臺，參考中國信通院對量子信息領(lǐng)域的發(fā)展定位及應(yīng)用前景，“十四五”期間，我國量子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)各有不同、各有側(cè)重。其中，量子計算側(cè)重于突破經(jīng)典計算極限的算力飛躍、量子通信技術(shù)側(cè)重于服務(wù)經(jīng)典通信加密、量子測量注重實現(xiàn)物理量測量和信息獲取的精度、分辨率、穩(wěn)定度等。

——量子信息研發(fā)不斷取得突破，將進(jìn)一步推動成果應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建

近年來，量子信息三大領(lǐng)域技術(shù)科研加速發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新活躍，亮點成果不斷涌現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)化研究取得階段性進(jìn)展，應(yīng)用場景探索廣泛開展，將成為未來重大技術(shù)范式變革和顛覆式創(chuàng)新應(yīng)用的新源泉。

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