量子计算方向优秀论文范文赏析——量子信息产业发展全球趋势和我国现状

　　一、全球量子信息产业发展态势和我国现状

　　(一)加快量子信息技术和产业发展已成为全球主要国家的基本共识

　　近年来，量子信息技术已成为全球科技竞争的重点领域之一，各国家 / 地区相继发布量子信息相关倡议，在科研投入、人才培养、产业培育等方面加快布局。据不完全统计，截至 2024 年 5 月，已有 30 余个国家和地区制定了量子信息领域发展倡议或规划法案，投资总金额超过 290 亿美元。

　　我国高度重视量子信息发展，是全球最早出台有关倡议规划的国家之一。2016 年，“十三五” 规划首次将 “量子通信”“量子计算机” 纳入 “科技创新 2030 - 重大项目”;2020 年，习近平总书记作出 “要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展倡议谋划和系统布局” 的重要指示;“十四五” 规划、“十四五” 数字经济发展规划以及近几年《政府工作报告》多次提及量子信息科技。2024 年 1 月，工业和信息化部等七部门出台《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，将量子信息作为前瞻部署未来产业发展方向的重点赛道;党的二十届三中全会强调 “完善推动量子科技等倡议性产业发展政策和治理体系”;2025 年《政府工作报告》强调，“建立未来产业投入增长机制，培育量子科技等未来产业”。与此同时，部分省市结合自身特色相继发布相关科技创新政策，着力加大对量子信息领域的资源投入力度。

　　(二)我国目前在量子通信领域处于较领先地位

　　专利方面，据麦肯锡统计，2000-2023 年量子技术领域的专利授权中，欧盟合计占量子技术授权专利总数的 44%，美国(37%)和日本(20%)的全球专利授权份额也处于领先位置;中国则在量子通信领域发展迅速，专利授权总量居全球第二。企业方面，据中国信息通信研究院数据，截至 2023 年 9 月，欧洲、美国量子计算领域企业数共计 175 家，全球占比超过 60%，中国相应领域企业数(35 家)不及美国一半;量子通信领域中国相关企业数量最多，共有 42 家，欧洲和美国分别为 27 家、13 家;量子测量方面欧美企业共 80 家，全球占比超过 60%，中国相关企业共 22 家。

　　(三)量子计算：发展潜力强劲，但受现有技术限制商业模式仍需验证

　　量子计算在理论和技术发展趋势层面均有较强潜力

　　从理论角度来看，以机器学习、深度学习、大数据等为代表的新兴技术的快速崛起，对低功耗、小尺寸、异质整合及超高运算速度的芯片架构技术提出了更高的要求，在摩尔定律的前提下，以硅基为基础的集成电路技术演进已接近物理极限，量子计算有望成为后摩尔时代计算能力跨越式发展的重要方案之一。

　　从未来落地趋势判断，量子计算的商业化落地形成的经济价值值得期待。目前量子计算行业处于噪声中等规模量子(NISQ)阶段，量子计算机能够执行一些超越经典计算机的特定任务，如量子模拟和某些优化问题;预计 2028-2033 年，多种技术路径的专用量子计算机将会不断涌现，在特定领域应用实现突破;2034-2040 年，随着技术路径收敛，有望研制出可纠错通用量子计算机，具备更强大的计算能力且能够执行复杂的量子算法;预计到 2040 年以后，量子计算将进入全面容错量子计算时代(FTQC)阶段，实现通用运算错误率接近或小于经典计算机。从产业规模来看，量子计算产业具有强劲的增长潜力。据 ICV Tank 数据，2023 年，全球量子计算产业规模达到 47 亿美元;2027 年，专用量子计算机预计将实现性能突破，带动 2023-2028 年平均增长率(CAGR)达到 44.8%;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，2035 年总市场规模有望达到 8117 亿美元。

　　短期内主要国家竞争激烈，各环节关键技术突破之路依然漫长

　　上游环节主要为量子计算提供基础硬件和技术支持，是研制量子计算原型机的必要保障，包括稀释制冷剂、测控系统、低温组件、真空系统、激光器、光学探测器等硬件以及软件开发工具包等。由于量子信息技术路线目前仍未统一，对硬件方面需求趋于多元化、碎片化，抬升技术攻关难度的同时也限制了上游企业的发展。目前，欧美企业在上游领域市场份额占比较高，而中国在一些关键设备和元器件方面仍面临 “卡脖子” 问题，尤其是在量子芯片和超低温设备等方面，亟须进一步加强创新和突破。

　　中游环节涉及量子计算原型机硬件和软件的研发与生产，是整个产业生态的核心，国内和国外技术路线选择方面各有侧重。硬件方面，依据中国信通院定义，主要可分为两大技术路线：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。当前量子计算各技术路线的性能指标发展水平参差不齐，但距离实现大规模可容错通用量子计算的目标都还有很大差距。从国际比较来看，美国在原型机研制和软件研发方面具有一定的优势，中国的量子计算硬件发展主要侧重超导和光量子技术上。软件方面，量子计算软件技术水平与经典软件成熟度相距尚远，难以实现传统 Wintel 模式的软硬件一体化生态体系架构。

　　下游环节未来有望形成万亿级别的增量空间，但受限于硬件技术的复杂性，目前以云平台商业模式为主。量子计算的应用基本涵盖了化学、金融、人工智能、交运航空、气象等众多行业领域。综合麦肯锡和波士顿的测算结果，量子计算通过赋能金融、能源材料、生命科学、先进工业、传媒、交通物流等行业，2035 年预计将形成 0.8 万亿～1.6 万亿美元产值的增量空间。

　　整机成本高昂是量子计算产业落地亟须解决的关键问题

　　量子计算机成本涵盖研发、硬件、软件和算法开发、维护和运营等。据 Quantum Zeigeist 测算，单台商用量子计算机的成本约为 1000 万～5000 万美元，具体取决于其功能和规模。通过成本拆解测算，预计一台 400 超导量子比特计算机成本约 1545 万美元，结合 IONQ、Rigetti、D - wave 三家量子上市公司 2022 年毛利率估算，整机销售单价高达 5150 万美元。

　　(四)量子通信：最先进入应用阶段的量子科技，我国基本实现核心设备全链生产

　　量子通信利用量子叠加态及纠缠效应，在经典通信辅助下，进行量子态信息传输或密钥分发，具有无法被窃听的信息安全性保证。特别是伴随量子计算机的发展，量子算法能够快速破解公钥密码体系。

　　产业确定性较强，但技术主攻方向有限，未来潜力可能不及量子计算

　　据 ICV 预测，2023 年，全球量子通信市场规模已达 108 亿美元，远高于量子计算产业(47 亿美元)。但由于量子通信的技术主攻方向有限，旨在实现信息的绝对安全传输和处理，或无法实现量子计算的爆发式增长规模。预计到 2030 年，全球量子通信市场规模将达到 431 亿美元，2021-2030 年年均增长率约为 34%。

　　国内在量子通信各细分领域均处于世界前列

　　量子通信主要包括两个方向，一是量子密钥分发(QKD)，通过特定协议在通信双方之间共享密钥，确保任何企图窃取传送中的密钥都会被合法用户所发现;二是抗量子密码(PQC)，这是能够抵抗量子计算对公钥密码算法攻击的新一代密码算法，可以实现安全的加密和签名操作，从而保护敏感信息免受 “先存储，后解密” 的威胁。

　　一方面，我国在 QKD 相关技术方面相对优势明显。目前，多种协议类型的量子密钥分发系统在国内外已经实现商用，但商用量子密钥分发系统的性能仍有明显瓶颈，对传输距离和密钥成码率要求较高。自由空间传输方面，以 “墨子号” 为代表的关键工程已实现 1200 千米通信距离的星地量子密钥分发;中继光纤网络方面，光纤量子保密通信骨干网 “京沪干线”、中国合肥量子城域网取得突破，已成功应用于金融、政务、医疗等多个领域。另一方面，中国和欧美在 PQC 产业化方面齐头并进。此外，我国基本实现了核心设备全链生产，核心技术自主可控。从应用来看，由于目前量子通信传输速率有限，更适合传输信息量小、对保密性要求高的应用场合，因此多应用于金融、政府、军队等重要领域。

　　(五)量子测量：量子技术应用下的新赛道，技术衍生和应用尚处于摸索阶段

　　量子测量旨在利用量子资源和效应，实现超越经典方法的测量精度，是原子物理、物理光学、电子技术、控制技术等多学科交叉融合的综合技术。量子计算机和量子通信被广泛认为是最具潜力的量子应用，但技术研发进展较慢，其中主要原因之一是对外部干扰的强烈敏感性。量子精密测量便是基于这一特性，实现对外部某些物理量的测量。

　　产业整体处于初级阶段，规模和增长潜力相对不足

　　大多数量子测量技术仍处于实验室研发和原型机攻关阶段，从研发 - 落地 - 应用的完整环节尚未打通。据 ICV Tank 测算，全球量子精密市场规模预计从 2019 年的 11.2 亿美元增长到 2030 年的 25.3 亿美元，年复合增长率为 8%。

　　我国量子测量技术前沿研究仍处于追赶阶段

　　从国内外对比来看，部分领域国内成果与国际先进水平还有 1～2 个数量级的差距;公司参与程度、产业化程度方面，我国与欧美国家差距较大。欧美多家公司已推出基于冷原子、超导、SERF、核磁共振等量子技术的重力仪、频率参考(原子钟)、磁力计、加速度计、陀螺仪等商业化产品。当前，我国量子测量应用与产业化正在逐步发力。较为成熟的量子测量产品主要集中于量子时频同步领域。据中国信通院数据，中国电子科技集团有限公司、中国航天科技集团有限公司、中国航天科工集团有限公司和中国船舶重工集团有限公司下属的一些研究机构正在各自优势领域开展量子测量方向研究，逐步实现原理样机向工程化产品的转化，未来的 5～10 年有望形成产业化能力基础。

　　二、当前我国量子信息产业发展面临的挑战

　　(一)主要国家竞争持续加剧，外部环境持续承压

　　第一，亟须建立科学高效的组织机制。我国目前尚未形成科学高效的组织运行机制，为应对复杂的外部竞争环境，亟须谋划布局适合自身国情的研发规划和组织架构，形成全国统一的实施方案策略。美国是全球唯一以法案形式推广实施量子技术的国家。《国家量子倡议法案》不仅规定各联邦机构实施 QIS(量子信息科学)的责任，同时各部门发挥专项职能，确保其在研究、发展、演示、应用方面始终处于国际领先地位。

　　第二，部分国家试图通过同盟合作的方式将中国隔离在全球创新生态体系之外。当前，部分国家试图打造隔离中国的所谓 “民主国家量子科技联盟”，就量子信息科技领域合作签署联合声明，还有一些国家也表明双方将在量子科技领域合作。在量子信息研发方面，美国采用更加开放的全球研发生态，充分利用大学、研究机构以及私营企业的优势。在西方量子产业生态构建新格局下，我国量子及相关技术进出口将受到更大范围的限制，可能不利于我国量子信息科技创新发展。

　　第三，尚未出现技术创新引领的科技领军企业，在未来产业长远国际竞争中存在隐忧。企业是美国持续推进量子技术研发的重要主体，据兰德公司《对美国和中国量子技术产业基础的评估》报告，目前至少有 182 家企业开展技术研究和应用，IBM、谷歌、微软、英特尔、霍尼韦尔、亚马逊等美国科技巨头已经成为推动量子计算技术与应用加速发展的主要动力。而我国大量科研仍由少数研究型大学和科研院所主导，且有应用价值的科研论文难以实现科技成果转化。

　　(二)围绕量子产业发展的 “教育 - 人才 - 科技” 循环尚未畅通

　　第一，社会各界对量子信息发展依然存在质疑。受传统经典物理理论的影响，量子隔空传输、多光子纠缠和干涉度量学等理论的出现一直备受学界和社会关注。但是，纵观量子信息技术的发展历程，大多技术还停留于实验室研究阶段或产业化应用的起步阶段，何时可取得突破性进展还有待时间的检验。

　　第二，人才培养体系不够健全。当前，国内量子信息人才培养体系的建设仍处于初步探索阶段，开设量子信息专业的高校较少。2020 年以来，仅有中国科学技术大学、国防科技大学、长江大学和清华大学设立了面向本科生的量子信息科学专业;92 所高校或科研院所招收量子信息硕士研究生，但大部分基于物理学、光学、材料工程、电子信息等学科衍生研究方向。

　　第三，核心设备及先进材料依赖进口，关键领域自主可控水平较低。受制于我国高端测量测试仪器设备、电子元器件龙头企业匮乏、创新能力不足等问题，我国量子信息领域的系统硬件和整机研发的进度受到极大阻碍。亟待在测量测试仪器设备、稀释制冷机、集成芯片设计与制造、软件算法框架设计、核心元器件研发与集成、先进材料(含量子材料)制备等领域实现自主可控。

　　第四，应用场景有待进一步拓展。部分地区在量子信息产业应用场景上的试点布局较早，但仍未形成大规模落地，同时各地量子信息应用领域和实际应用场景仍需进一步研究和界定。

　　(三)政府资金投入带动社会资本投资效应不足

　　由于产业未来存在诸多不确定性，在发展早期主要依赖财政资金支持。据麦肯锡数据，截至 2023 年年底，我国政府对量子技术累计投入 153 亿美元，位居全球第一。但是财政资金对社会资本的撬动作用仍然不足。据光子盒统计，截至 2023 年年底，我国有超过半数量子初创企业未获得融资，约 2/3 的量子初创企业超过 1 年未有融资，并且仅有约 1/10 的量子初创企业成功获得了 B 轮及之后轮次的融资;从单次融资资金规模来看，我国只有美国量子公司单笔融资金额的约 1/5;融资方式方面，我国量子初创企业投融资方式缺少债务融资、股权融资、政府资助等。此外，美国量子技术领域的成熟资本市场和多样化退出机制为公司和投资者提供了良好的市场环境，拥有多家上市公司(包括 SPAC 上市)，反映了其量子产业投资退出途径的优势。相比之下，我国量子产业的退出渠道受到限制，缺乏类似的投资变现途径，目前仅有一家上市公司(国盾量子)。

　　三、政策建议

　　全球量子信息科技目前正处于技术研究与产业探索的初级阶段，由此也为我国抓紧抢占量子科技领域领跑地位创造了重大机遇。当前，既要持续完善顶层设计，确保规划的前瞻性和科学性，也应当加快推动区域、产业合理化布局，加快推动量子产业生态体系的构建和完善。

　　一是出台量子科技倡议规划，构建科学高效的组织实施体系。应发挥新型举国体制优势，探索发布聚焦量子信息技术的攻关目录和发展指引，建立关键技术动态清单，综合研判、梳理部分关键技术领域差距对我国国家安全的风险，前瞻性部署一批倡议性、储备性技术研发项目，搭建跨学科、大协作、高强度的协同创新基础平台。补齐配套体系短板，加快行业资质和测评认证等体系建设研究，为科研成果转化建立体制机制保障。充分调动和鼓励市场积极性，对从事相关领域的企业给予更多政策支持，重视知识产权保护，推动并鼓励量子企业参与国际标准制定与国际专利申请。加强应用场景搭建，支持量子信息技术和产品在政府、事业单位、关键行业等先试先用。

　　二是着力打造中国量子品牌。充分发挥部分地区量子信息产业化全国领先的优势，建设量子信息产业园和产业集聚发展基地，如合肥 “量子中心”、济南 “量子谷” 等。持续举办量子科技论坛、量子高端峰会等国际性学术交流活动，通过高频互动和全媒体宣传推广，把中国量子信息产业转化为品牌影响力，持续打响量子信息国家倡议。此外，要加大量子科普宣传行动和行业监管，有力破除打着量子高科技旗号的概念炒作和伪科技产品等骗局;密切跟踪量子信息技术和产品发展，保证量子信息产业发展安全，预防未来风险。

　　三是强化量子学科建设和早期教育，培养量子科技人才。建议借鉴国外先进经验，完善量子科学在义务教育阶段的课程培训体系，通过科普墙、校园科技类专题活动、参观量子科教基地等形式，培养青少年对量子信息等前沿技术的认知和兴趣。完善人才引进机制建设，筛选量子信息各细分重要人才，建立国家级专家人才库，对入库科研人员考虑个税减免优惠和专项补贴。面向全球发布人才需求，建立全球量子信息顶尖人才库，通过提供包括绿卡、研究团队组建、启动资金、住房等方面支持，积极引进高端专业人才。完善科研人员绩效考核评价机制，从注重学术论文的发布数量，向注重研发成果的转化转变。

　　四是加快各主体聚焦量子技术协同创新。建设量子信息科创企业孵化基地，引导企业前瞻谋划新赛道，按产业需求建设一批中试和应用验证平台，为关键核心技术验证提供试用环境。通过财政资金、税收优惠等方式，鼓励企业加大对量子技术研究和开发的投入，提高企业的技术创新能力和核心竞争力。由政府牵头，搭建企业与高校、科研机构之间的合作平台，在高校和科研机构设立科技成果转移转化工作组或办公室等形式，推动量子信息成果与产业、企业需求有效对接。

　　五是加大政府科技投入力度，探索多元化资金投入。国家设立量子信息产业投资基金，通过国家引导、专业科研人员论证、社会资本参与，快速推动对具有产业化前景的量子科技前沿成果的及时投资和孵化。建议开放企业申请科研基金的限制，从需求端牵引基础研究持续推进。同时，加快形成量子信息产业从基础研发、小试中试到产业化不同阶段的差异化资金支持机制，鼓励政策性银行和金融机构等加大投入，支持商业银行探索设立专户科技贷款运营机制，实现 “专户专贷、专项考核”，科技账户只能发放科技贷款，缓解银行对不良资产的顾虑。

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