2025年量子信息行业分析:引领未来全球科技变革之关键力量

量子信息:引领未来全球科技变革之关键力量

量子技术正在成为全球科技竞争新焦点

2025年7月,欧盟委员会正式推出《量子战略》(Quantum Strategy),旨在2030年前使欧洲成为全球量子技术领导者。该战略将培育具有韧性和自主性的量子生态系统,助力初创企业成长,推动突破性科研成果转化为市场应用,巩固欧洲的科学领先地位。量子技术将从医药研发突破到关键基础设施安全防护,彻底改变应对复杂挑战的方式;不仅将为欧盟工业竞争力和技术主权开辟新机遇,还可在国防安全领域展现出军民两用潜力。预计到2040年,该领域将在欧盟创造数千个高技能位,全球市场规模突破1550亿欧元。9月,美国和英国签署《科技繁荣协议》,重点聚焦人工智能、量子科技和民用核能三大前沿技术领域合作。双方将共同开发量子计算机,以改变国防、金融和医疗保健;成立美英基准测试工作组,以加速量子计算硬件、软件和算法基准测试的突破;利用人工智能和高性能计算,通过协调研究合作加速量子算法开发和系统准备;通过量子计算、传感和网络领域的互补多边和双边预标准化活动,推进可信赖的、可互作的量子技术标准。科技巨头英伟达对量子计算的态度发生较大转折。英伟达CEO黄仁勋在年初还认为量子计算实用化还需“数十年”,6月份即公开表示该技术正迎来“拐点”,实用化可能比预期更早到来。英伟达的战略并非自己制造量子处理器(OPU),而是致力于成为连接量子计算与经典高性能计算的平台和基础设施提供者。其早在2024年11月推出的CUDA-O开源平台就是这一战略的核心,旨在将GPU的优势与量子处理器相结合。近期、英伟达已经完成对两家量子计算企业投资,分别为离子阱(Trappedlon)技术路线的0uantinuum,以及光量子技术子(Photonic)路线的Postquantum。

我国高度重视量子科技新质生产力发展

2024年3月,国务院《政府工作报告》指出,2023年我国科技创新实现新的突破、包括“是子技术等前沿领域创新成果不断涌现”等、“制定未来产业发展规划,开辟最子技术、生命科学等新赛道”。2024年3月。国务院国资委按照“四新”(新赛道、新技术、新平台、新机制)标准,遴选确定了首批启航企业,加快新领域新赛道布局、培育发展新质生产力。首批启航企业多数成立于3年以内,重点布局人工智能、量子信息、生物医药等新兴领域。中美科技竞争加剧,22家国内量子科技研发机构被列入美国实体清单。当地时间2024年5月9日,美国商务部发布消息,37家中国实体被加入实体清单,其中22个实体与量子科技有关。北京量子信息科学研究院、中国科学院量子信息和量子科技前沿创新卓越中心、本源量子、深圳量子科学与工程研究院等国内一线量子产业科研机构均在名单上。

前沿创新具备突破经典信息技术瓶颈的潜力

最子信息技术属于战略性、基础性的前沿科技创新。以量子力学原理为基础,通过对微观最子系统中物理状态的制备、调控和测量,实现信息感知。计算和传输。主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大应用领域,在提升计算困难问题运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面,具备突破经典信息技术瓶颈的潜力。

主要应用场景、技术路线及发展方向

量子信息三大技术领域在研究发展水平,技术实用化程度,产品工程化能力和产业化应用前景等方面各有差异。量子信息技术的研究和应用仍面临一些共性关键技术和核心问题瓶颈需要进一步攻关突破。例如,量子通信中的高品质量子态光源,高效纠缠制备分发及探测,高性能单光子探测,以及量子态存储与中继技术等;量子计算中的高维纠缠态制备与操控,高品质样品材料制备,超低温和磁场隔离环境,高精度操控测量系统等;量子测量中的高精度操控系统和集成化隔离屏蔽环境等。上述基础共性关键问题研究的攻关和突破,是量子信息技术进入实用化和产业化主要控制性因素

量子信息产业相关市场规模展望

量子计算:根据IDC数据,2022年全球量子计算技术(包括硬件、软件和即服务解决方案)市场规模为11亿美元,2027年将增长至76亿美元左右。预计量子计算的商用元年在2030年,市场需求超过1000亿美元,2022-2030年年均复合增长率达79.72%。量子通信:量子通信产业从目前已经发展的形态来看,主要是由量子物理加密产品与技术(例如QKD)、POC、ORNG等带来的产业价值。到2025年,预计市场规模将达到35.04亿美元。根据Coherent MarketInsights数据,2030年全球量子通信产业规模预计达到78.5亿美元。量子测量:ICV TA&K数据显示、2022年,全球量子精密测量市场规模达到13.27亿美元,产业整体初具规模,预计2030年,量子精密测量市场数据增长到25.27亿美元。

量子计算:理论算力指数级超越电子计算

量子计算的颠覆性技术优势

2012年“量子优势”(quantum supremacy)概念提出;2019年谷歌团队实现实验验证,开启量子优势新时代;2020年,潘建伟院士团队基于高斯玻色采样模型成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”,进一步验证了量子优势。当前、量子计算机所能拥有的量子比特数已经由最初的2量子比特增长到了数百量子比特,并正以可观的速度继续增长。近期、玻色量子推出1000量子比特的相干光量子计算机模型,标志着专用量子计算正式迈向千比特规模化实用新阶段。相关技术不断突破,为实现更可靠、更大规模的量子计算,以及挖掘基于量子计算的人工智能应用带来更多可能性。

近年来基础理论研究与技术应用创新的发展迅速

当前,最子计算产业正处于技术突破、应用探索、产业培养同步推进的关键期。相关科研基础理论研究及技术应用创新发展极其迅速,已经成为全球新一轮科技竞争的前沿研究热点。

理论研究:全球量子计算科研论文数量,从2015年的1000余篇增至2024年的5000余篇。2019年开始进入加速期,2020-2021年均增量超过500篇2024年增量达到1600余篇、同比增速42%,基于发展趋势判断,我们认为在相关基础理论科研领域已经进入不断突破、快速落地的成长早期。发明专利:近十年,全球量子计算发明专利申请量共计19000余件,授权总量达到8000余件。专利授权方面,2016开始进入稳健增长期,2024年创下峰值记录。根据现有数据判断,预计未来年授权规模仍将保持稳健、快速增长态势。技术来源:美国和中国属于量子计算专利申请的主要技术来源国、分别占比49.34%和24.36%,在相关领域的创新活力与技术产出能力较强。此外欧洲、日本、印度、韩国等国家(地区)也均有一定技术占比。

行业投融资渐趋活跃态势明显, 2025年有望实现跨越式 增长

2017年行业投融资活跃度开始明显提升,2021-2022年总量初具规模。2021年起每年公开披露的投融资总金额突破15亿美元。2022年度投融资笔数超过100笔。2024年全球量子计算领域的融资总额为20.15亿美元:相比于2023年,增长了30.34%、行业成长动能进一步增强。2025年上半年仅量子计算领域投融资金额已经超过20亿美元,Psi0uantum(7.5亿美元)、QuEra(2.3亿美元)、Multiverse Computing(两轮共 2.85 亿美元等业内知名企业获得大笔融资,预计全年投融资总金额将达到新的高峰,整体来看,相关领域投融资活动渐趋活跃,但仍处于相对早期投资阶段此外,政府支持的创新投资计划等机制正在全球范围内发挥积极作用。

量子通信与量子测量:绝对安全与极限精度

量子通信:迄今唯一被严格证明无条件安全的通信方式

量子通信是利用量子力学原理对量子态进行操控的一种通信形式,是迄今唯一被严格证明无条件安全的通信方式。主要包括,量子密钢分发(OKD),利用量子的不可复制性以及测量的随机性来生成量子密码,给传统的数字通信加密;最子隐形传态(OT),利用量子纠缠直接传送量子比特,主要是是为了给量子计算机之间的通信使用。此外,还包括相关的后量子加密(POC)技术,是抵御量子计算攻击的公钥密码技术,量子密钥分发(OKD):通过对单光子或光场正则分量的量子态制备、传输和测量,首先在收发双方间实现无法被窃听的安全密钥共享,之后再与传统保密通信技术相结合完成经典信息的加解密和安全传输。基于OKD的保密通信称为量子保密通信,目前已经进入产业化应用阶段,商用化产品研发和试验网络建设发展较为迅速。

量子隐形传态(OT):基于通信双方的光子纠缠对分发(信道建立)、贝尔态测量(信息调制)和么正变换(信息解调)实现量子态信息直接传输,其中量子态信息解调需要借助传统通信辅助才能完成。目前,子隐形传态仍处于基础研究阶段。后量子加密(POC):量子计算带来了破解现有数字安全加密技术的潜力。后量子密码学提供了一系列算法,旨在对抗量子计算机的能力,确保数据在未来仍然安全。作为一种基于数学算法,通过芯片和配套软件系统实现的方案,在成本和使用铺盖效率上较OKD有优势。

量子通信:全球行业规模预估及市场结构

行业规模。量子通信是量子信息学的重要分支,其具有不可克隆、不可分割和不可预测的特性,能够从根本上保证信息传输的绝对安全。根据前瞻产业研究院相关数据,2023年全球量子通信行业市场规模仅约10亿美元。初步估算,随着国防、信息安全需求的不断增长,2024年全球量子通信行业市场规模将快速增长超过26亿美元,未来六年行业复合增速更将达到39.5%。

市场结构。当前,从技术上来说仅有量子密钥分配实现产业化、规模化商业应用,因此我们通常说的量子通信狭义上指的就是量子密钥分配或者量子保密通信。最子通信市场规模构成也主要有量子密铜分配设备及服务、ORNG设备和POC算法服务等。根据前瞻产业研究院相关数据,2023年全球量子通信市场中,量子密钥分配设备及服务市场规模占比最大超过80%。

国内主要科技企业在量子技术及相关应用领域的市场布局

当前,全球量子信息产业培育进入起步期,逐渐成为风险投资的新风口。量子信息产业的发展主要以企业为主力军,以产学研合作的形式进行开发,正在形成科技巨头争相进入和初创公司蓬勃发展的局面。

综合来看,量子信息产业当前技术成熟度整体较低,在量子计算领域,现阶段量子计算的研究发展水平距离实用化仍有较大差距;在量子通信领域,进入实用化阶段的量子密钥分发主要面向信息安全领域应用;在量子测量领域,原子钟、核磁共振陀螺和单光子探测等基于已有技术平滑升级演进的量子测量方向发展更加成熟,实用化水平更高。整体来看,量子技术正处在产业化的初期阶段,但未来具有广泛的应用潜力。

报告节选:


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