科技行业：量子技术：新质生产力的下一个突破口？

此报告最后部分的分析师披露、商业关系披露和免责声明为报告的一部分，必须阅读。下载本公司之研究报告，可从彭博信息：BOCM或https://research.bocomgroup.com 交银国际研究行业剖析 科技行业 2024年7月4日 量子技术：新质生产力的下一个突破口？ 量子技术作为新质生产力的重要代表之一，或在计算、通信和测量领域为下游降本增效，提高生产效率。量子技术利用量子叠加态和量子纠缠等不同量子技术实现高效计算、安全通信和精确测量。具体地说，量子计算利用控制亚原子粒子的物理原理来取代当今计算机中晶体管，增加了计算机 单次运算和储存的信息量，提高计算效率。我们认为，目前量子计算机市场仍处于早期探索阶段，不少产品还在实验室阶段，且研发成本巨大。量子通信是利用量子信息单位不可克隆的性质做到信息的保密传输。我们认为量子通信进入民用大规模商业化应用或尚需时日，这个过程需要科研、资本、政府、企业的共同配合和努力。量子测量是一种对物理世界进行间接测量的过程，进而对外界物理量变化导致的微观系统量子态变化进行调控和观测。相对于量子计算和通信，量子测量技术相对成熟。 量子技术代表先进生产力的发展方向，是各国长期投资发展的前沿领域。 十四五以来，量子技术至少在我国国家级的规划和文件里出现过12次。 在2023年12月中央经济工作会议和2024年3月的政府工作报告中，量子技术都被确定为推进新质生产力的重要赛道。根据信通院的统计，2014-23年间，各国政府承诺投资量子技术的规模达221亿美元。资本市场对量子技术热情高涨，根据ICVTA&K数据，全球量子技术总融资规模在2020-23年分别21.2/29.1/33.9/19.0亿美元，主要集中在量子计算领域。2023年，我国在量子计算领域融资规模占全球的8.1%。但我们认为，我 国量子产业未来的规模或远大于当前的融资投入。我们预测2030年我国 在量子产业中的总体市场份额或可达到15%，即359亿美元（约合2,600 亿元人民币），且有望在之后进一步加速增大。 量子技术应用广泛，市场潜力亟待开发：根据ICVTA&K的预测，2023年，全球量子产业总体市场规模或可达到72.4亿美元，其中计算/通信/测量分别为47/10.8/14.6亿美元。到2030年，全球量子产业市场规模或可达到2,391亿美元，对应2023-30年65%复合年增长率，其中计算/通信/测量分别为2,155/197/38.7亿美元。我们认为量子计算市场潜力最为巨大。业界一般认为，2027年末到2028年初或是量子计算的一个里程碑，而之前或 主要集中在一些特殊计算领域。全球量子计算规模在2028年或可达430亿美元，更加接近现在电子计算机的一般用途计算或在2028年后成为行业 增长主要驱动力，到2035年全球量子计算规模或可达8,117亿美元。 量子技术产业链梳理和投资启示：我们总结了量子计算、通信和测量的产业链。量子计算上游包括激光器、稀释制冷机等零组件，中游包括原型机和系统软件，而下游则包括云平台和在金融、人工智能等垂直领域的应用等。我们建议投资者关注国盾量子（688027CH）、本源量子等中国领先企业，以及IonQ（IONQUS）、IBM（IBMUS）、谷歌（GOOGUS）等海 外大型企业量子计算的进展。 王大卫,PhD,CFA Dawei.wang@bocomgroup.com (852)37661867 童钰枫 Carrie.Tong@bocomgroup.com (852)37661804 此报告最后部分的分析师披露、商业关系披露和免责声明为报告的一部分，必须阅读。下载本公司之研究报告，可从彭博信息：BOCM或https://research.bocomgroup.com 目录 何为量子技术4 量子技术：高效，安全，精确5 量子计算：潜力巨大的新型计算平台5 量子通信：加密通信的先进解决方案6 量子测量：期待应用落地8 为什么是量子技术10 我国政策大力支持，量子信息领域积极布局10 量子技术代表先进生产力，是各国科技发展的重点11 资本热情高涨，主要集中在量子计算领域12 量子技术潜在应用广泛，亟待市场潜力开发16 量子计算：市场潜力最大16 量子通信：受益于网络信息安全需求增长17 量子测量：相对成熟，寻找新的上升空间18 量子技术产业链梳理和投资启示20 何为量子技术 2023年9月，习近平总书记在黑龙江考察调研时指出，整合科技创新资源，引领发展战略性新兴产业和积极培育未来产业，加快形成新质生产力。量子技术作为新质生产力的重要代表之一，在海内外日益受到科研、政府、产业重视。量子技术或在计算、通信和测量领域为下游降本增效，提高生产力。 量子技术多种多样，一般的应用主要依赖叠加态和量子纠缠的原理实现： 叠加态原理（superpositionprinciple）：与电子系统粒子确定的状态（一般是0或者1）不同，叠加态量子位可以同时处于0和1的状态。在量子力学里，叠加态原理表明，对于一个量子系统来说，几种不同量子态中的线性组合也依然为其量子态。这线性组合称为“叠加态”。假设组成叠加态的几种量子态相互正交，则这量子系统处于其中任意量子态的概率是对应权值的绝对值平方。这就使得叠加态量子的数值可以是0到1中的数值。而一个叠加态的量子也被认为可以携带超过一个电子比特的信息量。 毛利率(non-GAAP) 58% 57% 56% 55% 54% 53% 52% 51% 50% DilutedEPS(non-GAAP,Rightaxis) 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 量子纠缠（quantumentanglement）：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融合成为整体性质，外界或只能描述整体系统的性质，而形成整体各个粒子的性质不能被单独描述，物理学界把这类现象为量子纠缠（quantumentanglement）。量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象，在经典力学里，找不到类似的现象。而量子纠缠则是当两个或多个量子位纠缠在一起时，无论它们之间的距离有多远，一个量子位的状态改变会即刻影响到另一个，信息则可顺利地在安全地条件下进行交互。 图表1:量子叠加态可以是0和1之间的中间状态 资料来源:Wikipedia，交银国际 图表2:量子纠缠通过量子间的关系实现信息交互 资料来源:ResearchGate，交银国际 1Q24 2Q24E 3Q24E 4Q24E 1Q25E 2Q25E 3Q25E 4Q25E 1Q26E 2Q26E 3Q26E 4Q26E 量子技术：高效，安全，精确 量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域，量子技术相对于传统的基于电子的技术，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，具备超越经典信息技术的潜力。更具体地说，量子计算机利用叠加态达到高效的计算，量子通信领用量子纠缠达到安全的通信，而量子测量则通过外界环境改变微观粒子的量子态，对变化后的量子态进行测量，从而获得更精确的测量结果。 量子计算：潜力巨大的新型计算平台 量子计算，简单地说就是一种进行并行计算的复杂方法，利用控制亚原子粒子的物理原理来取代当今计算机中晶体管。传统计算机用晶体管高或者低电流表示开关（即0或者1）。量子计算机使用量子位进行计算，量子位可以是开、关或之间的任何值的计算单元，而不是传统计算机中开或关、一或零的计算单元。量子位处于中间状态（称为叠加）的能力为计算方程增添了强大的能力，使量子计算机在某些数学方面表现出色。 换句话说，中间状态的存在增加了计算机单次运算和储存的信息量。例如，传统的计算机使用十个比特来表示0到1023之间的任何数字。由于叠加等功能，量子计算机可以同时使用十个量子位来表示0到1023之间的每个数字。对数字进行计算的时候，量子计算机则可一次性对这十个量子位的数字进行一次性的计算。这就像计算中的并行性一样：所有可能性都是立即计算而不是顺序计算，从而提供了巨大的加速。 这种应用亚原子粒子的物理原理进行计算的缺点，除了对更加复杂的状态转化和运算算法提出更高要求外，还主要体现在外界对于中间状态的判断或出现误差，从而导致信息在传输过程中的错误。这也是各国在量子计算竞争中的核心竞争力。 2018-01 2018-06 2018-11 2019-04 2019-09 2020-02 2020-07 2020-12 2021-05 2021-10 2022-03 2022-08 2023-01 2023-06 2023-11 2024-04 图表3:英伟达量子计算机架构图 80 PE(NTM)Mean+1S.D.-1S.D. 60 40 20 0 资料来源:英伟达，交银国际*注:HPC=HighPerformanceComputing（高性能计算），QC=QuantumComputer（量子计算机），QPU=QuantumComputingUnit（量子计算单元） 需要指出的是，现行的量子计算机在设计上依然需要与现有的电子计算做一定配合，如上图所示，量子计算机的数据输入与输出均需要电子计算机。电子计算机将比特数字信号输入量子计算机进行加速计算，再将运算结果返回到传统电子计算机。 我们认为，目前该市场仍处于早期探索阶段，不少产品还处在实验室阶段，且在我国以安徽省与中国科技大学的实验室为主。我国量子创业公司技术主要源起高校实验室，代表企业包括：国盾量子（688027CH）、本源量子、国仪量子等。2024年1月，中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”在量子计算芯片安徽省重点实验室上线，该量子计算机搭载72位自主超导量子芯片“悟空芯”，是目前中国最先进的可编程、可交付超导量子计算机。海外主要以IBM、Google、英伟达等大厂为首，同时也诞生出IonQ、Rigetti、D-Wave等通过SPAC收购方式上市的初创公司。 量子计算机研发成本巨大。小型量子计算机的平均研发成本可达1,000-1,500万美元。以超导/硅量子计算机为例，超导/硅量子计算机核心是量子芯片、mK级稀释制冷机、微波控制电路系统（一体化量子计算控制系统、射频微波线缆、低温电子器件、射频微波仪器）。超导稀释制冷机的成本高达50万美元，软 件和算法开发平均成本为20-50万美元。维护和运营小型量子计算机的年度运 营成本约为100-200万美元。且尚需进一步探索应用落地。 量子通信：加密通信的先进解决方案 量子力学有三大原理，即不确定性、测量坍缩、不可克隆。如果说量子计算机是利用不确定性提高计算效率，那么量子通信则是利用不可克隆的性质做到信息的保密传输。换句话说，量子通信利用量子叠加态和纠缠效应，在经典通信辅助下实现密钥分发和信息传输，理论层面具有可证明的安全性。根据具体的技术，量子通信又可分为量子密钥分发（QuantumKeyDistribution,QKD）、量子随机数发生器（QuantumRandomNumberGenerator,QRNG）、后量子密码学（Post-QuantumCryptography,PQC）和量子遥传（QuantumTeleportation，QT）等量子保密通信技术。而通信系统则是在这些技术的基础上，利用新型或者传统的通信协议，搭建端到端的通信发送与接收系统。 近年来，实验系统的研究持续活跃，样机产品研制和示范应用探索逐步开展，但应用与产业发展面临诸多挑战。而近期Google最新研发了PQC算法，IBM推出量子安全路线图以及启动欧盟的EuroQCI项目都凸显了该领域的蓬勃发展。不过，这些系统依然存在系统复杂度高、造价高昂、应用市场不广阔、对用户的专业能力要求高等壁垒。量子通信进入民用大规模商业化应用或尚需时日，这个过程需要科研，资本，政府，企业的共同配合和努力。 量子密钥分发（QKD）是利用量子力学特性实现密码协议的安全通信方法。