计算机：量子科技：见微知著、革故鼎新

2024年07月15日 计算机 量子科技：见微知著、革故鼎新 行业深度分析 证券研究报告投资评级领先大市-A维持评级 量子科技：未来科技的颠覆式创新，新质生产力的重要方向 两次量子革命带来颠覆式的科技创新。第一次量子革命发明与发展了原子能、激光、超导、晶体管、核磁共振成像等基于量子力学效应的信息技术，第二次量子革命基于操控微观粒子的叠加、纠缠等行为，进行信息获取、处理和传输产生颠覆性的科技创新。当前量子科技产业主要包括量子计算、量子通信、量子测量、抗量子密码四大研究领域。 量子科技成为新质生产力重要方向，有望迎来政策支持。2024年两会政府工作报告在“加快发展新质生产力”中，提出“制定未来产业发展计划，开辟量子技术、生命科学等新赛道，创建一批未来产业先导区”。3月29日，国务院国资委遴选确定首批新质生产力的启航企业名单，重点布局了人工智能、量子信息和生物医药领域。5月10日，李强总理来到中科院量子信息与科技创新研究院，再次体现政府的重视，量子科技产业有望成为新质生产力重要方向。 积极布局量子计算、量子通信、抗量子密码三条投资主线 量子计算：算力产业的颠覆式创新，未来科技的锋利之矛。量子计算机的量子比特利用量子叠加态原理实现处理信息量的指数级增长，以Shor算法为例，可以在20万个错误率在0.1%的量子物理比特上在8个小时内破解2048位的RSA密码，而用经典计算机则需要几百年的时间进行破解。从产业链来看，量子计算芯片、稀释制冷机和室温测控系统成为量子计算机主要组成部分。根据ICV的报告，2023年全球量子计算产业规模达到47亿美元，2023至2028年的年平均增长率（CAGR）达到44.8%，有望实现高速增长。建议关注：量子计算整体解决方案提供商【国盾量子】、量子测控系统提供商【普源精电】等。 量子通信：量子技术实现密钥分发，信息安全的坚固之盾。基于传统RSA算法的密钥分发和数字签名技术，在量子计算时代存在较大的安全风险。量子保密通信将经典密钥转换成量子形态的密钥，利用量子不可复制、纠缠等物理特性实现密钥分发过程的绝对安全。从产业链来看，量子密钥分发设备（QKD）成为行业的核心设备，上游包括芯片+光源+单光子探测器+量子随机数发生器，下游主要在政府、金融、电力等关基行业率先落地。从建设进度来看，中国已经形成骨干网-城域网-空天一体的三步走发展战略，当前已经建成长度超过1万公里的广域量子保密通信一期骨干网，未来城域网和空天一体网络建设有望加速。建议关注：QKD设备商【国盾量子】、系统集成商【神州信息】等。 抗量子密码：密码原理的底层创新，应对量子攻击的新型方案。抗量子密码 （PQC）是能够抵抗量子计算对现有密码算法攻击的新一代密码算法。从产业进展来看，美国NIST将于今年夏季发布第一版的抗量子密码算法标准，从而开启美国抗量子密码迁移的路线图，预计美国对于软件/固件签名和传统网络设备的迁移将在2030年前完成。建议关注：密码厂商【吉大正元、信安世纪格尔软件、三未信安】等。 风险提示：政策推进不及预期；技术突破不及预期；商业化落地不及预期。 首选股票目标价（元）评级 计算机 沪深300 36% 26% 16% 6% -4% -14% -24% -34% -44% 2023-072023-112024-032024-07 行业表现 资料来源：Wind资讯 升幅%1M 相对收益-2.7 绝对收益-7.4 3M12M -11.7-26.5 -15.1-38.1 赵阳分析师 SAC执业证书编号：S1450522040001 zhaoyang1@essence.com.cn 夏瀛韬分析师 SAC执业证书编号：S1450521120006 xiayt@essence.com.cn 袁子翔分析师 SAC执业证书编号：S1450523050001 相关报告科技自立自强，聚焦泛信创 2024-07-01 攻关和前沿领域探索华为HDC2024开幕，纯血鸿 2024-06-23 蒙+盘古大模型联袂亮相CopilotPC和AIphone双 2024-06-17 剑齐发，端侧AI渗透率拐点将至车路协同迎来密集催化，关 2024-06-10 注路侧、商用车、自动驾驶三条主线AIPC进展加速，WoA未来可 2024-06-03 期 yuanzx@essence.com.cn 内容目录 1.两次量子革命引领技术发展，新质生产力带来政策催化8 1.1.技术：两次量子革命带来颠覆式技术创新8 1.2.政策：全球积极布局，国内外政策齐发力11 1.3.产业：四大研究领域共创新需求26 2.量子计算：算力产业的颠覆式创新，未来科技的锋利之矛38 2.1.量子计算原理：量子比特实现量子优越性38 2.2.量子计算机：从NISQ向FTQC迈进，技术路线较为多元45 2.3.量子计算机结构：量子芯片、稀释制冷机和测控系统是核心54 2.4.量子计算应用：产业百花齐放，量子云平台构筑量超融合算力网60 2.5.量子计算展望：科技巨头明确发展路线图70 3.量子通信：量子技术实现密钥分发，信息安全的坚固之盾74 3.1.量子通信原理：利用量子技术实现密钥分发74 3.2.量子通信产业链：QKD是核心设备，关基行业率先落地77 3.3.全球量子通信产业：美国和欧盟积极布局84 3.4.国内量子通信产业：三步走战略实现全覆盖88 3.5.量子隐形传态：未来量子互联网的核心技术93 4.抗量子密码：密码原理的底层创新，应对量子攻击的新型方案95 4.1.量子计算对加密构成威胁，抗量子密码应运而生95 4.2.全球积极布局抗量子密码，标准即将发布98 4.3.抗量子密码迁移进程逐渐开启，产业蓄势待发106 5.相关标的梳理109 5.1.国盾量子109 5.2.国芯科技111 5.3.普源精电112 5.4.科华数据113 5.5.中国长城114 5.6.IonQ115 5.7.RegettiComputing116 5.8.D-WaveQuantum117 5.9.神州信息118 5.10.浙江东方119 5.11.光迅科技120 5.12.亨通光电121 5.13.迪普科技122 5.14.金卡智能123 5.15.科大讯飞124 5.16.格尔软件125 5.17.信安世纪126 5.18.吉大正元127 5.19.三未信安128 5.20.电科网安129 5.21.浩丰科技130 5.22.科大国创131 图表目录 图1.量子科技产业整体发展历程梳理9 图2.量子计算机逐渐从理论走向实现10 图3.美国量子信息技术实施机构及组织架构13 图4.量子科学生态系统三大支柱14 图5.三大研发机构资金规划情况14 图6.美国NQI法案颁布后的QIS量子战略总体联邦预算（百万美元）14 图7.按项目组成领域划分的美国量子信息科学研发情况16 图8.国家自然科学基金委员会对QIS研究中心的规模投资16 图9.欧盟《量子宣言》成员国和组织数量分布18 图10.量子旗舰计划构建欧洲量子生态20 图11.欧洲量子技术部署方向21 图12.量子科技产业分类26 图13.量子信息四大领域的原理特性，发展定位及应用场景27 图14.全球量子计算产业规模（2021-2035）（单位：十亿美元）28 图15.全球量子计算上游产业规模（2030&2035）（单位：十亿美元）28 图16.全球量子计算下游应用占比29 图17.全球量子计算下游应用未来价值展望30 图18.全球量子通信市场规模预测（2021-2030）30 图19.全球量子精密测量市场规模预测（2019-2029E）（单位：百万美元）31 图20.全球量子精密测量市场份额预测（按产品技术领域划分）31 图21.全球抗量子密码产业规模预测（2023-2030E，单位：十亿美元）32 图22.全球量子信息科研论文数量年度变化趋势32 图23.全球量子信息专利申请数量年度变化趋势32 图24.量子计算领域科研论文数量前十位国家情况33 图25.量子通信领域科研论文数量前十位国家情况33 图26.量子测量领域科研论文数量前十位国家情况33 图27.后量子加密领域科研论文数量前十位国家情况33 图28.量子信息领域不同技术方向专利数量对比34 图29.量子信息三大领域各国专利申请占比情况（截至2022年9月）34 图30.量子信息全球企业34 图31.量子信息各领域企业数量35 图32.量子信息企业国家分布情况35 图33.量子计算领域科技公司和初创企业分布36 图34.量子信息领域企业投融资事件数量与金额变化趋势37 图35.经典比特和量子比特的区别38 图36.用布洛赫球表示的量子比特39 图37.几种量子逻辑门的矩阵和布洛赫球表示39 图38.简单的量子电路实例40 图39.Deutsch-Jozsa算法的量子电路40 图40.Shor算法的量子电路42 图41.量子计算机的不同物理实现方案43 图42.经典电流示意图和超导电流示意图43 图43.振荡电路及能级图44 图44.约瑟夫森结示意图与SEM扫描图44 图45.电荷、通量、相位三种超导量子比特44 图46.Transmon量子比特及其电路示意图44 图47.量子计算发展生命周期图45 图48.量子计算机主要技术路线和参与公司47 图49.超导量子计算机示意图47 图50.超导量子计算技术47 图51.离子阱芯片49 图52.离子阱技术示意图49 图53.光量子光学装置50 图54.光量子技术50 图55.硅半导体技术示意图51 图56.中性原子技术原理51 图57.影响量子体积的因素52 图58.超导量子计算机及核心系统54 图59.稀释制冷机原理示意图54 图60.2022-2030年全球稀释制冷机市场规模（10亿美元）55 图61.全球稀释制冷机主要供应商55 图62.国产稀释制冷机55 图63.2022-2030年全球量子计算上游产业规模（10亿美元）56 图64.一个具有5比特的超导量子芯片56 图65.空桥结构示意图56 图66.IBM433量子比特处理器Ospery57 图67.IBM超导量子计算机技术迭代图57 图68.微波信号可以对量子比特进行控制57 图69.本源量子32位测控一体机57 图70.两比特超导量子计算操控系统电路模型简视图58 图71.2022-2030年全球量子计算测控系统市场规模（10亿美元）58 图72.布局测控系统的测量仪器公司58 图73.布局测控系统的量子计算机厂商58 图74.量子计算测控系统发展趋势59 图75.量子计算应用各场景评分等级（评分采用5分制，1为最差，5为最优）60 图76.量子计算云平台服务类型61 图77.IBMQuantumComposer操作界面66 图78.本源量子云平台提供的量子计算服务算力资源66 图79.本源量子悟空超导计算机云平台操作界面2024.466 图80.云计算架构演进与算力网络67 图81.中微达信经典+量子融合计算测控组件67 图82.上海计算中心超级计算机“魔盒”和“魔方III”69 图83.“巢湖明月”超级计算机69 图84.IBMRoadmap70 图85.GoogleRoadmap71 图86.HoneywellRoadmap72 图87.RigettiRoadmap73 图88.量子密钥分发设备示意图74 图89.量子密钥分发BB84协议示意图75 图90.量子通信技术发展历程76 图91.量子光源79 图92.单光子探测器79 图93.QKD设备79 图94.量子安全路由器80 图95.量子交换机80 图96.量子随机数发生器80 图97.量子卫星地面站81 图98.移动加密应用产品81 图99.量子保密通信产业链82 图100.量子保密通信下游应用发展展望82 图101.量子保密通信行业应用82 图102.DARPA量子通信网络84 图103.DAPRA量子密钥分发网络结构84 图104.DAPRA量子通信网络建成过程8