2024全球量子产业发展报告-202408

量子信息年度系列报告 引领量子时代，共铸产业未来 在2023年里，我们见证了全球量子领域取得的多方面的进展和突破，这些成就正在引领人类进入一个前所未有的量子时代。 在量子计算方面，中美仍为全球第一梯队，占据了全球过半的产业份额。同时，欧洲与亚太地区（除中国）正不断加大对量子计算的投入、制定相关政策，以缩小与中美之间的差距。另一方面，多元发展成为产业竞争的关键动力，尤其是中性原子量子计算的迅猛发展令其成为通用量子计算机的强有力候选者。量子云平台的日益成熟，逐步降低量子计算的使用门槛和成本，令更多行业能够充分利用量子计算的能力，推动其应用范围和影响力的不断扩大。 在量子通信与安全方面，中国与欧美分别引领量子密钥分发与后量子加密。随着两者以及量子随机数生成器的发展，通信制造业与电信运营商、银行、券商等领域将纷纷入局，通信与安全行业势必迎来翻天覆地的变化。 在量子精密测量方面，中国仍与欧美存在一定差距，但部分指标已达到国际一流水准。预计未来十年，中国部分种类的量子传感器将赶超欧美，获得更大的产业份额。瑞士、德国等欧洲国家在量子精密测量领域与美国同处第一梯队，未来也仍将保持这一优势。 然而，我们也不得不面对2023年量子行业融资活动相对降温的现实。宏观经济情况不佳，融资交易减少，国际竞争在量子领域日趋激烈，等等。但好在寒冬已过，2024年上半年的表现令人欣慰。 这份报告主要从国家和地区的视角出发，重点关注2023年各国家地区在投融资、政策、进展的表现，并对各国家的量子产业规模及其在全球中的占比进行预测，方便读者更加直观地看出各国家地区发展近况及趋势。 最后，站在这个充满挑战和机遇的时刻，我们对2024年量子产业发展充满信心和期待。让我们携手共进，共同见证量子产业的蓬勃发展。 光子盒研究院院长 本报告体现的内容和阐明的观点力求独立、客观，本报告中的信息或所表述的观点均不构成投资建议，请谨慎参考。 本报告旨在梳理和呈现2023年度内全球范围内量子细分技术和产业领域发生的重要事件，涉及数据及信息以公开资料为主，以及对公开数据的整理。并且，结合发布之时的全球经济发展状态，对短期未来可能产生的影响进行预判描述。 03本报告重点关注2023年1月1日至2023年12月31日间量子细分行业发生的相关内容，以当地时间报道为准，以事件初次发布之时为准。对同一内容或高度相似内容的再次报道，若跨年度，不视为2023年发生的重要事件。 本报告版权归光子盒所有，其他任何形式的使用或传播，包括但不限于刊物、网站、公众号或个人使用本报告内容的，须注明来源（2024全球量子产业发展展望[R].光子盒.2024.08）。本报告最终解释权归光子盒所有。 任何个人和机构，使用本报告内容时，不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删减和篡改。未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表、印刷等。如征得同意进行引用、转载、刊发的，需在允许范围内。违规使用本报告者，承担相应的法律责任。 本报告引用数据、事件及观点的目的在于收集和归纳信息，并不代表赞同其全部观点，不对其真实性负责。 引言 声明 第一章2023量子产业发展概览 一、量子计算发展情况综述 01量子计算芯片与软件算法蓬勃发展02高性能计算与量子计算的融合已成为现实03各大电信运营商竞相布局量子计算04研究活跃科研成果频出05硬件发展路线图不断更新06产业链相关企业逐年增多07生态建设日趋完善08产业发展即将进入快速成长周期 二、量子通信发展情况综述 01量子通信与安全生态蓬勃发展02产业链相对成熟03量子通信与安全产业链上游04量子通信与安全产业链中游05量子通信与安全产业链下游06网络建设（陆地部分）：QKD网络建设07网络建设（太空部分）：卫星通信建设 三、量子精密测量发展情况综述 01产业已进入多元化发展周期02产业链相关企业逐年增多03产品丰富且市场初具规模04下游应用市场前景广阔 第二章各地区政策及进展 一、美国二、中国三、欧洲四、英国五、德国六、法国七、加拿大八、澳大利亚九、日本十、韩国 第三章投融资 一、融资金额大幅下降二、融资主体地理分布分散三、融资轮次普遍较少 第四章量子产业规模 二、各领域产业规模 01全球量子计算产业规模02全球量子通信产业规模03全球量子精密测量产业规模 三、各地区产业规模 01各地区量子计算产业规模02各地区量子通信产业规模03各地区量子精密测量产业规模 第五章产业展望 一、量子生态位日趋明确 01中美各有所长稳坐量子第一梯队02欧洲寻求量子产业链上游自主可控03亚太多国积极融入欧美量子生态圈 二、量子技术不断突破 01机群技术与云平台联手推动量子计算02 PQC与QKD的未来发展呈现并驾齐驱之势03量子精密测量六大方向各有明确突破目标 第一章 2023量子产业发展概览 第一章2023量子产业发展情况综述 一、量子计算发展情况综述 01量子计算芯片与软件算法蓬勃发展02高性能计算与量子计算的融合已成为现实03各大电信运营商竞相布局量子计算04研究活跃科研成果频出05硬件发展路线图不断更新06产业链相关企业逐年增多07生态建设日趋完善08产业发展即将进入快速成长周期 二、量子通信与安全发展情况综述 01量子通信与安全生态蓬勃发展02产业链相对成熟03量子通信与安全产业链上游04量子通信与安全产业链中游05量子通信与安全产业链下游06网络建设（陆地部分）：QKD网络建设07网络建设（太空部分）：卫星通信建设 三、量子精密测量发展情况综述 01产业已进入多元化发展周期02产业链相关企业逐年增多03产品丰富且市场初具规模04下游应用市场前景广阔 01 本部分根据技术创新、实际效益以及科研引领等评价标准，选取了2023年量子计算领域的十项最重要进展，包括首次成功应用、有效实验验证、新颖架构设计、参数最值、实际效用提升、采用方案者数量及影响力，以及是否有重大科研突破和广泛报道。总体进展按照量子计算芯片以及软件算法云平台两个大方向展示。 02 2023年，全球发生了诸多量子计算与超算融合的事件，量超融合已经从理论转向初步实践，还呈现出深化发展之势。量超融合主要依托云平台向外提供算力，成为超算中心的一种新型计算形式的补充，提供多样、灵活、高效的计算资源，为不同行业领域提供更强大的算力，可供更广泛地探索量子计算的潜在价值。目前量子计算与超算融合仍然面临着硬件稳定性和算法优化等挑战，量超融合的实现，接下来需要在多个维度进行尝试与探索，包括兼容性与集成（接口设计、系统集成）、软件与算法（量子编程语言与工具、算法适配与优化）、资源管理与调度等。随着技术演进和国际合作的深化，量子计算融入超算体系将是必然的一步。 全球超算中心与量子计算机的融合正在加速推进。各种类型和规模的超算中心，无论是大型的国家级研究机构还是小型的企业级实验室，都在积极探索与量子计算机的集成。这种集成不仅提升了计算能力和效率，还拓宽了应用领域。例如，生物信息学、物理模拟、金融工程等领域的复杂问题，通过超算和量子计算的结合，可以得到更精确、更高效的解决方案。此外，这种融合还推动了新的算法和应用的发展，如量子机器学习、量子优化等，显示出超算和量子计算相结合的巨大潜力。 HPC+QC线下机群模式是未来高性能计算的重要发展方向。这种模式通过整合传统超级计算机和量子计算资源，使得高性能计算更加灵活、高效。在这种模式下，可以实现更复杂、高精度的运算和模拟，从而推动科学研究、工程技术和产业创新的发展。这种模式的优势在于，它可以充分利用传统超级计算机在处理经典问题上的强大能力，同时利用量子计算机在处理量子问题上的独特优势。未来，超级计算机和量子计算机能够无缝集成，实现互补优势，为解决复杂问题提供强大的计算支持。随着技术的进步和应用的拓展，我们可以预见，HPC+QC线下机群模式将在未来的计算领域发挥越来越重要的作用。 03 2023年，全球主要电信运营商积极加大对量子计算领域的投资和研究力度。它们在超导、离子阱等多种量子计算机类型上进行了深入研究，反映出电信运营商对于量子技术在提升网络性能、加强安全通信等方面的潜在价值的认可。此外，这些电信运营商在量子计算领域的布局不仅仅停留在研究层面，更在积极寻求技术合作和商业合作。例如，与IBM、IonQ等企业和科研机构建立战略合作伙伴关系，共同推动量子计算技术在实际应用中的验证和商业化进程。 全球电信运营商在量子计算领域的布局表现出一种跨界合作、开放共享的趋势，力图在未来科技竞争中保持领先地位。目前，全球电信运营商正在构建量子计算生态系统，通过开放云平台、吸引爱好者参与等方式，推动量子领域从业人员和爱好者的积极参与。这种开放性和生态系统建设有助于推动整个量子计算领域的进一步发展，同时也预示着量子计算技术有望在电信领域发挥越来越重要的角色，为网络性能、通信安全等方面带来全新的突破。 04 |2024年2月版 注：此处仅呈现发文数量前十的期刊情况，详见附件 注：图中所引量子计算领域发文数据来自Nature、Science、Physical Review Letter等顶级期刊，详见附件 |2024年2月版 图表展示了2023年上半年主要期刊上与量子计算相关的文章发布数量和其对应的影响因子（数据来自2023年最新的SCI影响因子）。通过分析比对这些数据，可以对这些期刊在量子计算领域的学术贡献和影响力进行评估，为科研人员选择适合发表研究成果的期刊提供参考。 量子计算领域的文章发布数量和影响因子之间存在一定的关系，但并非绝对。有些期刊发布数量较多，同时影响因子也较高，这表明该期刊在该领域具有较高的学术贡献和广泛的影响力。例如，Nature和Science这类综合性期刊发布数量和影响因子都较高，这主要归因于它们的学术声誉、严格的同行评审流程以及跨学科的研究覆盖范围。 有些期刊发布数量较少，但影响因子仍然较高。例如，PRX Quantum是一个专注于量子物理学的高质量期刊，其发布数量虽然较少，但其影响因子仍然相对较高。另一方面，有些期刊发布数量较多，但影响因子相对较低。这可能是因为该期刊的研究领域较为特定，受众群体较小，或者在同行评审和学术质量方面存在一定的问题。 2023年在顶级期刊上发布的量子计算相关文章的通讯作者所在地区数据则提供了关于不同国家和地区在量子计算研究中的参与度和影响力的重要线索。 从通讯作者所在发文机构所属国家来看，美国以144篇的总数遥遥领先，约占总发文数量的48%。这反映了美国在量子计算技术的绝大多数方面处于国际领导地位，其长期积累的科研实力和政府对量子计算技术的重视，造就了美国在量子计算领域的国际地位。中国以25篇的发文总数位列第二，约占8%，显示了中国在基础科学研究和前沿技术领域奋起直追，至今已取得了多项量子计算技术的重要成果，中国科研机构在国际期刊中的发文数量的增长，展现出中国在国际舞台的影响力逐渐增强。其他国家如日本、德国、英国等也有较多论文发布，表明它们在全球量子计算研究较为活跃，在某些专一领域有较高的国际影响力。 从通讯作者所在机构的地理位置来看，美州地区位居第一，占据约1/2的比例，反映了美国在该地区的领导地位以及加拿大在量子计算领域的贡献。欧洲紧随其后在该领域的科研活动占据了25%。这显示了欧洲在量子计算研究中的重要地位和活跃度。亚太地区占据了21.7%，显示了该地区在量子计算研究中的快速发展和重要性。而其他地区的贡献相对较少。 全球范围内的国际合作对于推动量子计算的研究和应用至关重要。通过合作共享资源和知识，各国和地区可以加快技术进步和应用创新。因此，加强国际间的合作交流将是未来量子计算发展的重要趋势。 05 量子电路具有三种常见的度量：电路大小、电路深度和量子比特数。其中，电路大小对应“量子电路中量子门的个数”，电路深度对应“执行量子电路的并行运行时间”，量子比特数对应“量子电路的空间成本”。这三者一般不能同时达到最优，