量子信息技术发展与应用研究报告（2024年）总结
一、量子信息领域总体发展态势
（一）量子信息技术开辟未来产业发展新赛道
量子信息技术作为量子科技的重要组成部分，通过调控和观测亚原子尺度物理系统，利用量子叠加、纠缠等现象实现信息感知、计算和传输，在计算、安全、测量等方面具备超越经典技术的潜力，有望带来颠覆性创新。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域，分别在未来计算能力提升、信息安全保护和传感测量精度提高等方面发挥重要作用。当前，量子信息领域已进入科技攻关、工程研发、应用探索和产业培育相互带动的一体化发展阶段，成为开辟未来产业新赛道、构建新质生产力的重要方向。
（二）量子信息科研探索与技术创新高度活跃
量子信息科学研究和技术创新发展持续加速，科研论文和专利申请数量保持逐年递增态势。量子计算领域研究关注度最高，论文数量增长最快；量子通信专利数量在2018年之前保持领先；量子精密测量和抗量子加密（PQC）领域各国论文数量差距相对不大。中、美、德三国在量子信息科研论文数量方面占据前列，我国在量子通信领域论文数量全球占比约为三分之一。国际科研力量主要集中在中美两国，欧洲国家也具备较强科研实力。
（三）量子信息技术标准研究取得阶段性成果
标准对于量子信息科技成果转化、产品应用推广和产业生态建设具有重要作用。国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）、国际标准化组织与国际电工委员会（ISO/IEC）、欧洲电信标准化协会（ETSI）等国际标准组织，以及中国国内多个标准化技术委员会和行业协会，纷纷开展了量子信息技术标准布局，推动标准体系建设并取得阶段性成果。目前，量子信息领域已发布的国际标准和国内标准主要包括QKD网络架构、功能、接口、安全性等方面，以及量子计算术语、量子保密通信应用基本要求等。
（四）企业数量增长放缓，投融资保持高水平
全球量子信息领域相关企业数量超过600家，其中量子计算企业数量超300家，占比超过一半；量子通信和量子精密测量企业数量相近，均超百家，占比接近20%；PQC领域企业已超过60家。过去十年间，量子信息初创企业数量经历了一轮爆发式增长，近两年增速明显放缓。美国量子信息企业176家，全球占比超四分之一；中国107家，数量位居第二。全球量子信息四大领域企业累积投融资超千笔，融资金额超百亿美元，2024年预计全年融资金额有望保持高水平。量子计算是吸金热点，累积融资超78亿美元，占比近八成；其次量子精密测量融资12亿美元；量子通信和PQC融资规模较小，合计约8.3亿美元。
二、量子计算研究与应用进展
（一）硬件系统多技术路线并行，科研亮点成果涌现
量子计算硬件保持超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体等多种技术路线并行发展态势。近年来，量子计算硬件科技攻关不断取得新进展，在比特数量、门保真度、退相干时间、量子体积等核心指标方面持续提升。超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体等路线均取得重要进展，其中超导路线仍是业界各方重点关注的“种子选手”。
（二）量子纠错研究备受关注，距离实用化仍有差距
量子纠错是保护量子比特免受环境噪声和自身退相干效应影响，提升逻辑门保真度，最终实现大规模可容错通用量子计算的必要环节。近年来，量子计算硬件能力提升为量子纠错研究与实验验证提供了有力支持，表面码和颜色码等量子纠错方案在近年来逐步成为业界开展研究与实验验证的关注热点。当前，量子纠错仍处于技术方案开放探索和原理性实验验证阶段，距离达到长相干时间和极低错误率等实用化要求还相去甚远。
（三）软件与云平台多元开放发展，成熟度有待提升
量子计算软件是连接量子计算机与用户的桥梁，通过对应用场景中的计算复杂问题进行建模和抽象，适配并运行量子算法，执行编译优化形成量子计算机的控制与读取信号。近年来，量子计算软件研究也在业界持续开放探索，软件技术体系初步形成，包括应用软件、编译软件、测控软件、EDA软件和管理软件等。量子计算云平台已成为融合软硬件能力，支撑应用探索与生态培育的核心汇聚点，但商业化服务能力需进一步提升软硬件水平。
（四）多领域持续探索应用场景，欧美产业生态活跃
基于量子计算样机进行实用化问题应用探索在国内外广泛开展，主要包括量子模拟、量子组合优化、量子人工智能和量子线性代数等领域方向。量子计算应用探索仍未实现“杀手级”应用突破，当前应用案例受限于硬件能力不足，在问题规模和求解精度等方面难以体现指数级加速求解的量子优越性，主要属于原理性验证和可行性实验。近年来，量子计算企业数量不断增长，上中下游相关企业数量已达300余家，产业链和产业生态已初步形成并持续发展，欧美量子计算企业数量众多，产业生态高度活跃。
（五）构建测评体系成为热点，支撑技术与产业发展
随着量子计算原型机、软件和算法等方面技术研究和工程化研发不断深化，对量子计算系统软硬件功能、性能和平台服务能力等进行表征、比对和测试验证，已成为业界关注焦点。量子计算基准测评体系研究可为业界验证量子计算系统性能，以及技术产业发展水平提供重要参考，同时也为引导技术研发迭代、促进良性竞争、凝聚行业共识，提供有力支撑。中国信息通信研究院正式发布量子计算测评体系1.0，涵盖量子计算全栈软硬件产品功能和性能基准，以及相应测试方法。
三、量子通信研究与应用进展
（一）量子密钥分发科研持续推进，量子卫星受关注
基于QKD、QRNG和量子安全直接通信等方案的量子保密通信，是量子通信领域进入实用化阶段的技术方向。近年来，新型协议研究、系统试验验证和样机工程化研发不断推进，实验系统性能指标得到提升，产品仍需进一步提质降本。星地量子通信作为当前突破量子态远距离传输瓶颈的主要技术方案，已成为探索QKD广域组网和灵活应用的重要方向。我国在星地量子通信领域取得一系列国际领先的实验成果。
（二）量子信息网络是研究热点，多方推动前沿探索
基于量子隐形传态、量子存储中继和量子态转换等关键技术构建量子信息网络，可以实现量子信息系统的互联组网。当前主要处于技术方案探索和试验验证阶段，在协议方案、核心器件、转换接口和组网实验四方面取得诸多进展和成果。美国国家量子计划咨询委员会（NQIAC）发布《量子网络：增强美国领导力的发现与建议》报告，指出量子网络将助推量子信息领域发展，具有重要应用前景。
（三）量子保密通信应用持续探索，仍存在问题争议
基于QKD、QRNG和量子安全直接通信等方案的量子保密通信提升信息安全防护能力具有独特优势。QKD生成的量子密钥与互联网安全、传输层安全、光传送网安全等加密协议中的协商密钥融合，QRNG生成的量子随机数与数字签名、加密等算法中的初始随机向量等融合，可以实现更高安全性的身份认证和数据加密功能。量子保密通信应用场景探索在金融、能源、数据中心、移动通信等行业和领域持续开展，但规模化部署和商业化应用仍面临一些问题和挑战。
（四）抗量子加密标准正式发布，升级迁移逐步启动
密码是保障网络空间实体身份“真实性”，数据传输“机密性”和“完整性”，关键行为“不可否认性”的基石。采用格加密、多变量加密、哈希签名等新型数学难题，构建抗量子计算破解密码，简称抗量子加密（PQC），通过制定算法标准、开发加密解决方案、开展试点应用与测试验证，逐步推动现有公钥密钥体系向PQC升级迁移。美国正式发布PQC算法标准，大力推动升级迁移。我国需加快制定自主可控算法标准，布局开展产品研发、测试验证与升级迁移等工作。
四、量子精密测量研究与应用进展
（一）新技术方案不断涌现，基础前沿研究亮点纷呈
量子精密测量具有技术方案多元、应用场景广泛、战略价值突出等特点，其核心优势在于开发和利用量子叠加、量子纠缠和量子非经典关联等新颖量子物理特性，指数级提升传感测量方法的精度、灵敏度和分辨率等关键指标。近年来，基于量子纠缠测量方案可突破经典方法性能极限，新材料、新原理、新效应进一步拓展量子精密测量技术方案边界，量子精密测量技术发展推动基础科学研究探索。
（二）欧美加大布局与投资力度，推动重点领域应用
量子精密测量技术在航空航天、国防军工等领域应用的战略价值突出，在欧美发达国家备受重视。政府部门通过科技项目支持、政府合同赠予、技术产品采购等方式，成为推动量子精密测量技术发展、产品熟化和应用落地的重要支持者和首批用户。量子精密测量领域的多项技术产品具有军民两用特点，欧美防务机构和企业积极组织开展量子精密测量技术应用试验验证。
（三）光钟性能指标稳步提升，秒定义更新研究启动
光学频率基准相较于现有微波频率基准具有显著优势，近年来光钟研究发展迅速，指标提升迅速。光学原子钟将成为下一代秒定义参考，国际时间频率咨询委员会（CCTF）已提出秒定义修改路线图计划，预计在2030-2034年之间，可完成实现秒定义修改。秒定义更新将是一项复杂系统工程，需要所有技术目标和计量能力实现后才能完成最终的秒定义更新修改。
（四）产业生态构建初具雏形，规模商用仍面临挑战
随着量子精密测量各方向技术研究探索和样机产品研发的不断深化，初创企业和相关配套及应用企业已超过百家，以上游基础材料、核心器件与系统、中游系统样机产品以及下游跨行业应用为组成部分的量子精密测量产业链和产业生态初具雏形。但要实现大规模商业化应用和产业化发展，还需提升样机产品技术成熟度，拓展应用场景，增强用户和市场接受度。
五、量子信息领域发展与展望
量子信息技术既是量子科技的重要组成部分，也是开辟未来产业新赛道的重要发展方向。当前，量子信息领域进入科技攻关、工程研发、应用探索和产业培育相互带动和一体化发展关键阶段，科研成果亮点不断涌现，原型机和产品研发进展迅速，示范应用与测试验证广泛开展，技术标准化研究取得阶段性成果，市场投融资保持活跃，独角兽企业成为关注热点，产业生态发展方兴未艾。建议我国量子信息科研和产业界借此机会组织开展量子信息技术科普和应用推广活动，积极参与相关国际科技、产业和标准活动的策划组织。
