量子產(chǎn)業(yè)路走寬了，國(guó)內(nèi)跟緊技術(shù)方向

2024-05-24 來(lái)源：Ai芯天下

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產(chǎn)業(yè)支柱領(lǐng)域及投資情況

量子技術(shù)可劃分為五大支柱領(lǐng)域，包括質(zhì)量控制、量子模擬、量子通信、量子傳感與計(jì)量以及使能技術(shù)，這些領(lǐng)域共同構(gòu)成了量子技術(shù)的核心框架。

量子信息產(chǎn)業(yè)鏈自上而下涵蓋了基礎(chǔ)光電元器件、量子通信核心元器件、量子通信傳輸干線、量子系統(tǒng)平臺(tái)以及應(yīng)用層等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

其中，基礎(chǔ)光電元器件和核心設(shè)備是量子通信的技術(shù)與硬件基石；

量子傳輸干線則承載著遠(yuǎn)程量子通信及量子網(wǎng)絡(luò)的傳輸任務(wù)；

量子系統(tǒng)平臺(tái)則負(fù)責(zé)對(duì)信息進(jìn)行整合處理，并根據(jù)需求發(fā)出相關(guān)指令，是維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的軟件基礎(chǔ)。

根據(jù)麥肯錫2024年發(fā)布的報(bào)告，北美市場(chǎng)在量子技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，擁有近40%的參與者和超過(guò)60%的啟動(dòng)資金。

在硬件廠商方面，北美地區(qū)占據(jù)了顯著優(yōu)勢(shì)，12家最大的硬件廠商中有10家位于北美。

而中國(guó)則在量子通信商業(yè)實(shí)施方面展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

在公共資金投入方面，中國(guó)以超過(guò)150億美元的投入位居前列，緊隨其后的是歐洲大陸（包括歐盟及其成員國(guó)、英國(guó)、瑞士和以色列），其總投入約為130億美元。

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發(fā)展目標(biāo)呈現(xiàn)多元化和差異化

在量子計(jì)算領(lǐng)域，預(yù)期至2030年左右將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，市場(chǎng)規(guī)模有望突破千億美元大關(guān)。

量子計(jì)算技術(shù)正日益受到全球范圍內(nèi)的關(guān)注與投資，成為前沿科技領(lǐng)域的重要攻關(guān)方向。

預(yù)計(jì)在未來(lái)10至15年內(nèi)，量子計(jì)算技術(shù)將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地，至2030年市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)千億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)79.72%。

在量子信息產(chǎn)業(yè)的多個(gè)分支中，量子計(jì)算主要聚焦于突破經(jīng)典計(jì)算的算力極限，實(shí)現(xiàn)算力飛躍；

量子通信技術(shù)則側(cè)重于為經(jīng)典通信提供更為安全可靠的加密手段；而量子測(cè)量則致力于提高物理量測(cè)量和信息獲取的精度、分辨率及穩(wěn)定度。

量子計(jì)算作為量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心組成部分，具有催生新質(zhì)生產(chǎn)力的戰(zhàn)略地位。

量子態(tài)所具備的疊加和糾纏等特性，使得量子比特能夠存儲(chǔ)大量信息并支持高速并行化計(jì)算。

在部分特定問(wèn)題中，量子計(jì)算已展現(xiàn)出遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算的[量子霸權(quán)]，成為推動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的重要方向。

展望未來(lái)，隨著量子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的顯著降低，其在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用將全面加速。

量子通信技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的核心子產(chǎn)業(yè)，涉及多個(gè)行業(yè)安全產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用。

預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，至2025年有望達(dá)到35.04億美元，至2030年全球量子通信產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到78.5億美元。

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量子信息技術(shù)發(fā)展的技術(shù)路線

從技術(shù)路線的演進(jìn)來(lái)看，量子信息三大技術(shù)領(lǐng)域在研究深度、技術(shù)成熟程度、產(chǎn)品工程化能力以及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景等方面均呈現(xiàn)出明顯的差異性。

當(dāng)前，量子信息技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用仍面臨著一些關(guān)鍵的共性技術(shù)和核心問(wèn)題，亟待進(jìn)一步的攻關(guān)與突破。

例如，在量子通信領(lǐng)域，高品質(zhì)量子態(tài)光源的制備、高效糾纏態(tài)的制備分發(fā)及探測(cè)技術(shù)、高性能單光子探測(cè)技術(shù)的研發(fā)，以及量子態(tài)存儲(chǔ)與中繼技術(shù)的優(yōu)化等；

在量子計(jì)算領(lǐng)域，高維糾纏態(tài)的制備與操控技術(shù)、高品質(zhì)樣品材料的制備工藝、超低溫和磁場(chǎng)隔離環(huán)境的構(gòu)建、高精度操控測(cè)量系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等；

在量子測(cè)量領(lǐng)域，高精度操控系統(tǒng)的研發(fā)以及集成化隔離屏蔽環(huán)境的建設(shè)等。

對(duì)上述基礎(chǔ)共性關(guān)鍵問(wèn)題的攻關(guān)與突破，是量子信息技術(shù)邁向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化的主要制約因素。

產(chǎn)業(yè)核心板塊發(fā)展愈發(fā)寬廣

量子通信主要利用量子態(tài)傳遞信息，涉及量子密碼調(diào)制、遠(yuǎn)程傳態(tài)和密集編碼等關(guān)鍵技術(shù)。

其典型應(yīng)用包括量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài)，可與量子計(jì)算技術(shù)融合形成量子通信網(wǎng)絡(luò)。

這些技術(shù)為軍事國(guó)防、國(guó)家政務(wù)、金融交易、互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)以及電力系統(tǒng)等領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的信息安全保障。

在量子測(cè)量領(lǐng)域，商業(yè)化程度已相對(duì)較高，其中量子磁力計(jì)和量子時(shí)鐘占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年全球量子精密測(cè)量市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到13.27億美元，預(yù)計(jì)至2030年將增長(zhǎng)至25.27億美元。

量子磁力計(jì)和量子時(shí)鐘分別占據(jù)市場(chǎng)份額的41%和34%，顯示出量子測(cè)量技術(shù)在市場(chǎng)中的廣泛應(yīng)用和巨大潛力。

從投資角度看，全球?qū)α孔有畔㈩I(lǐng)域的投資規(guī)模正在不斷擴(kuò)大。

2023年，全球量子信息投資總額已達(dá)到386億美元，其中中國(guó)以150億美元的投資總額位居全球首位，充分體現(xiàn)了我國(guó)對(duì)量子科技發(fā)展的高度重視和大力支持。

雖然目前量子技術(shù)仍處于產(chǎn)業(yè)化的初期階段，但其廣泛的應(yīng)用潛力和巨大的市場(chǎng)前景已引起全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。

綜合量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量三大領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)，至2025年全球量子信息市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到101.65億美元，至2030年更是預(yù)計(jì)將達(dá)到驚人的1300.77億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)66.5%。

量子測(cè)量技術(shù)利用磁、光與原子的相互作用實(shí)現(xiàn)超高精度和高靈敏度的測(cè)量，突破了經(jīng)典測(cè)量的極限。

盡管量子傳感器在應(yīng)用場(chǎng)景上具有廣泛的潛力，但其商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍處于初級(jí)階段，未來(lái)仍有巨大的發(fā)展空間和市場(chǎng)需求等待挖掘。

量子產(chǎn)業(yè)備受關(guān)注的原因及主要變化

從國(guó)家戰(zhàn)略層面來(lái)看，量子產(chǎn)業(yè)符合對(duì)心智生產(chǎn)力的定義，因此被國(guó)資委列為啟航企業(yè)的高優(yōu)先級(jí)發(fā)展領(lǐng)域；

根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研結(jié)果顯示，隨著量子計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的快速提升及其可能帶來(lái)的密碼破譯威脅；

量子密碼產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)標(biāo)準(zhǔn)加速建立和試點(diǎn)加速的重要時(shí)期，這將促使各國(guó)加快制定抗量子算法標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)亦有望緊隨其后推出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

今年量子產(chǎn)業(yè)的變化主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

①量子計(jì)算生產(chǎn)力與人工智能技術(shù)的結(jié)合，將帶來(lái)顯著的生產(chǎn)力提升；

②量子密碼技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與安全性保障的日益重要，將為信息安全領(lǐng)域注入新的活力；

③量子通信產(chǎn)業(yè)的加速落地，特別是在城域網(wǎng)建設(shè)方面的商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化步伐加快，將進(jìn)一步推動(dòng)量子通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

產(chǎn)業(yè)應(yīng)用預(yù)計(jì)將全面加速

隨著量子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟和成本的大幅降低，其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用預(yù)計(jì)將全面加速。

業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，在2034年至2040年期間，我們有望成功研制出具備糾錯(cuò)功能的通用量子計(jì)算機(jī)，并在2040年之后正式邁入全面容錯(cuò)量子計(jì)算（FTQC）的新時(shí)代。

在量子計(jì)算技術(shù)體系中，硬件、軟件、算法構(gòu)成了堅(jiān)實(shí)的三大支柱，而云平臺(tái)則成為集成這三者并面向用戶提供服務(wù)的核心應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)生態(tài)匯聚點(diǎn)。

從硬件層面來(lái)看，量子計(jì)算機(jī)主要分為邏輯門量子計(jì)算機(jī)、專用量子計(jì)算機(jī)以及基于經(jīng)典計(jì)算的模擬器三種類型，它們各自在特定領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

在軟件領(lǐng)域，應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件、計(jì)算編譯軟件、測(cè)控系統(tǒng)軟件和芯片EDA軟件等構(gòu)成了量子計(jì)算軟件生態(tài)的主要組成部分，為量子計(jì)算的應(yīng)用提供了必要的工具和支持。

算法方面，量子模擬和組合優(yōu)化等算法在量子計(jì)算中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為解決實(shí)際問(wèn)題提供了有效的手段。

據(jù)預(yù)測(cè)，到2029年，量子市場(chǎng)的總規(guī)模有望達(dá)到18.32億美元。其中，量子計(jì)算硬件和量子即服務(wù)（QaaS）預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，分別有望達(dá)到4.38億美元和5.28億美元。

同時(shí)，在量子密鑰分發(fā)（QKD）和量子隨機(jī)數(shù)生成器（QRNG）的推動(dòng)下，量子市場(chǎng)的規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大至2.49億美元。

盡管量子傳感目前仍處于利基地位，但其具備的精確測(cè)量能力為各種參數(shù)提供了重要的技術(shù)手段，預(yù)計(jì)到2029年其市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到6.17億美元。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的拓展，預(yù)計(jì)到2034年，在量子即服務(wù)（QaaS）的推動(dòng)下，量子市場(chǎng)的總額有望達(dá)到33.24億美元，其中量子計(jì)算將在未來(lái)占據(jù)主導(dǎo)地位。

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