預見2024：量子信息產業技術趨勢展望(附技術路徑、投資方向、專利布局、科技企業布局等)

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本文核心觀點：以量子計算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術有望成為未來重大技術范式變革和顛覆式創新應用的新源泉。

引言：量子信息未來有望成為推動信息通信技術演進和數字經濟產業發展的新動能

——三大領域分別提升計算處理速度、增強信息傳輸安全、提高傳感測量精度

量子信息是指以量子力學基本原理為基礎、通過量子系統的各種相干特性(如量子并行、量子糾纏和量子不可克隆等)，進行計算、編碼和信息傳輸的全新信息方式。量子信息主要包括量子計算、量子通信和量子測量三大領域，在提升計算困難問題運算處理能力、加強信息安全保護能力、提高傳感測量精度等方面，具備超越經典信息技術的潛力。

——量子信息在眾多垂直行業應用領域廣泛，探索有效融合應用場景

量子信息技術已成為未來國家科技發展的重要領域之一，三大技術的分別在不同領域應用廣泛，其中，量子計算基于量子力學的全新計算模式，具有原理上遠超經典計算的強大并行計算能力，為人工智能、密碼分析、氣象預報、資源勘探、藥物設計等所需的大規模計算難題提供了解決方案;量子測量在心腦疾病診斷、癌細胞檢測、細胞顯微成像等生命科學研究領域將產生重要推動作用，在微弱電磁信號檢測，絕對重力與重力梯度測量，以及軟硬目標探測識別等領域的發展，將為國防、工業、地質、環保等眾多垂直行業應用賦能;量子通信在信息安全領域探索有效融合應用場景。

技術路線：量子信息技術發展路徑與支撐體系

從技術路線發展來看，量子信息三大技術領域在研究發展水平，技術實用化程度，產品工程化能力和產業化應用前景等方面各有差異，如下圖所示。量子信息技術的研究和應用仍面臨一些共性關鍵技術和核心問題瓶頸需要進一步攻關突破。例如，量子通信中的高品質量子態光源，高效糾纏制備分發及探測，高性能單光子探測，以及量子態存儲與中繼技術等;量子計算中的高維糾纏態制備與操控，高品質樣品材料制備，超低溫和磁場隔離環境，高精度操控測量系統等;量子測量中的高精度操控系統和集成化隔離屏蔽環境等。上述基礎共性關鍵問題研究的攻關和突破，是量子信息技術進入實用化和產業化主要控制性因素。

從技術支撐體系來看，中國量子信息創新單元主要包括量子光學與光量子器件國家重點實驗室、信息光子學與光通信國家重點實驗室等國家重點實驗室;湖北省量子科技產業投資基金、中國互聯網投資基金等產業投資基金;GB/T 42829-2023《量子保密通信應用基本要求》、GB/T 42565-2023《量子計算 術語和定義》等技術標準。

量子信息專利技術布局：中美日為主要技術來源

——量子通信為量子信息專利技術布局重點，申請熱度和布局廣度較高

從量子信息專利技術申請的熱度來看，量子通信具備較高的專利申請熱度，專利申請總量達57726項，申請人數量達26064個;從技術跨度來看，量子通信和量子測量跨技術專利申請量較多，技術跨度分別達246個和252個IPC小類;從技術市場覆蓋廣度來看，量子通信專利技術覆蓋70個以上國家和地區，量子計算和量子測量技術均覆蓋40個以上國家和地區，說明這些技術受到全球范圍內的關注和研究。

注：1)搜索關鍵詞：量子計算、量子通信、量子測量技術路線相關關鍵詞;2)搜索范圍：標題、摘要和權利說明;3)統計截至日期：2023年11月17日。下同。

——美國、中國、日本為量子信息主要技術來源

從專利地域分布來看，量子計算、量子通信和量子測量技術專利前三技術來源地均為中國、美國、日本，說明三個國家在量子信息領域技術創新活躍。在政府主導下，中國量子信息技術的基礎科學和系統研發力量正快速成長，并成為與美歐并駕齊驅的競爭者。從申請人國別來看，量子計算、量子通信和量子測量專利前十申請人也多為中國、美國和日本企業。

量子信息科技企業技術與研發布局：量子通信和量子計算為重點方向

——科技企業大多布局量子通信與安全領域，量子計算朝商業化推進

當前，量子信息是我國搶占未來產業制高點的戰略領域之一，或將引領新一輪科技革命和產業變革方向。我國科技企業高度重視量子科技的研究與發展，量子科研成果不斷增加。其中，量子通信領域的創新活力竟相奔涌，國內目前已發布高速量子密鑰分發設備、量子衛星小型化地面接收站、單光子探測器等核心產品。中國作為率先部署大規模量子保密通信網絡的國家，為了推動量子保密通信網絡的進一步發展和產業鏈成熟，正在嘗試建立完整的網絡運營模式，由專業的量子保密通信網絡運營商，構建廣域量子保密通信網絡基礎設施，為各行業的客戶提供穩定、可靠、標準化的量子安全服務。此外，華為、騰訊、阿里等企業提前布局量子計算，從現階段來看，量子計算機正處于從研發開始往工程化、商業化方向前進。

注：以上排名不分先后，僅匯總行業內部分代表性科技企業。

——量子計算、量子通信為中國量子企業重點研發布局方向

從量子產業細分領域的角度看，量子計算芯片是目前量子計算領域最具有市場潛力的研究方向之一，截至2023年，研究超導量子路線的企業占比50%，研究光量子路線和離子阱量子計算企業分別占比25%。此外，量子通信與安全領域的企業也較多，其中，89%的業務涉及量子保密通信，11%涉及抗量子密碼(PQC)。

注：數據截至2023年4月。

量子信息技術投資重點賽道：量子軟硬件、量子通信系統為重點關注領域

從量子信息技術方向上看，全球重點投資量子軟件、量子硬件等細分技術領域，投資額占比分別為22.53%、18.21%，此外，Enabling technologies、量子計算、量子通信等也為重點關注領域。

量子信息三大領域科技與創新快速發展，成為投資布局熱點

綜合來看，量子信息產業當前技術成熟度整體較低，在量子計算領域，現階段量子計算的研究發展水平距離實用化仍有較大差距;在量子通信領域，進入實用化階段的量子密鑰分發主要面向信息安全領域應用;在量子測量領域，原子鐘、核磁共振陀螺和單光子探測等基于已有技術平滑升級演進的量子測量方向發展更加成熟，實用化水平更高。整體來看，量子技術正處在產業化的初期階段，但未來具有廣泛的應用潛力。

當前，全球量子信息產業培育進入起步期，逐漸成為風險投資的新風口。量子信息產業的發展主要以企業為主力軍，以產學研合作的形式進行開發，正在形成科技巨頭爭相進入和初創公司蓬勃發展的局面。

注：評估星級自一星至三星，星級越高，代表從該指標來看，技術投資潛力越大，☆代表半星。

量子信息技術發展趨勢與目標

——圍繞三項科技攻關任務

根據《“十四五”規劃綱要和2035年遠景目標綱要》，“十四五”期間，我國量子信息領域的科技攻關任務圍繞量子通信技術研發、量子測量技術突破和量子計算的產品研制。

目前，國家層面的量子信息產業發展規劃暫未出臺，參考中國信通院對量子信息領域的發展定位及應用前景，“十四五”期間，我國量子信息產業的發展目標各有不同、各有側重。其中，量子計算側重于突破經典計算極限的算力飛躍、量子通信技術側重于服務經典通信加密、量子測量注重實現物理量測量和信息獲取的精度、分辨率、穩定度等。

——量子信息研發不斷取得突破，將進一步推動成果應用及產業生態構建

近年來，量子信息三大領域技術科研加速發展，技術創新活躍，亮點成果不斷涌現，標準化研究取得階段性進展，應用場景探索廣泛開展，將成為未來重大技術范式變革和顛覆式創新應用的新源泉。

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