计算机行业深度研究：抢先布局量子信息技术革命

投资建议：量子信息技术是未来颠覆式的创新，随着量子计算机兴起，当下最紧迫的是应对量子计算机成熟后对现有密码体系的冲击。我们预计抗量子密码和后量子密码技术将在未来10-15年全面替代现有密码系统，整个产业将迎来革命性发展机遇。推荐标的：格尔软件、中孚信息，受益标的：国盾量子、吉大正元、三未信安、信安世纪、电科网安。 量子信息技术是量子物理和信息科学的融合产物。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域。其中量子计算的重点为算力的爆发式突破，量子通信为实现更为高效和安全加密的信息传输，量子测量为实现更准确和精密的测量。根据ICV和光子盒的测算，预计量子计算潜在市场空间超8000亿美元（2035年），市场空间最大但实现难度较高。量子通信潜在市场空间为180亿美元（2030年），量子精密测量的市场空间为30亿美元（2035年），后二者仅依赖量子信息理论因此实现难度较低。 量子计算是颠覆力最强也是最难以攻克的领域。量子计算是量子信息技术最核心的领域，利用量子力学原理实现相比于传统计算指数级的计算能力增长。目前，量子计算正处于NISQ阶段，预计2028年有望出现可以投入商用的专用量子计算机，行业将迎来市场规模显著增长的拐点。量子计算硬件技术尚未成熟，人造粒子和天然粒子各有优势，各种技术路线尚未收敛。软件方面持续开放探索，预计将作为量子计算硬件公司的配套产业出现，整体全面实用化仍面临技术挑战。 量子通信尤其是后量子密码是当下最紧迫的领域。目前量子通信的关键点仍在如何进一步确保通信安全上。随着量子计算机在算力上的爆发式突破，原有基于数学原理的经典密码体系将受到致命打击。后量子密码（PQC）成为抵御量子计算攻击的布防关键，通过结合量子计算原理设计能抵御量子计算攻击全新密码实现信息安全。在量子计算机技术突破前，进行抗量子密码更新至关重要，也是现在最紧迫的环节。量子密钥分发（QKD）是另一种理论上安全程度很高的通信方式，我国已建成覆盖多个重要城市的量子通信骨干网，并与“墨子号”量子卫星对接，具备全球量子密钥投送能力。 风险提示：技术进步不及预期；行业标准制定受阻；行业研发回报周期过长。 1.投资建议 重视密码行业改造的投资机会。量子信息技术是未来颠覆式的创新，随着量子计算机兴起，传统加密技术将迎来挑战，当下最紧迫的是应对量子计算机成熟后对现有密码体系的冲击。我们预计抗量子密码和后量子密码技术将在未来10-15年全面替代现有密码系统，整个产业将迎来革命性发展机遇。推荐标的：格尔软件、中孚信息，受益标的：国盾量子、吉大正元、三未信安、信安世纪、电科网安。 表1：推荐标的估值表 2.量子力学+信息科学=量子信息技术 量子力学与信息技术的交叉为信息科学带来革命性变化。在微观领域，任何无法进一步分解的实体都可被称作量子，如电子、光子等。量子信息技术作为量子力学与信息技术的结合，依赖的两大关键特性是量子叠加和量子纠缠，量子叠加使得量子能够同时展现多重状态，而量子纠缠则意味着，一旦两个或多个量子产生纠缠，不论相隔多远，其中一个量子状态的变动会瞬间影响到与它相纠缠的其他量子。这些量子力学规律与经典信息技术的结合是信息科学向量子信息技术变革的重要基础。 量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三个技术分支。 自20世纪80年代起，量子力学与信息科学领域的融合催生了一门新兴学科——量子信息学（quantum information）。该学科主要涵盖三个核心领域：量子计算、量子通信和量子测量，它们在增强对复杂问题的处理能力、提升信息安全性以及改善传感测量的精确度方面，展现出超越传统信息技术的巨大潜力。这三个领域的结合，预示着信息科学的一场革命，将极大地推动科学研究和技术创新的发展。 图1：量子信息技术主要包括三大分支领域 表2：量子信息技术三大领域的发展定位及应用前景各有侧重 量子信息技术作为未来产业的重要组成部分，得到国家的高度重视和前瞻布局。“十四五”期间，我国瞄准量子信息领域实施了一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目，包括“量子信息等重大创新领域组建一批国家实验室”“加强原创性引领性科技攻关”等。2023年12月，中央经济工作会议提出“开辟量子、生命科学等未来产业新赛道”。2024年1月，工信部、科技部、国务院国资委、中国科学院等七部门发布了《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，其中多处提出发展量子信息技术。2024年3月，国务院《政府工作报告》两度提到量子技术，强调过去一年量子技术等前沿领域创新成果不断涌现，并再次强调未来将开辟量子技术、生命科学等新赛道。相比“十四五”规划期间，量子计算的重要性得到了进一步的提升，从基础理论研究到更强调产业化和应用落地。 表3：量子信息技术受多重政策推动发展 图2：中国量子信息技术领域投资总额位居全球第一 从行业生命周期看，量子信息技术行业正处在导入期末端，未来市场空间大。随着全球对于数据安全和处理能力需求的日益增长，量子通信、量子计算和量子精密测量等领域的技术创新不断突破，为行业发展提供了坚实的技术基础。但受制于量子计算机技术的成熟度，但产业发展仍未进入全面推开时期，仍处于导入期的末端。进入成长期后，整个量子信息技术商业化前景的市场空间十分巨大。 量子通信目前技术成熟度最高，产业规模价值已达10.8亿美元。从目前已经发展的形态来看，量子通信主要是由量子物理加密产品与技术（例如QKD、PQC、QRNG等）带来的产业价值落地。仅考虑QKD、PQC、QRNG三个重要方向，2030年全球量子通信产业规模为196.8亿美元。 量子通信技术的核心优势在于其传输的安全性，而目前经典的加密方式，在通用量子计算机诞生之前还是比较安全的，很难暴力破解。因此量子通信主要应用于对信息安全要求极高的领域，如军事、金融等。随着量子计算机逐渐成熟，原有的加密方式开始失效，量子通信有望在更多领域得到应用，市场空间或将进一步扩大。 图3：2023-2030全球量子通信产业规模预计持续上升 量子精密测量有望在更广泛的民用市场落地，2035年市场规模预计达到39亿美元。量子精密测量技术的目的在于对现有的经典仪器进行替代、升级或补充。目前，量子精密测量在军事和科研领域已有应用，而在民用方面，主要应用于环境监测和医疗器械等领域。随着技术的进一步发展和商业化进程的推进，量子精密测量在民用市场可能有进一步推进，市场空间预计将持续增长，有可能达到现有仪器市场规模的一半以上。 图4：量子精密测量将在不同领域替代传统测量仪器 量子计算目前技术成熟度最低，但未来空间最为广阔，2035年有望超8千亿美元。量子计算被认为是未来具有颠覆性的计算技术，其潜在应用涵盖了从金融建模到材料科学等多个领域，一旦技术成熟并得到广泛应用，将可能带来计算能力的革命性提升。目前，量子计算仍处于研发和探索阶段，随着未来可能得技术突破，增长空间显著，具有巨大的发展潜力。全球量子计算产业规模预计从2023年的47亿美元增长至2024年的61亿美元，长期来看，产业规模有望在2028年开始出现爆发式增长。到2035年，产业规模有望扩张至8117亿美元。 图5： 表4:预计未来量子计算增长空间最为广阔 3.量子计算：算力突破的“未来引擎” 3.1.量子计算是基于量子力学的全新计算模式 量子计算是按照既定的算法和程序，对量子态进行操控和测量的过程。 与经典计算不同，量子计算并不会真的去计算，而是用特定算法和程序对量子态进行操控，利用量子现象，通过观测量子的行为自然的得到结果。相比起现在的计算器，量子计算机更像是一个更为强大的珠算算盘。 量子计算是量子信息技术的精髓，缺少量子计算，其他量子技术领域难以根本改变现行信息技术的基础。 量子计算利用量子叠加和量子干涉来实现对信息的高效处理。在量子计算中，量子叠加的性质可以使量子同时表示多种可能状态，让量子计算机能够并行处理大量数据。而通过量子干涉，精心设计的量子算法会让正确的结果干涉相长，而其他的结果干涉相消，最后只留下正确的结果。 量子计算的计算模式以量子比特为基本信息单位。在量子计算中，通常使用|0>和|1>这样的量子算符来代表一个量子态。量子比特是量子计算科学家们抽象出来的一个概念，因为量子计算机在硬件上实际物理实现的方法有很多，量子比特可能代表电子的自旋方向，也可能代表光的偏振角度。量子比特在量子计算中发挥的作用与比特在传统计算中发挥的作用相似，但经典比特是二进制，一个比特只能存放0或1位，根据量子力学中的叠加原理，一个量子比特是0和1的叠加，在没有进行观测之前，无法得知这个量子比特具体会坍缩成0还是1。 图6： 量子计算机的算力随量子比特数目指数增加。由于量子比特在观测前始终处于0和1的叠加态，量子比特可以同时表示极为庞大的数据量，这突破了传统计算机物理层面的限制。例如，N个量子比特能够同时表示的数字数目是2的N次方，当N达到250时，这一数字将超过宇宙中原子的总数。 3.2.全球量子计算产业生态初具雏形，产业参与者众多 量子计算行业的发展可以划分为多个阶段，目前行业处于NISQ阶段。 自从2019年量子优越性展示之后，行业目前已经进入NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）阶段，即噪声中等规模量子阶段，此时的量子计算机虽然规模有限，但已经能够执行一些超越经典计算机的特定任务，如量子模拟和某些优化问题。预计2028-2033年，多种技术路径的专用量子计算机将会不断涌现，在特定领域应用实现突破。2034-2040年，随着技术路径收敛，这一阶段将研制出可纠错的通用量子计算机，具备更强大的计算能力，能够执行复杂的量子算法。预计到2040年以后，量子计算将进入Fault-Tolerant Quantum Computing（FTQC）阶段，即全面容错量子计算时代，实现通用运算错误率接近或小于经典计算机。 图7： 2028年量子计算行业市场规模将迎来显著增长拐点。根据光子盒报告预测，2023年全球量子产业规模已达到47亿美元，预计在2023至2028年间年平均增长率（CAGR）将达到44.8%。这一增长趋势主要得益于技术进步，预计从2028年起，随着通用量子计算机技术的进步和专用量子计算机在特定领域的广泛应用，市场规模将迅速扩大，有望从2027年的105亿美元迅速在2028年扩张到434亿美元，迎来行业显著增长拐点。 量子计算产业生态上中下游各环节已初具雏形，欧美量子计算企业活跃。 近年来全球主要国家量子计算企业数量和投融资经历了一轮爆发式增长，科技巨头和初创企业成为促进量子计算产业化发展的重要推动力量，欧美成为量子计算企业聚集度和活跃度最高地区。我国华为、百度、腾讯等企业近年来相继成立量子实验室，在软硬件研发、算法研究、应用探索、量子计算云平台等方面积极布局。产业生态各环节的用参户与者逐步增多，产业培育正在稳步推进。 图8：量子计算产业链形成了一个多元化和充满活力的生态系统 产业上游是量子计算产业发展的基础，主要包括环境支撑系统、测控系统、关键设备组件和元器件等。这些元素是研制量子计算原型机的必要保障，为量子计算提供硬件和技术支持。然而，由于技术路线尚未统一，以及硬件研制的个性化需求多样，上游供应链呈现出一定程度的碎片化，攻关难度较大，这在一定程度上限制了上游企业的发展。在国际对比中，欧美企业在上游领域占据较大市场份额，而中国在一些关键设备和元器件上自主替代发展空间较大，需要进一步加强创新和突破。 产业中游涉及量子计算原型机和软件的研发与生产，是整个产业生态的核心。目前，超导、离子阱、光量子、硅半导体和中性原子等技术路线在全球范围内都有所发展，尤其是超导技术路线受到了广泛关注。美国在原型机研制和软件研发方面具有一定的优势，中国的量子计算硬件发展主要集中在超导和光量子技术上。此外，中国的量子计算软件企业数量规模成长空间广阔，产业发展政策不断完善，创新成果孵化有利条件增多。 受限于量子计算硬件技术的复杂性，产