2025全球量子科技产业发展展望

全球量子科技产业发展展望 序言 融合赋能产业新程 进入21世纪第三个十年，量子科技已从实验室的概念逐步演化为重构全球科技与产业版图的战略变量。过去一年中，谷歌“Willow”量子处理器和中国“祖冲之三号”芯片的相继亮相，不仅象征着量子计算从实验室变量向“文明常量”的转变，也预示着全球科技竞争正迈向一个全新的阶段。在这一历史性节点上，量子计算、量子安全与量子传感三大领域的技术突破和融合发展，共同构筑起未来科技竞争的核心支柱。 量子计算领域，美国依托深厚的芯片技术和算法创新，构建起硬件与软件双重优势，而中国则以举国体制推动在超导、离子阱、量子网络等多维度的技术差异化突破。双方不仅在技术层面展开激烈竞争，更在产业生态与地缘战略中相互博弈，试图将量子优势转化为未来军事、安全与经济领域的战略筹码。与此同时，量子安全领域正面临从单一的量子密钥分发（QKD）、抗量子密码学（PQC）到二者融合的技术升级。同时，全球主要经济体根据各自的战略定位与产业基础，也在探索多元并进的安全防护模式；而在量子传感领域，针对于各物理量的测量均已实现了跨越式进化，即国际计量标准量子化，目前各项传感技术正从传统的单点应用向网络化协同迈进。 本报告综合了从北美、欧洲、中国到亚太各区域的全球量子科技产业发展现状与趋势，系统梳理了量子计算、量子安全与量子传感三大核心领域的核心技术进展、产业融合以及政策布局情况，深入剖析了当前技术理想与商业现实之间的矛盾与挑战。报告不仅关注单独硬件的提升，更强调量子技术与人工智能、网络通信及各产业应用的深度耦合，以及探讨各机构如何在竞争中实现合作，在安全中推动发展，在伦理中寻求创新平衡。 展望未来，2025年或将成为全球量子科技产业的“临界点”。各国政府、企业和科研机构正以战略定力和前瞻视野，加速推动量子技术从实验室到产业链的转化，并不断重塑国际技术标准与竞争格局。 我们相信，只有跨越技术壁垒、打破传统零和竞争思维，才能为人类开启前所未有的认知边界和产业新纪元。 正如历史从不等待犹豫者，未来已在眼前...... 光子盒研究院院长 声明 01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。 02本报告旨在梳理和呈现2024年度内全球与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2024年度量子计算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2024年发生的重要事件。 04本报告版权归光子盒研究院所有，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（2025年全球量子科技产业发展展望[R].光子盒研究院. 2025.02）。本报告最终解释权归光子盒研究院所有。 05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。 06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。 07本报告涉及动态数据，呈现截至统计之时的情况，不代表未来情况，不够成投资建议，请谨慎参考。 研究方法 本研究报告基于系统化、科学化和多元化的研究方法论，通过深度数据挖掘、专家洞见提炼、产业建模分析与多维价值链梳理，全方位评估量子科技的技术前沿、市场潜力及其产业化路径。 多源数据收集与验证：本研究采用横跨多维度、多渠道的精细化数据采集策略，涵盖量子科技领域的多元数据源，包括全球量子科技产业链中的核心企业公开数据、领先科研机构的技术研发成果、政策法规解读、行业市场洞察及学术文献等。为确保数据的广泛代表性与严谨性，我们对采集数据进行了多轮验证与交叉比对，构建高质量的实证数据集，以支持后续分析工作的科学性与精确性。 02专家网络与深度访谈：通过建立涵盖不同领域的多层次专家网络，本研究与量子科技领域的一线从业人员展开了深度对话。受访专家包括知名量子科技企业的创始团队及技术负责人、行业协会的资深顾问、顶尖高校及科研机构的量子科学家等。访谈以结构化与非结构化相结合的方式进行，围绕技术路径、企业商业模式及未来发展等关键议题展开，从而提炼具有高度前瞻性的洞见。 03先进建模与数据量化分析：结合全球管理咨询领域的实践经验，研究构建了多层次分析框架与量化模型，以揭示量子科技产业的动态趋势和潜在价值。运用各类统计模型、预测算法及市场模拟技术，对投融资活动、市场规模及产业链分布进行量化分析，力求精准刻画量子科技行业的发展路径及关键驱动因素。 产业价值链及场景化洞察：研究采用端到端价值链分析方法，全面梳理量子科技在产业链各环节中的核心要素，从上游关键技术与核心组件研发，到中下游应用场景开发及市场拓展。系统探讨了量子技术在卫星通信、无源导航、金融、化工、材料、能源电力、基础科研、生命科学等多个重点行业的潜在变革性应用，为行业赋能提供战略参考。 05地区与政策差异化分析：本研究从全球视角出发，开展了区域比较分析，重点评估全球各主要科技国家和地区在量子科技领域的政策扶持、创新生态、人才集聚及技术商业化等能力。基于差异化定位，揭示了区域之间的竞争优势与互补性，为全球量子科技协同发展提供洞见支持。 目录 01. 2024产业发展概览5 02.北美量子产业发展概况20 03.欧洲量子产业发展概况43 04.中国量子产业发展概况66 05.亚太（除中国）量子产业发展概况88 06.产业发展展望101 07.附件114 01政策：全球布局，竞逐先机 02技术进展：多点突破，蓄势待发 03投融资：资本回流，产业升温 04产业规模：规模扩张，未来可期 05下游应用市场规模：应用拓展，深度融合 01 政策：全球布局，竞逐先机 技术进展：多点突破，蓄势待发 02 量子计算重要进展 2024年，量子计算领域取得多项进展，其中，重大进展主要出现在超导、离子阱、中性原子路线。同时，量子纠错也取得了不俗的进展，整个行业继续向着容错量子计算迈进。 超导量子计算 •IBM推出Heron_R2处理器，能够运行包含高达5000个双量子比特门操作的量子线路。•Google发布Willow处理器，在“随机线路采样”基准测试中展示了“量子优势”。•中国科学技术大学等推出“祖冲之三号”处理器，具有很高的操作保真度。•麻省理工学院使用可控的4×4超导量子比特阵列来模拟二维硬核Bose-Hubbard晶格。 离子阱量子计算 •Quantinuum等在波函数中实现了非阿贝尔拓扑序，并演示了对其任意子的控制。•清华大学首次实现了512个离子的稳定囚禁以及300个离子的量子态测量。•Oxford Ionics的单、双量子比特门保真度达到了99.9992%、99.97%。 中性原子量子计算 •NIST与科罗拉多大学在二维隧道耦合光学晶格中使用超冷原子实现了玻色子采样。•加州理工学院利用光镊阵列囚禁了6100多个中性原子，相干时间为12.6秒。•中国科学技术大学成功构建用于求解费米子-哈伯德模型的超冷原子量子模拟器“天元”。 新型量子比特 •苏黎世联邦理工学院演示了在固态机械系统中实现单声子非线性态，可用作机械量子比特。•哈佛大学等利用内禀分子资源，使用NaCs分子，实现了双量子比特iSWAP门。 量子纠错 •Google在Willow上展示了码距为7的纠错码和与实时解码器集成的码距为5的纠错码。 •IBM提出了一种端到端量子纠错协议，该协议基于一系列低密度奇偶校验码实现容错内存。•清华大学、中国科大、北京量子院用玻色子量子模块实现了纠缠逻辑量子比特。 量子安全重要进展 2024年，量子安全领域在量子密钥分发、抗量子加密、量子随机数发生器三个方向持续发力，推动多技术融合、应用落地。此外，量子通信网络不断扩展，相关的存储器、中继器也在同步构建。 量子密钥分发 •中国科学院大学对双场量子密钥分发的相位误码率采用了更精确的估计方法，有效降低了误码率，从而提高了系统的安全性。•美国西北大学展示了在承载传统电信流量的光纤上实现量子隐形传态，实验在30.2公里的光纤上进行，该光纤同时承载400-Gbps的C波段经典流量。•华东理工大学使模式匹配量子密钥分发方案适用于至长度、衰减不对称信道，显著降低非对称信道对性能的影响。 抗量子加密 •美国Apple公司宣布对其iMessage通讯平台进行升级，此次升级采用PQ3加密技术。•中电信量子搭建融合量子密钥分发的分布式密码系统架构，同时，构建起量子密钥分发、抗量子密码与经典密码深度融合的新型密码体系。 量子随机数发生器 •韩国SK电讯与KCS公司共同开发的量子密码芯片QKEV7，此芯片集量子随机数发生器与加密通信功能于一体，有物理不可克隆等技术，且轻量、低功耗。•硅臻研发的量子随机数发生器芯片“QRNG-10”，2024年向信息安全终端企业完成首批10K级出货，该芯片尺寸仅4×4mm，采用QFN封装形式。 量子网络 •哈佛大学展示了一个由基于纳米光子金刚石腔中硅空位色心的多量子比特寄存器组成双节点量子网络，并与电信光纤网络集成。•中国科学技术大学采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠，并以此为基础构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络。 量子传感重要进展 2024年，量子传感领域在时频、磁场、位移/相位、重力、旋转、电场测量等多个方向取得重要进展，推动了相关产品的迭代更新，并在众多实际场景中取得应用。 时频测量 •科罗拉多大学博尔德分校将测量精度提高了六个数量级，推进了钍-229核时钟的研究。•加州理工学院与斯坦福大学在基于光镊的光钟中执行量子计算，以便使时钟更加精确。•中国科学技术大学成功研制了万秒稳定度和不确定度均优于5×10^-19的锶原子光晶格钟。 磁场测量 •中北大学与中国科学院提出新型远程两点磁梯度张量定位方法，利用自研SQUID磁强计和MGT不变量，结合准牛顿优化算法，将磁定位检测距离提升至500米，定位误差远小于1%，优于现有方法，且在10米等效实验中表现良好。•麻省理工学院等结合自旋制冷技术和cQED传感器建模，提升金刚石NV色心磁力计灵敏度，在15 kHz附近达到576±6 fT/Hz的水平。 位移/相位测量 •法国CNRS制造了一种基于非线性量子Sagnac干涉仪的高精度光学相位传感器。•香港城市大学与清华大学提出了基于超表面透镜阵列的夏克-哈特曼波前传感器，显著提高了相位测量的采样密度和角分辨率。 重力测量 •新加坡国立大学结合相对弹簧重力仪，达到了7.7微伽的精度。 旋转测量 •国防科技大学、华冠科技通过闭环控制方案有效提升核磁共振陀螺仪的动态范围。•法国巴黎萨克雷大学与法航研院提出基于冷原子干涉仪的量子陀螺仪系统，实现了长达一天的700 ppm（百万分之七百）稳定性。 电场测量 •国防科技大学引入电气尺寸极小的短波谐振器，使里德堡原子电场传感器在短波频段的测量灵敏度实现了8633倍的提升。•苏黎世联邦理工学院通过基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM，对压电和非铁电（YMnO3）材料的电场进行了精确测量，对其畴图案进行了清晰的成像。 投融资：资本回流，产业升温 03 融资金额：小幅反弹，有所回升 全球量子领域的投资规模在过去的四年中呈现震荡趋势，2021年总融资金额为29.10亿美元，2022年增长到33.90亿美元，然而2023年又降至18.81亿美元，2024年则回升至25.12亿美元。2021至2024年间的复合增长率（CAGR）为-4.78%。 一方面，相比于2023年，