量子信息技术产业发展研究报告 (2024 年)

量子信息网络产业联盟 2025年3月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据观点、建议等，均不构成投资或法律建议，也不应替代律师意见本报告所有材料或内容的知识产权归量子信息网络产业联盟所有(注明是引自其他方的内容除外)，并受法律保护。如需转载需联系本联盟并获得授权许可。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字、图表或者观点的，应注明“来源：量子信息网络产业联盟”。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 量子信息网络产业联盟联系电话：010-62300592邮箱：qiia@caict.ac.cn 编制说明 量子信息技术是量子科技的重要组成部分，也是培育未来产业、构建新质生产力、推动高质量发展的重要方向之一，主要包括量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域，正逐渐进入科研攻关、工程研发、应用探索和产业培育同步推进的关键发展阶段，科研成果亮点纷呈，应用探索持续开展，产业生态初具雏形。 我国量子信息技术领域具备良好发展基础，三大领域总体发展态势向好，未来有望进一步取得更多技术研究、应用探索和产业培育的新进展。联盟在《量子信息技术产业发展报告》（2023年）的基础上，组织编写了2024年《量子信息技术产业发展报告》，针对三大领域总体发展态势、科研进展成果、应用场景探索和产业培育情况等开展持续跟踪研判，供业界参考。 编制单位：中国信息通信研究院、中移(苏州)软件技术有限公司、中电信量子信息科技集团有限公司、国科量子通信网络有限公司、江苏亨通问天量子信息研究院有限公司、安徽问天量子科技股份有限公司、上海循态信息科技有限公司、浙江九州量子信息技术股份有限公司、中国电子科技集团公司电子科学研究院、安徽冠盾科技有限公司、国家电网有限公司信息通信分公司、深圳量旋科技有限公司、深圳信息通信研究院。 编写组成员：王敬、赖俊森、张萌、黄智国、查子龙、李明翰、赵良圆、施红旗、周颖明、钱懿、张雪松、鲁思宇、高德荃、郭聪、刘立平、刘佳玮、姚曳。 前言 近几年，量子信息技术已成为全球多个国家政策布局和项目规划的重要关注点之一，投入力度持续加大，国际竞争日趋激烈，量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域科技创新快速发展，应用探索持续深入，产业生态逐步培育。 本报告对量子信息技术总体发展态势、三大领域关键技术进展、应用探索情况和产业培育现状等进行分析探讨，并对量子信息技术领域发展趋势进行展望。 本研究报告共分为六章，相关章节内容安排如下： 第一章：量子信息领域总体发展态势。介绍量子信息技术的总体发展态势。 第二章：政策布局投资。介绍国内外量子信息领域政策布局与资金投入的整体情况。 第三章：科研进展成果。介绍三大领域近一年科研领域重要热点、进展和趋势。 第四章：应用场景探索。介绍三大领域近一年应用领域重要热点、进展和趋势。 第五章：产业发展分析。介绍三大领域近一年产业领域重要热点、进展和趋势。 第六章：发展趋势展望。总结三大领域发展趋势。 目录 一、总体发展态势........................................1 二、政策布局投资........................................3 (一)国际政策布局....................................3(二)国内政策布局....................................9 三、科研进展成果.......................................11 (一)量子计算.......................................11(二)量子通信.......................................22(三)量子精密测量...................................28四、应用场景探索.......................................33 (一)量子模拟成为探索复杂量子现象的重要途经.........33(二)量子人工智能有望应用于众多行业领域.............35(三)量子保密通信应用场景探索持续开展...............37(四) NIST发布PQC标准，应对量子计算安全威胁.........39(五)量子精密测量应用试验验证稳步推进...............42(六)多国加大量子精密测量应用探索投入力度...........43 (一)量子计算产业生态培育处于早期发展阶段...........46(二)量子保密通信领域产业化水平持续提升.............47(三)量子精密测量产业链初形成，商用仍存挑战.........48 图目录 图1量子信息技术三大领域概况...........................................................1图2量子计算技术体系架构.................................................................18图3秒定义修改路线图完成度.............................................................33图4美国NIST后量子加密（PQC）标准化历程...............................40 表目录 表1国内外典型量子计算云平台概况.................................................20表2量子模拟行业应用探索概况..........................................................34表3量子人工智能行业应用探索概况..................................................36 一、总体发展态势 二十一世纪以来，随着人类对微观粒子操控能力的大幅提升，第二次量子革命也随之开启，并且正在迅速催生出大批具有潜在价值和颠覆意义的新兴技术，有望在未来为信息社会的演进和发展提供强劲动力。量子信息技术是新一代信息技术和量子科技的关键组成部分之一，通过使用量子叠加、纠缠等量子物理规律来存储、传输、操作、计算或测量信息。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，原理特性和发展目标如图1所示，在提高计算复杂问题运算处理能力、增强信息安全保护能力、提升传感测量精度等方面，具备远超经典计算范式的潜力，有望成为推动前沿科技探索、信息技术演进和数字经济产业发展的重要引擎和加速器。 量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，可以作为一种新型计算范式带来经典计算无法比拟 的算力飞跃，有望在经济社会发展的多个领域产生颠覆性影响。目前超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体等技术路线科研探索和原型机工程研发不断取得进展，实现大规模可容错通用量子计算仍需长期攻关，行业领域应用探索持续深化，“杀手级”应用尚未实现落地，产业生态培育稳步推进。 量子通信基于量子叠加态或纠缠效应，在经典通信辅助下实现密钥分发以及信息传输，在理论协议层面具有可证明安全性。基于量子密钥分发和量子随机数发生器等技术方案的量子保密通信系统正初步进入实用化阶段，在新型协议研究和实验系统研制等方面持续取得阶段性成果，样机产品研发和应用探索持续推进，推广大规模应用仍面临诸多挑战。量子信息网络是重要的远期发展目标之一，近期在基础研究、关键设备组件和系统原型实验等方面取得一定进展，距离实用化仍有较远差距。此外，量子密码作为一种基于量子力学原理的加密技术，是理论上安全的密码技术，有望应用于诸多行业领域。 量子精密测量对外界物理量变化导致的微观系统量子态变化进行调控和观测，实现精密传感测量，精度、灵敏度和稳定性等核心指标相较传统测量方式具有数量级提升。量子精密测量具有多种技术方向，不同方向的技术成熟度各有差异，微波原子钟、冷原子重力仪、光量子雷达、量子磁力仪等多种类型产品已初步实现商用，光学原子钟、原子陀螺仪、里德堡原子天线等目前处于科研攻关和 样机研制阶段。主要应用场景涵盖国防军工、航空航天、生物医疗、地质资源勘测等领域，产业化前景广阔。 二、政策布局投资 (一)国际政策布局 1.美国 美国通过《国家量子计划（NQI）》立法，统筹全美量子信息技术发展，形成统一部署和资金支持的法律基础，组织能源部、自然科学基金会、国防部、NIST等多个部门，战略部署围绕顶层设计、组织机制、专项计划、生态建设等多个维度展开，在基础科研、工程研发、应用探索、人力资源、产业生态和供应链等方面实现体系化布局，技术方向涵盖了量子计算、量子通信和量子传感等多个领域，投资规模冠绝全球。NQI法案第一阶段于2023财年结束，法案实施以来，美国已在机构平台建设、技术研发突破、产业生态培育与国际合作等方面取得一系列重要进展。 2024年7月，美国国会众议院科学、空间和技术委员推动《国家量子计划（NQI）再授权法案》更新1，包含去年11月以来该法案的修订，目标是加速推动NQI法案第二阶段授权并增加项目拨款，维护美国在量子科学技术领域的全球领导地位，主要措施包括加大基础科学投资、打造量子人才队伍、深化产业界合作、建设关键基 础设施、维护国家安全和推进盟友合作等方面，旨在维护美国在量子科学技术领域的全球领导地位。 2024年8月，美国参议院两党参议员提出《能源部量子领导法案》2，内容涵盖科学研究、设备支持、人才培养、基础设施、政企合作等多方面，由美国能源部牵头实施，旨在扩大能源部在量子信息科学领域的职权和研发投资能力，法案计划未来五年内授权超过25亿美元的资金，以加强量子技术的研究、开发和商业化。 2024年8月，美国国家科学和技术委员会量子信息科学小组委员会发布《推进量子信息科学与技术领域国际合作》报告3，回顾美国在量子信息技术领域的发展历程，展望了未来十年美国在量子信息技术领域的发展规划，并阐述了国际合作在实现这一目标中的关键作用，目标是为美国在量子信息技术领域的国际合作提供战略指导和政策建议。 2024年9月，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4。这份报告是对美国国家量子计划的第二次独立评估，重点关注量子网络及试验平台在技术研发中的作用，进一步巩固美国在量子网络科技领域的领先地位。 2024年11月，美国国会预算办公室发布了H.R.6213《国家量子倡议重新授权法案》的成本估算报告5，预计将在2025年至2029年的五年内授权拨款18亿美元。H.R.6213将授权《国家量子倡议法案》第二阶段拨款，通过加大对能源部、国家科学基金会、美国国家标准与技术研究院、国家航空航天局等部门资金支持，进一步巩固美国在量子技术领域的领导地位。 2.欧盟 欧洲国家自上世纪九十年代开始关注并持续支持量子信息技术领域发展。欧盟以“量子旗舰计划”整合欧洲各国科研和产业力量，加快量子信息技术产业发展，致力于在量子信息技术这一新赛道中抢占先机，并在全球量子科技竞争中赢得主动。近年来，欧盟积极布局并出台了一系列量子信息相关战略以及专项计划。 2024年2月，欧盟量子旗舰计划发布《战略研究和产业议程（SRIA）》的更新版6，在量子计算、量子模拟、量子通信、量子传感与计量四大领域，分别提出针对不同技术路线和发展方向的短期（2027年）和中期（2030年）发展目标和建议。分析量子技术创新和产业化必要条件及社会影响，在基础科学探索、工程技术开发、劳动力培养、技术标准化、公私部门投资、知识产权保护、国际合作与出口管制等7个方面提出未来发展策略建议，为打造对标美国 硅谷的欧洲量子谷奠定基础。 2024年3月，欧盟26个成员国联合签署《欧洲量子技术宣言》7，提