量子信息技術是量子物理與信息科學交叉的新生學科，其物理基礎是量子力學。基于量子特性，量子信息技術可以突破現有信息技術的物理極限，在信息處理速度、信息安全性、信息容量、信息檢測精度等方面將會發揮極大的作用。量子信息技術主要的應用領域包括量子計算、量子通信和量子測量等。

    進入21世紀之后，人類對微觀粒子系統的觀測和調控技術不斷突破和提升，使得從量子觀察到量子調控成為可能，這為即將爆發的第二次量子科技革命提供了很好的基礎，而這次第二次量子科技革命的主角就是以量子計算和量子通信為主的量子信息技術。為了搶占量子科技的國際話語權，各國競相出臺相關政策和提供資金支持量子信息發展，行業在政策和資金的推動下有望實現快速發展。

    量子信息憑借其高并行速度和絕對安全性，被賦予了引領人類第四次科技革命的可能性。各國為了搶占量子科技領域未來的國際話語權，紛紛出臺相關政策和提供資金來大力推進量子信息技術的發展。產業資本也紛紛加快在量子信息領域的布局，預計行業將進入一個從0到1的快速發展時期。

    我國在量子計算領域目前還是以研究為主，產業應用剛剛起步。但是我國量子通信研究和技術應用方面全球領先，而且各地方量子通信網絡建設和各行業量子通信試點應用正在加速推進。量子信息技術的發展進入加速期。

    量子技術研究已成為當前世界科技研究的一大熱點。國際社會紛紛加大研發力度和投入，力爭搶占技術制高點。

    為搶占第二次量子技術革命的制高點，我國近年來對量子信息技術的重視和支持力度也逐漸加大，先后推出“自然科學基金”、“863”計劃和重大專項等來支持量子信息的研究和應用。2018年5月的兩院院士大會上，習總書記強調“以人工智能、量子信息、移動通信、物聯網、區塊鏈為代表的新一代信息技術加速突破應用”，量子信息的戰略地位得到進一步肯定。

    一、量子計算機

    量子計算機相比傳統計算機在并行計算和量子模擬上具備天然優勢，未來將逐步應用于需要進行大數據分析和質因數分析的領域，如加密通信、藥物設計、交通治理、天氣預測、人工智能、太空探索等領域。目前量子計算的研究和應用還是以美國主導為主，我國還停留在研究階段。但由于高端計算方面具備天然優勢，整體市場潛力巨大。

    而在各個國家中，美國在量子計算的綜合實力全球領跑，目前已形成了政府、科研機構、產業和投資力量多方協同的良好局面。其他國家基本上以緊密跟隨為主。

    國外量子計算機發展歷程

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    我國量子計算目前還是以理論研究為主，參與者主要是以科研機構、高校為主，但是近年來我國量子計算的研究發展迅速，我國在高水平SCI論文數量總量上已經僅次于美國。我國量子計算剛剛從基礎研究邁入技術積存和集中攻關的階段，在產品工程化及應用推動方面與美國科技巨頭存在明顯的差距，國內僅一家初創企業，但是這兩年阿里巴巴、百度和華為等科技巨頭先后關注和加大量子計算領域的投入。

我國量子計算領域的發展歷程

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    二、量子計算機優勢

    量子通信是使用量子態攜帶所要傳送的信息，并把量子糾纏作為信道，將該量子態從A地傳送到B第的一種通信方式，量子通信按其所傳輸的信息是經典還是量子而分為兩類：量子密鑰分發和量子態隱形傳輸。

    量子密匙分發（QKD）：在信息收發雙方進行安全的密匙共享，借助一次一密的加密方式實現雙方的安全通信。利用量子的不可測性和不可克隆性，從而實現信息的不可竊聽，首先在收發雙方間實現無法被竊聽的安全密鑰共享，之后再與傳統保密通信技術相結合完成經典信息的加解密和安全傳輸。這是目前市場上主流也是產業化較為成熟的技術路線。

    量子態隱形傳輸（QT）：基于量子糾纏態的分發與量子聯合測量實現量子態信息的直接傳輸,在量子信息的轉移過程中不移動信息載體本身。同經典通信相類似，遠距離量子通信會出現糾纏減弱。因此需要建立量子中繼以保證量子通信通暢。目前處于前沿研究階段，落地仍有困難。

    與傳統通信方式相比，量子通信在確保信息安全，增大信息傳輸量，傳輸信息高效，抗干擾能力強等方面具有絕對優勢，是迄今為止是唯一通過數學方式被嚴格證明的絕對安全的通信方式。不但在國家安全、金融等信息安全領域有著重大的應用價值和前景，而且逐漸走進人們的日常生活。

量子密鑰分發基本架構

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    三、量子計算機的未來

    量子計算機不會取代經典計算機，但將會在執行對現有計算機來說太過復雜的任務方面表現出眾，特別是那些需要在大數據里面展開搜索和對大數進行質因數分解的任務。這是因為基于量子疊加和量子糾纏的內在特性，量子計算機可以實現快速的并行計算和量子行為模擬，從而重新定義程序和算法，這就使得它能夠在一些特定的應用場景有很好的優勢，如加密通信、藥物設計、交通治理、天氣預測、人工智能、太空探索等領域。

    在加密通信領域，一切現有的密碼學全都要被重新改寫，因為用量子計算機能輕易破譯所有密碼。如經典的RSA算法，若用400位數的整數來做一個RSA密鑰，依托現有的經典計算機需要60萬年才能完成破譯，但是對于量子計算機只要3個小時就能夠破譯。

    在藥物設計領域，開發一種新藥需要開展無數不同分子組合方式的試驗，從而能夠找到有效治愈某種疾病的藥物特性。這個過程需要持續數年。量子計算機能在短期內繪制數以萬計的分子組合模式，并迅速確定最有可能生效的組合，加大的節省藥物的研發成本和周期。

    在交通治理方面，量子計算機能迅速對復雜的交通狀況進行研判，調度綜合交通系統，最大限度避免道路擁堵。

    預測，保守看來，到2035年，量子計算市場將達到20億美金體量。隨著采納率的提高，到2050年，市場規模將飆升至2600億美元。

    若當前桎梏量子計算發展的主要因素——物理量子位的錯誤率——能夠顯著降低，那么到2035年，量子計算市場規模將達到600億美元，并在2050年增加到2950億美元。與之相比，當今全球商業及消費市場總規模為8000億美元。

    量子通信相對于傳統通信具備絕對安全性，在對信息安全要求比較高的領域有望率先推開，目前整體還處在試點應用階段，未來隨著技術的升級和成本的降低，量子通信有望向商業領域拓展，市場空間巨大。雖然我國量子通信領域發力較晚，但是憑借政策支持和巨大的資金投入，我們在量子通信領域成功實現了直道超車，在試點應用數量和網絡建設規模方面全球領先，并且多項建設記錄領跑全球。

    量子保密通信是量子信息領域中率先進入實用化的技術方向。近年來，各國逐步開展量子通信試點應用。

    我國量子通信領域世界領先，多項建設記錄領跑全球。我國量子通信雖然起步較晚，但是憑巨大的資金投入和政策支持，我們在量子通信領域成功實現了直道超車，在試點應用數量和網絡建設規模方面全球領先，并且多項建設記錄領跑全球。

    現有的量子通信網絡建設方面，2017年，“寧蘇干線”、“滬杭干線”、“武合干線”、“齊魯干線”和“武漢城域網”等項目開始建設。2018年，國家廣域量子保密通信骨干網絡建設一期工程開始實施，在“京滬干線”基礎上，增加武漢和廣州兩個骨干節點，新建北京-武漢-廣州線路和武漢-合肥-上海線路，并接入若干已有和新建城域網絡。

    從專利申請來看，中國量子通信專利申請數逐年遞增，在全球量子通信專利數中所占比例遙遙領先。

    2017年，我國量子通信行業市場規模達到了180億元，到2018年將達到320億元左右，同比增長77.78%，預計到2024年，我國量子通信行業建設及運營服務市場規模達912億元，同比增長13.57%。根據預測，國內量子通信短期市場規模在100-130億元左右，長期市場規模將超過千億。而在下游應用領域方面，目前還是以政府應用為主，但是面向商用的金融板塊的應用正在加速推進，根據前瞻網的預測，到2021年，量子通信在政府服務領域應用占比將達到30%；金融領域應用其次，占比為22%；商業領域、國防軍事緊隨其后，占比分別為20%、16%。

    隨著近年來我國在量子通信試點應用和網絡建設的不斷推進，我國量子通信產業鏈已初步形成，從基礎研究、設備研發、建設運維到安全應用都有涉及。在國內，中科大在量子通信產業化方面表現突出，其衍生與合作建立了科大國盾、安徽問天量子等公司，進行量子保密通信前沿研究成果向應用技術和商用化產品的轉化。

2017-2024年我國量子通信市場規模及其預測

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2021年量子通信下游應用領域分布

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    我國在量子計算領域目前還是以研究為主，產業應用較少；但是我國量子通信研究和技術應用方面全球領先，而且各地方量子通信網絡建設和各行業量子通信試點應用正在加速推進，量子信息技術的發展進入加速期。

    相關報告：智研咨詢發布的《2019-2025年中國量子計算機行業市場深度調研及投資前景分析報告》