量子科技专题报告：量子应用逐步落地，关注政策支持|量子通信_新浪财经

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1 量子科技概述：三大发展方向，政策支持力度大

量子力学：量子科技的理论基础

量子是指一个物理量最小的不可分割的基本单位。一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。例如，“光的量子”（光子）是一定频率的光的基本能量单位，其同时具有波动和粒子的性质，即光的“波粒二象性”。

描述量子微观世界的理论——量子力学。量子力学是描述原子和亚原子尺度的物理学理论，有别于经典理论，粒子尺度上其状态是由波函数描述的一系列可能的概率分布，而不是一个精确的值。量子力学包含了一系列经典物理学难以描述的原理，如不确定性原理、量子纠缠以及量子叠加等。量子力学的原理不仅在物理学中有着基础性的作用，也是量子技术如量子计算、量子测量和量子加密的基础。

量子科技应用三大方向：通信、计算、测量

量子科技主要有三大应用方向，分别是量子通信、量子计算和量子精密测量。量子科技是利用量子独特的性质，来达到经典传统技术所不能达到的效果，并推动信息处理、测量以及计算等能力的进步。量子通信：又称为量子加密通信，是利用量子态的特性来实现信息的安全传输的技术，关键应用包括量子密钥分发（QKD）以及量子隐形传态（QT），利用量子通信能够实现最严格的信息论安全。量子计算：是一种利用量子力学原理进行信息处理的技术。它与传统的经典计算不同，主要在于量子计算使用量子比特（qubits）代替经典计算中的二进制比特（bits），这使得量子计算机拥有了经典计算机无法比拟的信息携带和并行处理能力。量子精密测量：是一种利用量子力学规律，对关键物理量进行高精度与高灵敏度的测量技术。它旨在实现单量子水平的极限探测、精准操控和综合应用，可以用于对时间、频率、加速度、电磁场等物理量进行测量，并且能够达到前所未有的测量精度。

政策提法：新质生产力&未来产业

量子产业是新质生产力的重要组成。新质生产力是创新起主导作用，摆脱传统经济增长方式、生产力发展路径的先进生产力，具有高科技、高效能、高质量特征。量子科技是新质生产力的重要组成部分，在多个行业中具有广泛的应用前景，能够提升信息处理速度、增强通信安全性，并提高测量精度，是新质生产力的关键要素。 2024政府工作报告强调大力推进量子科技等未来产业发展。报告中提到，积极培育新兴产业和未来产业；制定未来产业发展规划，开辟量子技术、生命科学等新赛道，创建一批未来产业先导区。在《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》中明确提出，中国将在包括量子信息在内的八大前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。

国际竞争：量子科技是大国博弈的重要领域

量子技术国家间流动受限，是大国博弈重要领域。欧美等国家为占据竞争优势，对量子技术实施一系列的限制，美国自2023年8月起开始限制私募股权和风险投资公司在中国量子计算领域的投资，并于2024年5月将中国22家与量子科技相关的企业纳入出口管制实体清单；此外，欧盟也于2023年6月发布《欧洲经济安全战略》，对量子计算领域外包做出严格限制。我国牵头制定量子国际标准，抢占国际竞争先发地位。据ISO官网，《量子密钥分发的安全要求、测试和评估方法》国际标准提案已在2023年正式发布。这是首个系统性地规范量子密钥分发安全检测技术的国际标准，由中国信息安全测评中心、国盾量子牵头联合制定。量子保密通信的国际标准发布将对相关产品设计和应用提供国际权威的指导，对全球相关技术发展有重要引领作用。

2 量子通信：信息加密重要发展方向，逐步实现商业化落地

量子通信两大方向：量子密钥分发和量子隐形传态

量子通信主要有两大应用方向，量子密钥分发和量子隐形传态。量子通信是量子信息学的一个重要分支，是利用量子态作为信息载体来进行信息交互的通信技术。目前，量子通信的典型应用形式包括量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）和量子隐形传态（Quantum Teleportation）。以具备信息理论安全性证明的QKD技术作为密钥分发功能组件，结合适当的密钥管理、安全的密码算法和协议而形成的加密通信安全解决方案，被称为“量子保密通信”。由于量子保密通信是现阶段量子通信最主要的应用体现方式，因此量子通信与量子保密通信在应用中可基本等同。

量子通信：保障信息安全的必然需求

现有信息加密技术主要基于经验安全，存在被破译可能。现有的加密体系，如对称加密、非对称加密等加密体系主要基于数学难题和计算复杂性来确保安全性，如大数的质因数分解（RSA算法的基础）或椭圆曲线上的离散对数问题（ECC算法的基础）。由于这些问题在现有的计算模型和已知算法下难以解决，因此相应的加密技术被认为是安全的。随着算力的提升和量子计算的发展，这些基于经验安全的加密技术可能面临新的挑战。通过量子计算机运行的量子算法，如Shor量子算法，它能有效分解大数，从而威胁到基于大数质因数分解的加密体系。

应对量子计算挑战，实现量子安全主要有两种方式：后量子密码与量子密码。（1）后量子密码（PQC）又称为抗量子计算密码（ QRC），其目标是能够同时抵御量子计算机与经典计算机的破译攻击，主要包括哈希密码、格密码、多变量密码等。（2）量子密码（又称为量子密钥分发）是以量子物理原理实现经典密码学的密码，代表性的技术有量子密钥分发（QKD）、量子随机数、量子数字签名等。

量子密钥分发关键设备：QKD设备

量子密钥分发是通过量子保密通讯网络，利用量子加密终端提供量子密钥交互和加解密的过程。该过程需要同时利用经典信道和量子信道，其中，量子信道用于传输由量子态承载的量子比特信号，可以是光纤、自由空间（包括卫星链路）等物理媒介；经典信道是正常信息传输所利用的网线、光纤等。两种信道分别传输量子密钥和密文，并通过量子加密终端（QKD设备）进行密钥的生成比对、信息的加解密等。

QKD设备系量子密钥分发的关键设备。QKD设备在量子加密通信中起到密钥生成接收和加解密等工作，是量子保密网络建设的关键设备。其内部组件主要由光源模块、编码调制模块、探测模块、数据分析与处理模块等一系列模块集成，未来可通过光电一体化等技术进一步提高集成度，实现加密终端的成本优化、体积缩小。

全球进展：我国已进入量子广域网阶段，欧美均已开展建设

我国量子保密通信网络已进入“星地一体”广域网阶段。我国量子密钥分发技术已经实现从城域网向广域网的技术突破，在2018年发改委批复后，我国国家光宇量子保密通信骨干网络已于2022年建成并全线通过验收。骨干网络全长超过1万公里，覆盖京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、东北等区域的17个省市约80个城市，是全球领先的运营级量子骨干网络。2016年“墨子号”量子通信卫星发射，该卫星实现了星地量子密钥分发、洲际量子密钥分发；2022年量子微纳卫星发射入轨，我国“星地一体”的量子骨干网络已基本建成。

海外进展：美国起步较早，欧盟重点建设量子密钥分发网络。2022年，美国通过《量子网络安全准备法案》，针对政府信息利用后量子密码问题制定了具体计划；2023年，美国国家网络安全战略将防御量子网络攻击列为战略目标，涉及后量子密码的使用，以及替换存在漏洞的硬件、软件和应用程序的必要性。欧盟提出了EuroQCI项目，目标是到2027年提供安全通信，其全部27个成员国都签署了该项目。2021年，意大利、斯洛文尼亚、克罗地亚三个地区之间首次实现了州际量子安全通信（100.5公里）。2022年，欧盟通过了《欧盟安全连通计划条例》，为EuroQCI项目开发空间段，即IRIS2空间星座，计划25年底或26年初发射。

市场测算：城域网建设空间广阔，C端需求有望释放

我国量子保密通信城域网建设有望带来设备需求。目前我国已建成国家级量子保密通信骨干网络，未来将进一步开展沿线城域网络建设和边缘节点覆盖工作。考虑到建设量子保密通信网络建设投资主要为基建投入与QKD设备投入，因此总投资额将与网络的覆盖面积正相关，我们假设一线城市建设量子保密网络总投资额为5亿元、省会级城市建设投资为3亿元、二线以下城市投资额为1.5亿元，测算我国量子城域网市场投资需求总额为492.5亿元人民币。

C端空间广阔，需求有望释放。中国电信在21年推出了“量子密话”业务；中国移动推出“和对讲”量子加密产品；科大讯飞、华为等厂商均推出了面向C端的消费级量子加密产品，市场需求有望加速释放。据中国电信，“量子密话”套餐有30元/月与50元/月两个档位，2023年其用户数量已超过100万户。由此，我们对电信“量子密话”市场空间进行了测算，假设24-26年量子密话在电信总移动用户渗透率分别为0.5%、1%、1.5%，电信移动用户数量增速为5%，预计26年量子密话市场规模将达42.5亿元。

3 量子计算：算力潜力巨大，关键技术逐步突破

量子计算：基于量子比特带来的强大并行计算能力

量子计算机采用量子比特计算。量子计算中的基本信息单位是量子比特，类似于传统数字电子学中的比特。与经典比特不同，量子比特可以存在于其两个“基本”状态的叠加中，写作|0⟩和|1⟩以作为经典态0和1的对应，可以被认为是指向“布洛赫球体”表面上某个位置的箭头。

量子比特状态的叠加使得大量并行计算成为可能。门电路的经典位只有两个可能值：0或1。然而，量子位可以是这两种信息状态的叠加，同时具备这两种状态的特征。如偏振光的叠加：用水平偏振光来表示0，垂直偏振光表示1，但光也可以在一定角度上偏振，同时具有水平和垂直分量。由此，N个经典比特一次表示的数字只有1个，但N个量子比特一次能表示的数字数目为2的N次方。

量子计算输出结果具有不确定性。当运算结束测量量子比特时，其结果是经典比特的概率输出。如3个量子比特的系统，每个量子比特都是0和1的叠加，一次就能表示0到7（十进制）这8个数。当我们输入2（二进制010），并发出运算指令后，所有8个数都开始运算，都加2，并同时得出8个结果（2、3……9）。然而，量子计算机输出时，量子比特由于退相干会坍缩成其中的一个结果，因此量子计算机的高速计算是以不确定性为代价的。为了降低输出结果的错误率，在计算过程中的“量子纠错”和具体的“量子算法”能够缩小输出值的范围，提高输出结果的准确率。

国内进展：我国量子科技发展环境优越，量子科技处于全球前沿

我国量子计算在最大比特和量子芯片方面取得较大进展。2024年4月25日，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院向国盾量子交付了一款504比特超导量子计算芯片“骁鸿”，用于验证国盾量子自主研制的千比特测控系统。此款芯片刷新了国内超导量子比特数量的纪录，后续还计划通过中电信量子集团的“天衍”量子计算云平台等向全球开放。新测控系统集成度较上一代产品提升10倍以上，核心元器件使用国产化设计，在提升操控精度的同时大幅降低了成本。

4 量子精密测量：单位标准化必需，技术快速演进

量子精密测量：利用量子技术测量物理量

量子精密测量是利用外界变化对微观粒子的影响来测量物理量的技术。量子精密测量旨在利用量子资源和效应，实现超越经典方法的测量精度，是原子物理、物理光学、电子技术、控制技术等多学科交叉融合的综合技术。其基本原理为外界的电磁场、温度、压力等物理量因素会改变电子、光子、声子等微观粒子的量子态，对这些变化后的量子态进行测量，从而实现对外界物理量的测量。

量子精密测量的一般过程包括：首先制备一个用于感知参数的初始量子态，该状态是“纯净”的，并且可以由数学语言准确描述的。而后该初始态经过一个动态过程感知参数（如温度，压力等）后可以得到携带这些参数信息的末态。针对末态的测量可以提取出参数信息。而量子精密测量的任务是利用量子资源如纠缠、压缩等增加对参数的测量精度。

量子精密测量技术体系：以各类量子传感器为应用

量子传感器为量子精密测量的实用化产品。量子传感器能够生成有关电信号、磁异常以及惯性导航等极为精确的信息。目前传感器主要通过冷原子干涉、离子阱、金刚石氮空位（NV）色心、超导电路、原子蒸汽这五种量子技术物理实现方式，一种物理实现方式可以为不同的被测物理量提供技术支撑，不同技术还可以进行组合以达到最佳效用。

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