导 读

量子科技作为衡量国家科技实力的核心领域，已成为大国硬科技博弈的战略高地。自2023年起连续三年被写入政府工作报告，2025年更被明确列为未来产业培育的核心方向，与生物制造、具身智能等前沿领域并列，同时2025年也被联合国定为 “国际量子科学技术年”，在政策与国际共识的双重推动下，其产业发展进入加速期。该领域主要涵盖量子计算、量子通信和量子精密测量三大板块，分别在算力突破、信息安全和高精度检测领域展现出颠覆性潜力。当前，量子计算正从含噪声中等规模量子时代向专用模拟机过渡，量子通信成为产业化进程最快的细分领域，量子精密测量则逐步从实验室走向工业级应用。本文将围绕三大核心领域，全面梳理行业最新进展、竞争格局、产业链布局及相关企业动态，为读者呈现量子科技行业的整体发展态势。

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量子计算

1.量子力学颠覆经典计算体系，运算能力空前增强

量子计算是依托量子力学独特行为（叠加、纠缠、量子干扰）的计算方式，其基本信息单位为量子比特（Qubit）。根据微软的定义，在物理学中，“量子” 是所有物理特性的最小离散单元，通常指代原子或电子、中微子、光子等亚原子粒子的属性。

量子比特在量子计算中的作用，与传统计算中的 “比特” 类似，但核心差异显著：经典比特是二进制单位，仅能存储 “0” 或 “1”；而量子比特可处于 “所有可能状态的叠加态”，这也是量子计算高效的核心基础。

1. 量子叠加：同时承载多状态的核心能力

量子叠加指量子粒子处于 “所有可能状态的组合”，并持续波动，直到被观察或测量后才确定单一状态。以抛硬币为例：经典比特只能对应 “正面（0）” 或 “反面（1）”；量子比特则能同时代表 “正面、反面，以及正反交替过程中的每一个中间状态”，实现了多状态的并行承载。

2. 量子纠缠：实现指数级计算的关键

量子纠缠是量子粒子间的特殊关联能力 —— 当量子比特相互纠缠，它们会构成一个不可分割的系统，彼此的测量结果强相关。通过一个量子比特的测量结果，可直接推断其他纠缠量子比特的状态；向系统中增加并纠缠更多量子比特，能让量子计算机的计算能力呈指数级提升，从而解决传统计算机难以处理的复杂问题。

3. 量子干扰：影响计算准确性的关键因素

量子干扰是量子比特的固有行为，指叠加态会影响量子比特 “坍缩到确定状态” 的方式。由于干扰可能导致计算结果偏差，量子计算机的设计核心之一就是尽可能减少干扰，确保输出结果的准确性。

相较传统计算，量子计算在并行效率、协同处理和能耗控制上有显著优势，传统计算需逐步运算且一次仅处理1个任务，而量子计算通过含幺正变换（量子逻辑门操作）的受控量子态演化，可同时对2ⁿ个数据进行运算，等效传统计算机重复2ⁿ次操作；传统计算难以高效处理多体系统、复杂网络等需分析多部分关联的任务，量子计算则依托量子纠缠特性，让相隔遥远的纠缠量子比特在操作时产生瞬时关联，能快速捕捉系统关联；传统芯片特征尺寸缩至数纳米时会因量子隧穿效应导致能耗飙升、摩尔定律失效，量子计算的幺正变换属可逆操作，可降低能耗并提升芯片集成度。

2.量子计算的运算能力根据量子比特数量指数级增长，在AI领域具有较大潜力

在经典计算中，计算能力与晶体管数量成正比例线性关系，而量子计算机中算力将以量子比特的指数级规模增长，据中国计算机学会微信公众号，2012年“量子优势”(同样的计算任务，量子计算速度高于传统计算)的概念被提出，并在2019年由谷歌团队实现了实验验证，2020年，潘建伟院士团队基于高斯玻色采样模型成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”进一步验证了量子优势。量子计算机所能拥有的量子比特数由最初的2量子比特增长到了数百量子比特，并正以可观的速度继续增长，这为实现更可靠、更大规模的量子计算，以及挖掘基于量子计算的人工智能应用带来更多可能性。

3.量子计算竞争格局:美国科技企业主导，中国科研院所推动

在量子计算领域，美国领先，中国位列第一梯队。美国在量子计算产业链上游稍有短板，中游与下游领先。中国在中游取得各项技术突破，但在下游应用生态方面略有逊色。

4.量子计算产业链

量子计算产业链可分为上游、中游和下游三个核心环节，各环节技术特点:

(1)上游:环境测控与核心设备

核心设备包括稀释制冷机、真空系统、低温器件、光学探测器等，为量子计算机提供超低温(接近绝对零度)和低噪声环境。

技术路线对比：超导量子计算机因扩展性强、运算速度快，占全球技术路线36%(如IBM、谷歌)。其他路线包括离子阱(IonQ)、光量子(Xanadu)、中性原子(哈佛大学)等，各有优劣。

(2)中游:原型机制造与软件生态

超导路线：国盾量子为合肥“巢湖明月”计算中心提供200量子比特超导计算机;本源量子投产首条量子芯片产线，年产能1000片，72量子比特处理器已用于国家电网优化输电损耗。

光量子路线：玻色量子建成国内首个光量子计算机工厂，年产数十台设备，支持金融、制药领域算法开发(如药物分子对接效率提升1000倍)。

软件与算法：量子编程框架:本源量子推出QPanda，华为HiQ开发混合计算架构，阿里太章平台聚焦量子机器学习。

量子算法应用：谷歌、微软等企业通过AzureQuantum和量子芯片(如Majorana1)探索材料模拟、金融优化等场景。

(3)下游:云平台与行业应用

国内量子计算云平台：

中国电信“天衍”平台整合超算与量子算力，支持金融、科研;国盾量子参与构建跨域量子密信电话，实现千公里级量子加密通信。

国际量子计算云平台：

IBM、微软等提供量子云服务，支持金融(如花旗银行)、材料、生物医药等领域的复杂计算。

行业应用场景：金融:花旗银行利用亚马逊Braket开发量子投资组合优化，工商银行探索量子随机数在风控中的应用。生物医药:阿里量子云平台支持药物分子模拟，缩短研发周期;百度量脉开发量子生物信息学算法。能源与材料:本源量子量子计算机助力新能源材料设计，谷歌量子芯片加速AI材料发现。

5.量子计算市场空间广阔，远期规模超千亿

量子计算有望迎来爆发式增长，即将进入发展的黄金阶段。随着量子纠错技术的迭代优化和算法体系的不断完善，量子计算行业正从技术探索阶段快速向产业化应用过渡。从产业规模来看，根据光子盒统计，2024年全球量子计算市场规模突破50亿美元，预计2024至2030年将以87.64%的年均增长率(CAGR)保持高速增长，到2030年整体市场规模有望突破2000亿美元。从营收规模看，根据IQM统计，2024年全球量子计算企业的总营收规模达到13.46亿美元，未来5年CAGR有望达51.90%。

预计2025年约六成量子计算企业营收将显著提升。根据QED-C统计，全球513家量子计算企业中，2024年营收突破1000万美元的企业占4.9%，而收入不足50万美元的企业比例高达42.7%。反映出行业发展初期存在的显著分化现象。技术储备雄厚、资金实力突出且掌握市场渠道的企业竞争优势显著。随着量子硬件应用范围的持续扩展以及政府资金投入的逐步加大，预计2025年将有59.8%的量子计算公司实现10%以上的收入增长，行业有望快速构建起技术迭代与市场需求双向驱动的良好格局。

6.量子计算应用领域拓展

量子计算经济效益加速显现，应用场景或从科研领域向金融、化工、制药等产业快速延伸。目前量子计算处于从前沿研究向应用落地突破的关键阶段，下游应用空间广泛，应用路径主要包括量子模拟、组合优化和线性代数求解。根据IQM统计，目前量子计算主要应用于科研(28%)、金融(15%)、政务(11%)领域。预计2025-2030年，量子计算经济价值将逐步在金融服务、化工、制药行业显现，并在衍生品定价、风险管理、药物筛选、药物分子设计等实际问题上展现出远超经典计算机的性能。

7.量子计算商业化前景

超导和光量子技术商业化前景最为明朗，头部企业开启商业化应用实践。目前，量子计算呈现出多种技术路线并行发展的多元化格局，主要技术路线包括超导、离子阱、光量子、中性原子、硅半导体等。不同技术路线在量子比特的实现方式、性能特点、应用场景等方面各有优劣。其中，超导和光量子技术路线有望凭借其在量子比特数量和量子纠错能力方面的相对领先地位，率先展现出商业化应用潜力。目前，量子计算技术尚处发展初期，硬件性能未达实用化门槛且应用场景适配成本较高，多数企业仍停留在技术研发或小范围试点阶段，能将量子计算技术转化为成熟商业产品并实现规模化营收的案例屈指可数，但仍有部分企业在特定应用场景中取得了显著进展。未来，随着产业链生态的完善、量子硬件性能提升以及应用成本的降低，量子计算或将在更多关键领域释放巨大潜力。

量子通信

1.安全高效的新一代通信技术，抵御量子威胁的重要抓手

量子通信是商业化进程最快、技术成熟度最高的量子技术，是应对未来量子威胁的重要抓手。量子通信技术主要依托量子不可克隆定理、量子纠缠效应及海森堡测不准原理等量子力学特性，通过量子密钥分发(QKD)、量子隐形传态(QT)、量子安全直接通信(QSDC)等核心技术实现信息的安全传输。其核心价值在于构建基于量子力学原理的绝对安全通信架构，为后量子计算时代的信息安全提供理论保障和实践方案。量子通信技术解决了传统加密体系面临的量子计算威胁，因其不可替代的安全特性，逐渐成为国家信息安全基础设施建设的战略制高点，有望持续引领未来通信安全技术的发展方向。

以最为成熟的量子密钥分发(QKD)技术为例，其工作原理主要基于量子态的不可复制性和海森堡测不准原理实现信息安全传输。发送方将密钥信息编码到量子态(如光子的偏振或相位)并通过量子信道传输给接收方，接收方随机选择测量基矢进行检测。由于量子具备不可复制性和测不准特性，任何窃听都会扰动量子态并被合法双方通过基矢比对和误码率分析发现。若发现被窃听，双方就会放弃这次传输的密钥，重新进行分发，确保密钥不会泄露。随后双方通过经典信道进行纠错，最终生成无条件安全的共享密钥，由于密钥具有唯一性且无法被破解，即便加密信息被截获，没有对应的密钥也无法解密，以此实现了信息的保密传输。

2.行业稳健增长，市场空间逐步打开

量子通信市场持续扩容，行业前景广阔。在国家战略驱动下，量子通信作为前沿科技领域的重要方向，正持续获得资本市场和产业界的高度关注。根据中商产业研究院数据显示，中国量子通信市场规模由2020年的540亿元增至2024年的892亿元，年均复合增长率(CAGR)达13.4%，呈现稳健增长态势，预计2025年市场规模有望达937亿元，行业增长潜力或将持续释放。

作为量子通信领域的重要分支，QKD技术有望推动全域通信安全体系持续升级。随着量子信息技术的发展，量子通信网络及其应用不断演进。目前，量子保密通信的应用主要集中在利用QKD链路加密的数据中心防护、量子随机数发生器领域，并延伸至政务、国防等特殊领域的安全应用;未来，随着 QKD 组网技术成熟，终端设备趋于小型化、移动化，QKD还将拓展到电信网、企业网、个人与家庭、云存储等更广泛的应用领域;长远来看，随着量子卫星、量子中继、量子计算、量子传感等技术取得突破，通过量子通信网络连接分布式的量子计算机和量子传感器，还将催生量子云计算、量子传感网等一系列全新应用形态，进一步打开市场增长空间。

国内QKD产业发展。经过多年的技术积累和项目实践，我国已经形成了以QKD技术为核心的较为完整的量子保密通信产业链。自上而下分为基础器件、核心量子设备研制、量子应用设备研制、集成及应用技术、建设及运营服务、行业用户六个部分。其中，基础器件包括量子光源、单光子探测器件、频率转换器件、光学调制器件、电子学调制器件、量子随机数发生器等关键器件;核心设备包括QKD 终端、光量子交换机、信道复用设备、量子密钥管理机、可信中继器、量子中继器等等;量子应用设备包括量子安全VPN、量子安全路由器、量子安全OTN、量子安全加密机等:集成及应用技术包括量子安全传输、量子安全认证、量子安全存储等解决方案:建设及运营服务包括量子保密通信网络建设、量子保密通信网络管理、量子保密通信网络运营等方面;行业用户涵盖国防、金融、政务、能源、电网等等。

中国QKD系统硬件的代表性企业有科大国盾量子、安徽问天量子、上海循态量子等。同时，量子保密通信产业链的上下游生态也逐渐健全。上游关键器件等我国已经基本实现自主可控。例如单光子探测器件的核心近红外单光子雪崩二极管，由于我国KD技术领域的提前布局攻关，如中国电子科技集团和光讯科技量产的雪崩管，赋同量子生产的超导纳米线单光子探测器(SNSPD):性能已能够媲美国外产品;光学调制器件的研发生产、芯片化集成基本上也处于国际先进水平:还存在一定差距的主要是极高性能集成电路。中下游领域的发展，如国内电信运营商中国电信、中国联通、中国移动等深度参与到QKD系统和网络建设。平台服务企业、终端服务企业和行业用户也已经开始应用模式的研究和实践，云和天数据服务、政务信息保护、金融业务加密、电力安全保障等已经率先试水并推出相关产品，围绕量子技术的安全产业生态已初露端倪。

3.量子密码技术总体发展趋势

根据英国政府科学办公室发布的《量子时代的机会》报告，量子通信的应用发展将经历短，中，远期三个阶段。短期是量子保密通信阶段，应用量子密钥分发技术，为国防、政务、能源等用户提供高安全的数据传输和通信服务:中期是量子安全互联网阶段，以量子密钥分发技术为基础构建广泛的密钥管理网络，结合量子安全的密码算法:为金融、医疗、个人消费云数据、电信服务等提供系统性的量子安全服务:远期是量子信息网络(即量子互联网)阶段:即随着量子中继、量子计算机、量子传感及测量等技术的成熟，应用量子隐形传态等量子通信技术手段，依托星地一体的广域量子通信网络，实现量子安全网络、量子云计算网络、量子传感网络等网络服务。

目前，我国已经进入了应用发展路线的中期阶段，预计再需要十年左右的时间，有望进入远期阶段。

量子保密通信网络建设与光纤网络基础设施紧密融合，有望随基础设施不断完善迎来规模化部署。在光纤网络的机房、站点内部署量子保密通信网络核心设备，通过光纤连接，即可快速、平滑地形成覆盖面较为完整的量子保密通信网络，从而实现对基础信息网络、重要信息系统、重要工业控制系统和政务信息系统等进行强有力的安全保护。截至24年底，全国光缆线路总长度突破7000万公里，为后续量子保密通信网络的规模化部署奠定基础。预计未来随着量子通信技术的进一步成熟，国内量子保密通信网络的建设将加速推进。

量子精密测量

1.量子精密测量概述

量子精密测量主要是利用量子状态对环境的高度敏感，提升对时间、位置、加速度、电磁场等物理量的测量精度，涉及的方向和领域相对较多，具有应用场景丰富、产业化前景明确等优势。但由于不同物理量的量子传感器成熟度存在差异，产业进入多元化发展周期。

量子精密测量的基本原理是: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。

从产业链看，量子精密测量上游主要包括低温设备、磁体、光源/激光器、探测器等系统研发所需的基础材料元器件和支撑系统;中游主要包含各技术方向的系统产品，如量子时钟、量子重力仪、单光子雷达等;下游主要为基础科研、生物医疗、环境勘测等领域的行业应用。

2024年年初，iCVTA&K和光子盒联合发布了一份关于量子精密测量产业的报告，介绍了全球量子精密测量产业的发展情况。报告指出，量子精密测量领域目前呈现出多样性和分散性的特点。各领域发展路线多元，从量子陀螺仪到量子电场强计、再到量子加速度计，各自处于不同阶段，反映了科研进展和应用需求的多元化。不同物理量的量子传感器成熟度存在差异，反映了技术挑战和商业应用的不同情况。

目前，量子陀螺仪处于变革探索期，在实际应用中尚未展现出量子优势。量子电场强计和量子加速度计处于起步期，量子电场强计的技术已成熟，但缺乏标准制定;而量子加速度计已有工业样机。量子重力仪/磁力计/增强雷达已进入成长期，这些专用量子传感器在某些指标上已比经典传感器有较大优势，另外，量子时钟已进入成熟期。

2.量子精密测量主要产品汇总

3.量子精密测量产业链分析

(1)产业链分析

量子精密测量的上游基本为美国、英国、德国、日本企业，提供可为量子系统使用的激光、低温系统、磁体环境、真空系统、电子元器件、线缆、材料(特殊金属金刚石、稀土等)等。产业链中游企业通过对上游产品集成，以及开发与产品配套的软件或系统，提供整体解决方案，产品包括原子钟、量子磁力计、冷原子干涉重力仪、陀螺仪、加速度计、原子力显微镜、电子顺磁共振波谱仪、量子雷达等。产业链下游应用场景包括卫星导航、国防军工、医疗、通信等场景。

(2)下游应用市场前景广阔

ICV预计，从2023年到2035年，不同领域对于量子精密测量的需求逐渐增长，呈现出多元化的应用场景。首先，对于一些低市场规模的应用，如网络时频管理、心理健康治疗等，虽然市场规模相对较小，但量子精密测量的高精度和灵敏度为这些领域带来了更为精准的数据和解决方案，为技术的逐步商业化提供了契机。特别是在老年痴呆症治疗、气候变化对抗等领域，量子精密测量的精确诊断和数据采集能力将成为未来关键技术，推动这些领域的创新和发展。其次，随着技术的不断成熟，大规模商业化的领域也将在未来几年逐渐崛起。例如，航空交通管制雷达、无卫星导航、卫星导航等领域对于高精度测量的需求逐渐增大，量子精密测量技术将在这些领域发挥更为重要的作用。而在深海探测、电池改良、智能驾驶等领域，量子精密测量的高灵敏度和高精度将成为技术突破的助推器，为产业的不断升级提供动力。最后，2023年至2030年之间，量子雷达技术的应用也将逐渐拓展。量子雷达的高分辨率和高灵敏度使其在国防安全、环境/能源监测、航空交通管理雷达等领域具有独特优势。预计随着技术的进一步发展，量子雷达将在未来成为下一代雷达技术的重要组成部分。

4.量子精密测量全球市场规模

ICVTA&K预计全球量子精密市场将从2023年的14.7亿美元增长到2035年的39.0亿美元，呈现不断上升趋势，年复合增长率为7.79%。

量子精密测量利用量子态对环境的高敏感性进行操控，实现对时间、磁场、重力等物理量的超高精度测量，其产业链覆盖上游基础元器件（低温设备、激光器等）、中游系统产品（量子时钟、重力仪、雷达等）与下游多场景应用（科研、医疗、能源等）。当前技术成熟度呈明显分层：量子时钟已达成熟阶段，量子重力仪、磁力计及增强雷达步入成长期，量子电场强计技术成熟但缺乏统一标准，量子加速度计拥有工业样机，量子陀螺仪仍处于探索阶段。它的应用场景十分多元，既能支撑网络时频管理等小众需求，也能在航空雷达、深海探测、智能驾驶等大规模领域推动技术升级；未来将通过芯片化集成、量子 - 经典融合及标准化建设，加速从实验室向产业渗透，成为高精度测量领域的革命性解决方案。