量子科技产业已成为全球竞争的关键制高点,同时也是科技创新的前沿阵地。此外,量子计算打破传统计算框架成为突破计算能力限制关键力量,引领新质生产力高速发展。
近年来,国家政策大力扶持量子科学领域。今年3月,国务院再次着重强调量子信息等新兴领域战略布局,将加速量子产业的高速发展。
根据ICV的研究数据,预计量子计算到2027年行业将进入快速增长轨道,并在2035年前有望达到超过8000亿美元的市场规模,并有望率先应用于金融、化工和生命科学等领域。
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量子计算行业概览
量子信息技术依托于量子力学原理,通过精准地制备、调控和测量微观量子系统中的物理状态,进而实现信息的感知计算和传输。
量子信息的两个核心特性,分别是量子的“叠加态”和量子“纠缠”。
前者允许一个量子系统同时存在于多个状态,为并行计算和信息存储提供了全新可能;后者揭示了量子粒子间的深度关联,为实现无条件安全通信和超高精度测量等应用开辟了新路径。
量子信息包括量子计算、量子通信及量子测量三大核心领域,具备超越经典信息技术的潜力。
量子信息图示:
其中,量子计算是量子信息技术的核心组成部分,是运用量子力学原理操控量子信息单元的新型计算模式。
量子计算在解决大分子模拟、大数质因数分解等经典计算难以触及的问题上具有显著优势,主要集中在量子模拟、量子组合优化及量子线性代数三大方向。当前已经广泛应用于化工、金融和制药等多个行业。
相较于传统计算,量子计算提供更为强大的并行计算能力和低能耗,其运算能力随量子比特数量的增加而呈指数级增长。
据估算,一台400比特的量子计算机的研发成本,包括软硬件、算法开发以及后续的维护和运营成本等,大约需要1545万美元,市场售价约可达5150万美元。
在硬件技术方面,量子计算呈现出多元化的发展态势,主要分为人造粒子路线如超导和硅半导体,以及天然粒子路线如离子阱、光量子和中性原子。目前处于开放竞争阶段,尚未有某一技术路线展现出明显的综合优势,但是超导技术被认为有望率先突破应用的“种子选手”之一,中性原子路线也异军突起。
从技术架构的角度来看,混合量子计算或量超融合成为未来的发展趋势。
量子计算产业链梳理
当前全球众多量子计算生态蓬勃发展,众多企业的参与到其中,量子计算产业生态链从上游研发到中游技术应用最后落地到下游市场端已经初步形成。
量子计算产业链及部分代表厂商图示:
量子计算产业生态的上游环节主要包括环境支撑系统、测控系统以及各种关键设备组件和元器件,随着量子计算机各研发路线的逐步推进,整机所需的上游硬件设备和器件选择择逐渐明确
产业链的中游有整机、系统软件和应用软件等环节,量子计算原型机和相关软件成为这一环节的重点。目前,超导、离子阱、光量子、硅半导体以及中性原子等技术路线都取得了较快的进展。
包括下游环节涵盖了量子云平台和多个领域的应用合作。量子计算云平台结合了量子计算机硬件与经典的云计算软件工具、通信设备和IT基础设施,用户可以通过量子云服务远程调用量子计算机的算力。当前量子云平台正逐渐成为量子计算算力输出的主流方式,国际巨头IBM、谷歌和亚马逊等在内的多家公司都参与其中。
量子计算市场竞争格局和龙头梳理
从产业发展来看,量子计算行业尚处于早期探索阶段,核心参与者较少。
从当前的竞争格局来看,IBM、Google、IONQ等公司在超导技术和离子阱技术方面处于行业领先地位。此外,英伟达也推出了CUDA Quantum布局量子计算系统,IBM、微软和谷歌等公司还相继发布了各自的量子计算路线图。
近年来我国在量子计算领域也取得多项突破。2024年1月16日,我国自主研发的第三代超导量子计算机“本源悟空”成功上线运行,“本源悟空”能够一次性下发并执行多达200个量子线路的计算任务,相比国际上的同类量子计算机展现出了明显的速度优势。
国内领先量子产公司也在加速推动产业发展,国内引领军企业主要包括国盾量子、本源量子、国仪量子、启科量子、科大国创等以及中科院、中电信量子信息科技集团等。
此外,量子产业上下游布局厂商众多,各环节代表厂商还包括科学数据、神州信息、中国长城、复旦微电、光迅科技、亨通光电;以及加密通信环节的电科网安、吉大正元、格尔软件、国芯科技、浙江东方等。
结语
当前全球量子科技仍处于发展初期,产业技术升级和应用仍有待突破。长远来看,随着技术与产业结合的创新逐步展现,量子信息技术有望带动产业链及赋能行业应用,并迎来广阔的市场的空间。
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