量子计算新范式加速算力新革命-

专业让生活更简单l量子计算尚未实用化落地，纠错是关键。量子计算是以量子比特为基本运算单元，利用量子叠加、干涉、纠缠等量子特性进行信息处理的计算新范式。与经典计算中“比特”只能以确定性方式表示0或1不同，“量子比特”可同时表示|0>和|1>的叠加态。在特定场景下，量子计算可实现对经典计算的指数级加速。当前，量子计算处于前期探索的关键阶段，构建逻辑量子比特进行量子纠错是推动量子计算实用化落地的重要举措。l量子计算多种技术路线并存，尚未收敛。量子计算技术路线包括超导、离子肼、中性原子、光量子、半导体等，哪种技术路线能最终胜出仍未有定论，技术路线尚未收敛。超导量子计算核心是利用约瑟夫森结构建二能级系统，是业界研究最多、发展最快的路线之一，海决能级不稳定以及光镍阵列工程化等问题；光量子是以光子偏振/路径自由度编码量子比特，抗干扰能力强、相干时间长，但逻辑操作难l构建性能优异的逻辑量子比特并扩大其规模是重点。量子计算优越性得到验证后，构建性能优异的逻辑量子比特并扩大量子比特规模成为全球量子计算领先企业的研究重点。Google是量子计算引领者之一，在实现量子优越性之后，研究重点转向量子纠错，目标是2030年前后制造、连接和控制100万个量子比特，实现大规模容错量子计算机；IBM目标宏大，“IBMQuantumStarling”容错量子计算机；QUANTINUUM是离子肼路线佼佼者，计划2029年实现100个逻辑量子比特；芬兰IQM是欧洲量子计算之星，计划2030年实现容错量子计算。国内，“九章”系列是光量子路线之代表，率先在国内实现量子优越性，“祖冲之”系列已迭代至“祖冲之三号”，拥有105个可读取比特和182个耦合比特。总体看，量子计算优越性已实现多次验证，构建高质量逻辑量子比特并扩大其规模成为业界研究重点。l国内超导、离子肼、光量子等多技术路径全面发展。国内量子计算相关企业在超导、离子肼、光量子等多条技术路线均有布局，如国盾量子、本源量子是超导路线，华翊量子是离子肼路线，图灵量子是光量子路线。国内量子计算产业成果颇丰：“九章”、“祖冲之”系列具有全球领先性；国盾量子参与的合肥超量融合计算中心项目于2025年下半年验收等。国内量子计算行业欣欣向荣，相关公司全面布局多条技术路径，行业未来发展前景较为乐观。算优越性已得到多次验证，构建高质量逻辑量子比特并扩大其规模逐渐成为业界研究重点，而这也是推动量子计算实用化落地的关键之一。国内超导、光量子、离子肼等多条技术路径全面布局，部分量子计算成果具备全球领先性。因此，国内深耕量子计算并具备一定先发优势的相关公司以及上游核心硬件厂商潜力较大，建议关注产业链相关公司投资机会。l风险提示1）技术突破不及预期的风险。（2）技术路线选择失误的风险。（3）产业化落地不及预期的风险。量子：事物非连续，而是以最小单元跳着变化的特性称为量子化。微观世界里，电子的能量、离子的电荷等都是量子化的。例如，氢原子中电子的能级是量子化的，只能取某些分立的值。量子科技：基于量子力学基本原理来感知、计算与传递信息的技术体系。波粒二象性、概率性、叠加态和纠缠是量子科技的核心特性。量子计算、量子通信和量子精密测量是量子科技的重要研究领域。量子计算是量子科技的重要组成部分，其以量子比特为基本单元，利用量子叠加、干涉、纠缠等量子特性，通过量子门操作对量子态数据来源：科学世界公众号，慧智微电子公众号，国际高新技术研究院公众号，中科院物理研究所公众号，中国信通院《量子信息技术发展与应用研究报告（2025年）》,经典计算的基本运算单元为“比特”，只能以确定性方式表示0或1，进行数据的二进制运算。量子计算的基本运算单元为“量子比特”，量子比特具有叠加特性，可同时表示|0>和|1>的叠加态，可以用一个二维复数向量空间中的向量来描述：|ψ>=α|0>+β|1>，特定场景下，量子计算可实现对经典计算的指数级加速。量子计算的威力在于：N个经典比特组合时，任意时刻只能表示2N个可能状态的一种；而对于一个由N个量子比特组成的系统，整个系统可以同时处于2N个经典状态的叠加态中。这意味着随着量子比特数的增加，量子计算机的计算能力将呈指数级增长。数据来源：科普中国公众号，前瞻科技杂志公众号，光子盒公众号，光子盒研究院《2025全球量子计算产业发展展望》，量子叠加：量子比特处于|0>和|1>的叠加态，对于n个量子比特，系统可以同时处于2n个状态的叠加，是量子计算并行性的来源。量子纠缠：两个或多个量子比特可以形成纠缠态，其中一个粒子的状态瞬间影响另一个，且与距离无关。量子纠缠可创建出高度复杂的、全局性的量子态，这些量子态所包含的信息远超其组成部量子干涉：量子态的概率幅可以相互干涉，通过巧妙设计量子算法，可以让"错误"答案的概率幅相互抵消（相消干涉），而"正确"答量子计算产业处于前期技术研发和应用探索阶段，尚未实现实用化落地突破。目前量子计算硬件技术仍有相当多的挑战需如测控系统优化、量子比特数量与质量、量子比特间的相互干扰等。在具有实际应用价值的计算复杂问题中，展现量子计算原型机的加速求解优势是产业界关注的重要目标。虽然量子计算应用探索在金融服务、化学工程、生物制药等多个行业领域持续开展，但量子计算的实用化落地尚未突破。产业规模•由计算领域成熟企业引导，完成初步的概念验证。•产业规模•由计算领域成熟企业引导，完成初步的概念验证。•IBM早在1990年代就建立了专门的量子计Google团队首次证明了量子优越性等。•初创企业以及大部分科研机构开始加入硬件研发以及纠错的行列，全面推进各个技术路线发展。•量子算法以量子经典混合算法、量子模拟算法、量子退火算法等为主，开展小规模应用探索。•运算错误率接近或小于经典计算机，量子比特数将达百万量级。•但即使计算机产业进入全面容错的量子计算时代，量子计算机和经典计算机依旧将并存•运算错误率接近或小于经典计算机，量子比特数将达百万量级。•但即使计算机产业进入全面容错的量子计算时代，量子计算机和经典计算机依旧将并存，各自发挥优势，二者并非完全替代关系。•各技术路线的专用量子计算机不断涌现，并且中下游的量子软件企业，将在这一阶段迅速增长。•将优先在生物医药、化工材料、金融服务、AI等领域替代经典计算机，产生多种核心应用范例。•由下游新应用场景的需求驱动产业链进一步细化，产业链上游话语权增加。数据来源：光子盒研究院《2025年全球量子计算产业发展展望》，中国信通院《量子信息技术发展与应用研究报告（2025年）》，量子比特非常脆弱，其量子态极易受到局部环境的影响，并且很容易通过退相干过程丢失，因此，当前量子计算机的误差率非常高-大约每几百次操作就会出现一次误差。要使量子计算机真正使用，误差率需降到百万分之一水平，尤其对更大型、更复杂的算法，误差率需要达到十亿分之一甚至万亿分之一。这就需要实时量子纠错。到2035年，全球量子计算产业规模预计将达到8077.5亿美元，期间CAGR达58.65%，其中，中国的产业份额将显著增加地区（除中国外）略微下降至8.22%，北美则进一步上升至33.81%。90008000700060005000400030002000020242025E2027E2028E2030E2035E4北美欧洲中国4亚太（除中国）其他北美欧洲中国亚太（除中国）其他数据来源：光子盒研究院《2025年全球量子计算产业发展展量子计算正处于技术攻坚和应用探索的关键时期，多种技术路线快速发展，哪种技术路线能最终胜出仍未有定论，技术路线尚未收敛。量子计算主要技术路线包括：超导、离子肼、中性原子、光量子、半导体、金刚石色心、拓扑等，核心差异在于物理载体（电路/离子/光子）、操控能标（微波/光频/静电）、环境需求（低温/真空/磁场）及扩展瓶颈（退相干/串扰/光子损耗）等方面。近年，超导、离子肼、中性原子、光量子等主要技术路线原理样机在实验室环境下，量子比特规模和逻辑门保真度等有明显提升，但距离大规模、可扩展通用量子计算的目标仍有很大差距。可拓展的量子比特做运算的初始条件可拓展的量子比特做运算的初始条件较长的相干时间对量子比特进行测量通用的量子逻辑门较长的相干时间对量子比特进行测量通用的量子逻辑门数据来源：中科院半导体所公众号，光子盒研究院《2025年全球量子计算产业发展展望》，中国信通院《量子信息技术发展与应用研究报告（2025年）》，超导量子计算是目前投入最大、发展最快的技术路线之一，被IBM、Google等巨头和众多初创公司视为实现近期量子优势的主要方向。超导量子计算核心部件是约瑟夫森结，它是一种非线性电感，与电容组合可以构成一个非谐振荡器，从而形成离散的能级，通过精确Transmon是目前最主流的超导量子比特设计，它通过增大并联电容，显著降低了对环境中电荷噪声的敏感度，从而延长了相干时间。超导量子计算采用与现代半导体工业兼容的微纳加工工艺，在硅芯片上制造由超导材料组成的微型电路；为了维持电路的超导特性并抑制热噪声，整个芯片必须被置于接近绝对零度的极低温稀释制冷机中运行。超导体绝缘体超导体约瑟夫森结的结构示意图及电路模型倾斜搓衣板势近年，超导量子计算原型机不断取得突破。2024年，谷歌发布105比特联合团队研制105比特超导量子芯片“祖冲之三号”，单/双比特门和读取保真度分别达到99.90%、99.62%和99.18%，2025年，中科大学研究所和富士通合作研发具有可扩展连接架构的256比特超导量子计算机。机构型号量子比特数/模式数2024.11Willow2024.12RigettiComputingAnkaa-32024.12QuantWare2023.022023.1120或54OQCOQCToshikoGen12023.11Alice&Bob2023.122024.0522023.03日本理化学研究所、富士通2025.04中科大、国盾量子、中电信量子祖冲之三号2024.122024.04北京量子院Yunmeng（云蒙）2024.042024.01数据来源：中国信通院等《量子计算发展态势研究报），拉比振荡实现单比特门，通过共享声子模式的M¯lmer-S¯rensen相互作用完成多比特纠缠。离子肼量子计算优势：1）保真度高，离子阱系统在基本量子操作的保真度上保持着世界纪录，如单比特逻辑门错误率为1.5×10-7，双比特逻辑门错误率为1×10-3；2）相干时间长，离子阱系统可实现小时量级的量子比特相干时间；3）全连通，离子之间的长程库仑相互作用可以实现任意两比特之间的逻辑门操作，极大提升了量子算法的编译与执行效率。QCCD（量子电荷耦合器件方案确保每次量子操作的保真度不会因总离子数增加而降低，是实现大规模通用量子计算的关键所在。具体方式为：在同一个离子阱芯片上设置多个功能分区，分别用于执行离子装载、量子比特存储、量子逻辑门、量子态测量等操作，通过调控约束电场实现离子在不同区域之间的输运，从而实现大规模通用量子计算。数据来源：前瞻科技杂志公众号，科普中国公众号，光子盒研究院《2025年全球量子计算产业发展展望》,Quantinuum发布其第三代量子计算机Helios。Helios包含98个物理量子比特，并能够从这些物理量子比特中提供48个逻辑错误纠正量子比特，其单量子比特门操作的保真度达到99.9975%，双量子比特门操作的保真度在所有量子比特对之间平均为99.921%。发布日期AQT数据来源：光子盒研究院《2025年全球2.3中性原子量子计算|可扩展、长相干，量子计算“明日之星”中性原子量子计算是以光镊阵列囚禁中性原子（如Rb/C），），相位门，依赖偶极-偶极相互作用（C₆系数）构建纠缠。中性原子量子计算优势为：1）可扩展性，光镊可灵活调控成百上千原子的位置，支持大规模量子比特集成；2）长相干时间，原子在真空环境中受外界干扰小，量子态可维持秒级时间；3）并行操控能力，激光可同时作用于多个原子，提升运算效率。发布日期光量子计算是以光子偏振/路径自由度编码量子比特，通过线性光学元件（分束器、波片）和Hong-Ou-Mandel干涉实现量子逻辑门，依赖纠缠光子源（SPDC）与单光子探测器完成测量。光量子计算优势：1）可在室温下运行，无需低温或超高真空环境；2）抗干扰能力强、相干时间长。光子几乎不与其他微观粒子相互作用，与周边环境相互作用非常弱，从而保持了整个量子计算过程中所需的相干性；3）便于构建量子网络。4）工程化技术成熟。光量子计算劣势：光子之间以及光子与环境之间几乎不会相互作用，对于光量子计算的逻辑操作和可编程通用系统的实现难度较大。数据来源：光子盒研究院《2025年全球量子计美国和中国是全球量子计算专利Top2贡献者。根据中国信通院等《量子计算发展态势研究报告（2025年）》,截止2025年8月，美国和方面保持较强的创新活力，尤其是中美两国，专利贡献度显著高于其他国现阶段，超导技术路线专利占据优势。根据中国信通院等《量子计算发展态势研究欧洲美国欧洲其他专利申请量有效授权专利120001000080006000400020000超导离子肼光量子中性原子硅半导体数据来源：中国信通院等《量子计算发展态势研究报告（2025年）》,量子计算机。谷歌在实现量子计算优越性里程碑后，研究重点转向量子纠错，下一步，谷歌将重点攻关长寿命的逻辑量子比特、逻辑2024年12月，谷歌发布Willow量子芯片，拥有105个量子比特，在量子纠错和随机电路采样两个基准测试中取得重大突破：1）随着量子比特的增加，Willow可以实现指数级的错误率降低；2）Willow在五分钟内，完成了当今最快计算机之一需要1025年才能完成的计算。SpecificationsQuantumErrorCorrection(EQC,chip1)RandomCircuitSampling(RCS,chip2)Single-Qubitgateerror(mean,Simultaneous)0.035%±0.029%0.036%±0.013%Two-Qubitgateerror(mean,Simultaneous)0.33%±0.18%（CZ）0.14%±0.052%Measurementerror(mean,simultaneous)0.77%±0.21%(repetitive,measurequbits)0.67%±0.51%(terminal,allqubits)T1Time68us±13us298us±32us2Errorcorrectioncyclespersecond909000(surfacecodecycle=1.1us)63000质量的逻辑量子比特，能够运行高达1亿个量子门的复杂量子电路，有希望解决在药物发现、材料科学、金融建模和优化问题等领域中目前最强大的经典超级计算机也无法处理的难题。在第二届年度量子开发者大会2025上，IBM推出Nighthawk量子处理器，包含120个超导量子比特。下一代Nighthawk预计将于2026年底发布，届时将提供多达7500个量子门，而下一年推出的下一代产品将提供10000个量子门。到2028年，基于Nighthawk的系统将包含多QUANTINUUM成立于2021年，由霍尼韦尔量子解决方案部门与英国CambridgeQuantum合并组建。2023年5月，QUANTINUUM推出离子肼量子计算系统H2，并在2024年与微软实现了主动逻辑纠错能力的逻辑比特突破。2025年11月，QUANTINUUM发布新一代Helios量子计算机，包含98个物理量子比特，并能从这些物理量子比特中提供48个逻辑错误纠正量子比特。根据QUANTINUUM路线图，QUANTINUUM计划2029年推出Apollo系统，包含1000个量子比特，物理错误率达到10-4，逻辑量子比特达到100个；2030年通过Apollo系统实现通用容错量子计算，带来科学和商业优势。交付了一台20量子比特的量子计算机，2024年交付一台54量子比特计量子计算机产品线Halocene，是IQM在实现“实用级量子”道路上迈出的重要一步，首发机型为具备先进纠错功能的150量子比特计算机，计划于2026年底交付。逻辑量子比特达到240-720个，逻辑错误率低至10-7，同时实现高达百万量子比特的可扩展量子处理能力。“九章”量子计算是光量子计算路线的代表性成果，首次实现光学体系的队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建76个光子的“九章”量子计算原型机，首次在国际上实现光学体系的“量子计算优越性”，也使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家；2021年，11相位编程的“九章二号”量子计算原型机成功研制；2023年，255个光子的“九章三号”量子计算原型机诞生，根据2021年5月，中国科大中科院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队，成功研制了62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”；2021年10月，该团队与中科院上海技术物理研究所合作，构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解，该成果标志着我国超导量子比特体系亦实现“量子计算优越性”。2025年3月，该团队与上海量子科学研究中心、河南省量子信息与量子密码重点实验室、中国计量科学研究院、济南量子技术研究院、西安电子科技大学微电子学院以及中国科学院理论物理研究所等单位合作，成功构建了105比特（包含105个可读取比特和182个耦合比国盾量子技术起源于中国科学技术大学，引入中国电信全资子公司中电信量子集团为战略投资者并成为控股股东，是全球少有的在量子信息三大主要方向（量子通信、量子计算、量子测量）均具备规模化产业化能力的公司。公司量子计算领域成绩斐然：深度参与“祖冲之”系列量子计算前沿研究；核心组件稀释制冷机产品性能指标达到同类产品国际先进水平；公司参与的合肥超量融合计算中心项目（为“巢湖明月”先进计算中心提供200比特超导量子计算机、超导融合系统等）于2025整机搭建服务，为其提供的超导量子计算机“天衍-504”完成验收。根据iFind数据，2025上半年，公司量子计算行业收入5596万元，接近2024全年水平，发展势头较为迅猛。60005000400030002000020212022202320242025H1数据来源：iFind，国盾量子公众号，国盾量子2025半年报，国盾量子2024年报，国盾量子投资者关系记录表（量羲技术专注于极低温微弱信号测量调控设备，是超导量子计算机核心硬件系统的重要组成部分，为超导量子芯片提供极低温、极低噪声、极低干扰的极端环境条件，并实现对极微弱信号的传输、调控和读取。量羲技术的产品目前主要应用于超导量子计算。2025上半年，量羲技术实现收入约7080万元，接近2024年全年水平，发展势头较为迅猛。80007000600050004000300020000202320242025H1本源量子2017年成立于合肥市高新区，团队技术起源于中科院量子信息重点实验室。本源量子聚焦量子计算产业生态建设，围绕量子芯片、量子计算测控一体机、量子操作系统、量子软件、量子计算云平台和量子计算科普教育核心业务，全栈研制开发量子计算，推动量子计算产业落地。2024年1月，“本源悟空”超导量子计算机上线，截止2026年2月，全球访问量超4200万次。“本源悟空”搭载72位超导量子芯片“悟