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一、量子计算市场概述

1、量子信息技术催生新质生产力，各国纷纷进行战略布局

量子信息技术是构建新质生产力推动高质量发展的重要方向。全球主要国家在此领域基本都进行了战略布局。

我国在“十四五”规划中就提出“瞄准人工智能、量子信息、集成电路、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目”，其中就将量子信息列为与人工智能、集成电路等同等重要的技术。2024 政府工作报告也提出，“积极培育新兴产业和未来产业，制定未来产业发展规划，开辟量子技术新赛道”。

2、量子信息技术包含计算、通信和测量三大领域

量子信息领域主要包括量子计算、量子通信和量子测量三个主要领域，其中量子计算是最先可能突破的赛道。量子计算具有量子优越性，目标是实现通用可编程的量子计算机，目前正处于技术验证和应用探索阶段；量子通信利用量子态传递信息，涉及量子密码调制、远程传态和密集编码等技术，典型应用包括量子密钥分发和隐形传态，可量子计算融合形成量子通信网络。量子测量利用磁、光与原子的相互作用进行超高精度和高灵敏度测量，突破经典测量极限。实现量子测量的量子传感器应用场景广泛，但商业化和产业化仍处初级阶段。

3、量子计算有望突破目前经典计算机的算力极限

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。量子计算机作为执行量子计算任务的设备，以量子比特（qubit）为基本运算单元。量子位能够同时处于多种状态，这种特性使得量子计算机在处理某些复杂问题时比经典计算机更具优势。量子计算利用量子力学中叠加和纠缠等特性，可通过其强大的并行计算能力，突破经典算力极限，推动新一轮的信息科技革命。

4、量子计算包括制备、调控与测量三个基本过程

量子计算的基本过程包含量子态制备、量子态调控、量子态测量三个基本步骤。量子态制备是对输入的经典比特和辅助比特通过相位编码或振幅编码等量子态编码，获得量子态初态。

量子态调控就是通过酉变换（Unitary transformation）将量子态初态演化到目标态。这一过程可以由一系列量子门组合成的量子线路来表征。

量子态测量就是选择一组测量基对目标态进行观测，读取计算结果。为了保证计算正确的概率，需要设计量子算法，借助量子干涉特性最大化目标态概率。

5、量子优越性展示，远期市场空间可观

传统计算机处理np 问题存在瓶颈，2019 年量子计算迎来元年。传统计算机处理p 问题（多项式复杂度问题）并不困难，可以通过增加晶体管集成度来提高运算速度。但是对于np 问题（非多项式复杂度问题），计算时间将成指数增长，对于较大的输入，计算时间将极长，传统计算机无法完成。2019 年是量子计算元年，谷歌用53-Qubit 的量子计算机证明了量子计算系统可以解决传统计算机无法处理或效率极低的问题，从而证明了量子计算存在和发展的必要性。

量子计算机具备独特的量子叠加和纠缠特性，可以实现问题降维，展示其计算优越性。量子计算的基础是量子比特（qubit），相较传统比特，量子比特可以同时处于多个状态的叠加中，一个量子比特可以同时表示0 和1，甚至更多，直到被测量时才确定其值。

量子计算的优势在于并行计算、指数级速度和高效能耗。并行计算：经典计算机需要依次尝试所有可能的解，而量子计算机可以在同一时间内探索所有可能性，大幅缩短计算时间，在大规模数据分析和优化问题上展现出显著优势。指数级加速：随着量子比特数量的增加，计算能力呈指数级增长，远超传统计算机的算力线性增长，从而解决很多传统计算机无法解决的问题。高效能耗：量子计算具备减少能耗的潜力，中国科学院院士薛其坤认为，冷却系统消耗的能量可达数据中心总能耗的40%，但如果使用量子计算就可以大大减少能耗。

量子计算远期市场空间超百亿美元，距离产业化还需要10-20 年。全球近250 家企业针对量子硬件和量子软件展开产业布局和生态竞争，已有多家量子计算公司发布了自己的量子路线图。根据中移动发布的相关报告，实用的通用量子计算机须具备100 万量子比特和1000 逻辑量子比特规模，需要到大规模容错阶段才能够实现，预计需要10~20 年。

二、市场现状

1、量子计算：处于早期研究阶段

量子计算产业仍处于前期技术研发和应用探索阶段。虽然2024 年众多机构在众多领域取得了显著突破，但量子计算硬件技术仍有相当多的挑战需要克服，比如测控系统优化、量子比特数量与质量、量子比特间的相互干扰等。目前在全球范围内，现阶段量子计算机仍未能提供规模化的实际应用场景，仍需要技术迭代，但目前全球众多国家及企业纷纷入局，已经开始针对量子计算的“军备竞赛”，未来量子计算有望实现快速增长。

2、海外：大厂群雄逐鹿，技术路线各异——Majorana 1 重稳定，Willow重高速

微软：Majorana 1 问世，成为世界首个拓扑核心构建的量子处理单元。2025 年2 月19 日，微软首发量子计算芯片Majorana 1，该量子芯片利用量子比特，可同时处于0 和1 叠加态，执行特定任务具有指数级加速优势；并且具有高稳定性等优良性质。

架构突破：拓扑超导体全新材料，速度更快、尺寸更小。仅以手掌大小的面积集成8 个量子比特，该芯片未来有望集成100 万个量子比特；相比传统超导量子比特，Majorana1 抗噪声和干扰能力更强，显著降低了计算错误率。

工程应用加速：微软预计这种架构将使量子计算机能够在数年内解决有实际意义的、工业规模的问题；利用量子力学以极高的精度数学映射自然行为，解决工业级复杂问题，如材料科学、药物研发等领域的关键挑战，并有望发挥与AI 的协同潜力（加速AI 模型的训练和新材料设计）。

纠错过程简化：相较传统方法，微软此次的测量方法是完全通过由简单数字脉冲激活的测量来执行纠错。这种数字控制方法在有效管理量子比特方面的可行性更高，下一步将涉及4×2tetron 阵列。

谷歌：Willow 量子芯片取得重大突破，计算速率远超目前最快超算机。Willow 是谷歌最新一代量子芯片，于2024 年12 月正式发布，在多个指标上拥有最先进的性能，实现了两大主要成就：Willow 能够随着使用更多量子比特的扩展而指数级降低错误，这解决了量子纠错领域近30 年来的一大关键问题；在随机电路采样（RCS）基准测试下，Willow 能够在不到五分钟的时间内完成一项标准基准计算，其解决问题的速度远快于目前最快的超级计算机，这一突破被业界称为量子计算的“Transformer 时刻”。

Majorana 1 与Willow 发展重心相异，前者求稳定，后者求高速。微软偏向于打造更高的内在稳定性，而谷歌专注于提升计算性能和高效纠错能力。

量子比特设计理念：微软通过拓扑量子比特倡导内在稳定性，而谷歌采用超导传输量子比特，并偏向于通过大量的量子比特和性能更高的软件来减少错误。

可伸缩性：Majorana 1 的设计考虑了百万级量子比特可伸缩性，旨在解决大规模复杂问题，而Willow目前拥有105 个量子比特，架构方法有所不同。

纠错策略：微软通过拓扑保护在硬件层面尽量减少错误，而谷歌强调提升纠错协议的复杂性，并使用算法实时检测和修复错误。

3、国内：院所中流砥柱，顶层规划协同——超导与光量子双轨竞速

政策面：量子计算成为国家战略重心，国有企业与中小企业共同推动发展。该技术已被写入中国“十四五”规划，成为国家战略层面的重点发展方向之一。国有企业在量子通信和量子测量领域取得了重要突破，并推动了相关技术的商业化应用，而初创企业则凭借其灵活性和创新能力，持续推出新产品和新服务。根据赛迪顾问数据，中国量子芯片市场规模预计2025 年突破100 亿元，未来将保持强劲增长势态。

科研院为量子技术发展主力军，超导和光量子实现优越性展示。我国现布局多条国际主流的量子计算技术路线，包括超导量子、光量子、离子阱、中性原子、半导体等，在超导（原型机“祖冲之号”）和光量子（原型机“九章”）两种技术路线上实现了优越性展示。根据光子盒研究院，我国主要依靠科研院推动量子技术发展，BAT 等大型科技公司多与科研机构或领军科学家合作以布局量子技术，中国电子科技集团、中国电信等国央企也在积极推进研发布局。

九章三号：国产光量子计算先锋，技术水平位于全球前列。2023 年，中科大院士潘建伟所带领的科研团队携手中国科学院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心，成功构建了255 个光子的量子计算原型机“九章三号”，其处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升一百万倍，拥有全球领先的光量子信息技术水平。

祖冲之三号：具备顶级超导量子计算优越性。2024 年12 月，由中国科学家研制的105 个量子比特的“祖冲之三号”量子计算机线上发表。基于量子处理器“祖冲之三号”，中国科大团队实现了比谷歌（SYC-67 和SYC-70 实验）更大规模的随机电路采样，经典模拟成本（经典计算机模拟该任务的成本）提升了6 个数量级。该芯片在电路规模、纠错效率、保真度、相干时间、处理能力上，量子芯片都取得了新的进展，树立了量子计算优势的新基准