光子盒：2025年全球量子计算产业发展展望报告(2025-3)

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全球量子计算产业发 展展望 2025/02 全球量子计算产业 发展展望 2025/02 量子科技年度系列报告 2025 当人类文明迈入21世纪第三个十年，量子计算已不再是实验室里的科 学畅想，而是成为重塑全球科技版图的核心变量。2024年，谷歌"Willow" 量子处理器与中国"祖冲之三号"芯片的相继问世，标志着量子计算正式进 入中美双极竞速的新纪元。2025年，这场关乎未来技术主权的博弈将迎来 历史性转折——技术突破、产业融合与地缘战略的交织，正在为全球量子 计算格局写下新的注脚。 美国凭借其深厚的芯片技术积淀与算法创新能力，构建了量子计算领 域的"技术护城河"。从IBM的量子体积突破到谷歌的纠错算法迭代，美国企 业依托顶尖人才池、资本聚合效应和开放的创新生态，持续巩固硬件与软 件的双重优势。然而，技术壁垒并非不可逾越的高墙。中国以举国体制为 支撑，在量子网络、超导、离子阱技术等领域实现差异化突围，未来更可 以以庞大的数据资源与人工智能的深度融合，开辟了一条"量子-智能"协同 发展的独特路径。 当下，全球量子计算的竞争逻辑已悄然改变：算力竞赛的终点不再是 单一的物理比特数，而是量子计算与人工智能、网络通信、产业场景的深 度耦合能力。值得警惕的是，量子计算的产业化进程正面临"技术理想主义 "与"商业现实需求"的撕裂。超导与光量子技术路线的分野、专用与通用量 子计算机的博弈、短期场景落地与长期战略投入的权衡，都在考验各国政 府的战略定力。在此背景下，美国试图通过《国家量子倡议法案》2.0版， 将量子优势转化为军事与安全领域的战略筹码，而中国则有条不紊，井然 有序推进产业生态自主化。 作为光子盒研究院院长，我始终坚信：量子计算的终极价值不在于零 和博弈中的技术霸权，而在于其对人类认知边界的突破。本报告将从技术 路线、产业生态、地缘政治三维视角，解析2025年量子计算发展的十大趋 势展望、三大矛盾与两类范式革命。我们试图回答一个根本性问题——当 量子计算从"实验室变量"转化为"文明常量"时，人类将如何平衡竞争与合作、 安全与发展、伦理与创新的永恒命题？ 历史从不等待犹豫者。2025年，量子计算的"临界点"已触手可及。 序言 光子盒研究院 院长 融合赋能 产业新程 1 声明 01 本报告体现的内容和阐明的观点力求独立、客观，本报告中的信 息或所表述的观点均不构成投资建议，请谨慎参考。 02 本报告旨在梳理和呈现2024年度内全球与量子细分技术和产业领 域发生的重要事件，涉及数据及信息以公开资料为主，以及对公 开数据的整理。并且，结合发布之时的全球经济发展状态，对短 期未来可能产生的影响进行预判描述。 03 本报告重点关注2024年度量子计算细分行业发生的相关内容，以 当地时间报道为准，以事件初次发布之时为准。对同一内容或高 度相似内容的再次报道，若跨年度，不视为2024年发生的重要事 件。 04 本报告版权归光子盒研究院所有，其他任何形式的使用或传播， 包括但不限于刊物、网站、公众号或个人使用本报告内容的，须 注明来源（2025年全球量子计算产业发展展望 [R]. 光子盒研究 院. 2025.02）。本报告最终解释权归光子盒研究院所有。 05 任何个人和机构，使用本报告内容时，不得对本报告进行任何有 悖原意的引用、删减和篡改。未经书面许可，任何机构和个人不 得以任何形式翻版、复制、发表、印刷等。如征得同意进行引用、 转载、刊发的，需在允许范围内。违规使用本报告者，承担相应 的法律责任。 06 本报告引用数据、事件及观点的目的在于收集和归纳信息，并不 代表赞同其全部观点，不对其真实性负责。 07 本报告涉及动态数据，呈现截至统计之时的情况，不代表未来情 况，不够成投资建议，请谨慎参考。 2 研究方法 01 多源数据收集与验证：本研究采用横跨多维度、多渠道的精细化数 据采集策略，涵盖量子科技领域的多元数据源，包括全球量子产业 链中的核心企业公开数据、领先科研机构的技术研发成果、政策法 规解读、行业市场洞察及学术文献等。为确保数据的广泛代表性与 严谨性，我们对采集数据进行了多轮验证与交叉比对，构建高质量 的实证数据集，以支持后续分析工作的科学性与精确性。 02 专家网络与深度访谈：通过建立涵盖不同领域的多层次专家网络， 本研究与量子科技领域的一线从业人员展开了深度对话。受访专家 包括知名量子科技企业的创始团队及技术负责人、行业协会的资深 顾问、顶尖高校及科研机构的量子科学家等。访谈以结构化与非结 构化相结合的方式进行，围绕技术路径、企业商业模式及未来发展 等关键议题展开，从而提炼具有高度前瞻性的洞见。 03 先进建模与数据量化分析：结合全球管理咨询领域的实践经验，研 究构建了多层次分析框架与量化模型，以揭示量子科技产业的动态 趋势和潜在价值。运用各类统计模型、预测算法及市场模拟技术， 对投融资活动、市场规模及产业链分布进行量化分析，力求精准刻 画量子科技行业的发展路径及关键驱动因素。 04 产业价值链及场景化洞察：研究采用端到端价值链分析方法，全面 梳理量子科技在产业链各环节中的核心要素，从上游关键技术与核 心组件研发，到中下游应用场景开发及市场拓展。系统探讨了量子 技术在卫星通信、无源导航、金融、化工、材料、能源电力、基础 科研、生命科学等多个重点行业的潜在变革性应用，为行业赋能提 供战略参考。 05 地区与政策差异化分析：本研究从全球视角出发，开展了区域比较 分析，重点评估全球各主要科技国家和地区在量子科技领域的政策 扶持、创新生态、人才集聚及技术商业化等能力。基于差异化定位， 揭示了区域之间的竞争优势与互补性，为全球量子科技协同发展提 供洞见支持。 本研究报告基于系统化、科学化和多元化的研究方法论，通过深度数据挖掘、专家洞见提炼、产业 建模分析与多维价值链梳理，全方位评估量子科技的技术前沿、市场潜力及其产业化路径 3 本篇报告由量子科技服务平台光子盒下属光子盒研究院撰写和发布。 感谢包括但不限于以下公司给予技术和素材的支持： 致谢 4 1. 2024产业发展概览 2. 上游核心设备与器件 3. 硬件整机 4. 软件算法 5. 云平台 6. 下游应用 7. 主要国家现状与分析 8. 投融资分析 9. 供应商评价 10.产业分析与预测 11.产业展望 12.附件 8 24 42 62 75 83 93 103 111 134 144 167 目录 5 本报告的核心研究对象是量子计算产业。量子计算机是一种基于量子力学原理构建的计算设备， 是以量子比特（qubit）为基本单元，利用干涉、叠加、纠缠等量子特性，通过量子门操作对量子态 进行演化，最终通过测量获取计算结果的物理系统。 与经典计算机不同，量子计算机利用量子并行性和量子态演化，在特定问题（如大数分解、量 子化学模拟）上可实现对经典计算机的指数级加速，具有重大战略意义和科学价值，是实现未来算 力飞跃的重要手段之一。 量子计算产业则是以量子力学原理为理论基础，围绕量子计算机的研发、制造、应用及生态构 建形成的综合性产业体系。 当前，量子计算正处于技术攻坚和应用探索的关键时期，各技术路线均处于快速进展阶段，哪 条技术路线能最终胜出仍未有定论，技术路线未收敛。 主要技术路线包括：超导、离子阱、中性原子、光量子、半导体、金刚石色心、拓扑等技术路 线各有千秋，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。 所有技术路线均需满足以下标准： u 量子比特定义：可区分的二分量子态（|0⟩ , |1⟩ ）。 u 幺正演化：量子门操作满足幺正性（U†U=I）。 u 纠缠能力：实现至少两比特受控门（如CNOT）。 u 可扩展性：比特数N可物理扩展（N≥50为中等规模）。 u 测量兼容性：符合Born规则的概率输出。 研究对象 6 以下对各主要技术路线分别进行定义。 超导量子计算是利用约瑟夫森结的超导电路量子态（如Transmon的电荷-相位自由度）编码量 子比特，通过微波脉冲（GHz频段）操控量子态，依赖电容或谐振腔光子耦合实现多比特纠缠。超导 量子计算需要运行于稀释制冷机环境（~10 mK）以维持量子相干性。 离子阱量子计算是通过电磁场（Paul/Penning阱）囚禁离子链（如Yb+/Ca+），以电子基态与 亚稳态编码量子比特，利用激光诱导拉比振荡实现单比特门，通过共享声子模式的Mølmer- Sørensen相互作用完成多比特纠缠。离子阱量子计算需超高真空（<10⁻¹¹ mbar）与激光冷却（μK 级）等核心设备。 中性原子量子计算是以光镊阵列囚禁中性原子（如Rb/Cs），量子比特编码于基态与里德堡态 （n>50），通过里德堡阻塞效应实现受控相位门，依赖偶极-偶极相互作用（C₆系数）构建纠缠。中 性原子量子计算需激光冷却（μK级）与光晶格束缚等核心设备。 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。 半导体量子计算是利用半导体量子点中的电子/空穴自旋态（如Si/SiGe或GaAs异质结）编码量 子比特，通过电控势阱局域载流子，借助自旋共振（ESR）或交换相互作用（Heisenberg模型）实 现门操作。 拓扑量子计算利用非阿贝尔任意子（如Majorana零能模或ν=5/2分数量子霍尔态）的拓扑简并 态存储量子信息，通过编织这些任意子（即交换它们的位置），可以实现量子比特的操作。 7 2024产业发展概览 01 01 02 03 04 05 06 第一章 2024产业发展概览 01 2024产业发展概览 目录 上游供应积极适配 中游整机不断迭代 下游应用仍在探索 云上“量超”已成大势 全球融资逐渐回暖 产业成长预期积极 9 2024年，全球量子计算在理论原理、技术研发、产品开发、应用探索和投融资 等方面均取得了显著的进展，与此同时，随着全球量子计算的竞争愈加激烈焦灼， 更多欧美国家（如美国、荷兰等国家）将禁运条目从量子计算机整机扩展到了量子 计算上游设备及部件，全球量子计算资源封锁和交流阻碍情况日益严峻。中国量子 计算在过去一年同样取得各项突破性进展，特别是在产业链自主化方面完成了多项 核心设备与器件的研发与适配，构建了中国独立自主的量子计算产业生态。 在量子计算机整机方面，全球竞争格局未变，依旧是美国和中国处于第一梯队， 欧洲与亚太地区（除中国）处于第二梯队。技术路线上，超导、离子阱和中性原子 是当前实现通用量子计算的三条主流路线，光量子计算技术进展缓慢，半导体路线 在扩展性等方面仍存在一定瓶颈，拓扑、分子、磁子、机械等路线目前依旧处于实 验室阶段。 软件方面，使用人工智能（AI）辅助量子硬件测控及量子线路设计成为系统软 件的主流，例如Google相继开发出AlphaTensor、AlphaQubit等软件。未来，量子 计算或将反哺AI，比如帮助AI减少训练模型的参数等等。 算法方面，由于当前的量子计算机硬件还不足以提供实际可用的算力，因此难 以在短期内实施可行的量子算法，所以量子应用算法仍以含噪声中等规模量子 （NISQ）算法为主，比如量子-经典混合算法、量子退火算法、量子模拟算法等。另 一方面，量子纠错算法的改进有助于通用量子计算的实现。例如，Google基于其全 新量子纠错码（Gröss码），提出了一种端到端量子纠错协议。 下游应用方面，随着量子优越性的演示以及量子计算云平台的搭建，更多的行 业领域开始尝试使用量子计算处理实际问题。但受限于目前的量子计算机硬件水平， 全球范围内的应用仍以探索尝试为主。 第一章 2024产业发展概览 10 量子计算 产业链 量子比特测控系统 其他 芯片制备 超导 离子阱 量子应用软件 光量子 半导体 量子系统软件 中性原子 化工 交通运输 医药 金融 2024全球量子计算产业生态图谱 云平台 图表 2024全球量子计算产业生态图谱 量子比特环境 光子盒研究院 QUANTUMCHINA | 2025.2 第一章 2024产业发展概览 11 上游供应积极适配 01 随着量子计算的快速发展，量子计算产业的上游供应链企业迎来了发展机遇期。 量子计算上游企业呈现两种发展路径： Ø 专业化分工：如测控系统（Keysight、Zurich Instruments、中微达信等供应 商）、低温设备（Bluefors、Oxford等供应商）等头部企业专注核心技术迭代， 与量子计算整机企业开展合作，通过模块化设计与定制化服务适配整机厂商需 求。 Ø 垂直整合：以IBM、Google为代表的头部整机厂商通过量子芯片自主流片、稀 释制冷机联合研发等方式，以保障供应链安全并降低技术耦合风险，同时也试 图拓展相关业务。 量子计算测控系统的核心供应商加速技术迭代。当前，测控系统正积极向四个 方面进行技术升级： （1）自动化：利用AI，实现硬件优化、自动化等功能。 （2）低温化：由室温方案向低温方案转变，从而有效降低互联复杂性和噪声干 扰。 （3）混合化：将量子-经典混合架构考虑在内，促进量子处理单元（QPU）与 中央处理器（CPU）更好地连接。 （4）集成化：方便微波信号生成、数字处理和实时解调等多种功能的集成，系 统能够同时支持高并行度的量子门操作和态读取。 第一章 2024产业发展概览 12 量子计算机的稳定运行需依赖极低温与超低噪声的特殊环境，因此需要通过制 冷系统、真空系统等精密设备的协同运作来保障。其中，稀释制冷机作为超导、半 导体、拓扑量子计算机的核心设备，一直受到各国特别关注。从2024年的进展来看， 欧美与中国企业呈现出不同的发展趋势： Ø 欧美企业：芬兰Bluefors、英国Oxford Instruments、荷兰Leiden Cryogenics等 欧美企业目前主要聚焦于产品定制、模块化设计、提高可拓展性、增大样品空 间以及提高制冷功率等方面。此外Bluefors公司还对外提供量子计算芯片的测 试服务。 Ø 中国企业：中国电科16所、量羲技术、知冷低温、中船鹏力超低温、中科量仪、 国盾量子及集焓仪器等中国企业则将重心放在国产替代与性能提升方面。通过 持续投入、多次迭代，如今中国产的稀释制冷机，其各项关键性能指标均已达 到国际一流水准。 第一章 2024产业发展概览 13 2024年是量子计算硬件快速发展的一年，如表所示，全球共有10余家企业及科 研机构完成了产品迭代升级，包括美国的IBM、Google、Rigetti、Quantinuum、 QCi，法国的Alice & Bob，以及中国的中科大-国盾量子-中电信量子联合团队、北京 量子院、本源量子、华翊量子、幺正量子、中科酷原、硅臻等。 从技术路线来看，2024年无疑超导量子计算的进展最为亮眼，全球相关领先机 构均发布了新一代量子处理器。主要原因有两点，一是超导量子计算路线本身特点 优势明显，比如保真度高、运算速度快、扩展性好、可控性强，从而受到更多科研 人员与投资机构的关注。二是超导量子计算机与成熟的电子学、半导体工艺密切相 关，而离子阱、中性原子等技术路线所用设备多为成熟度相对较低的光子学设备。 从国家分布来看，美国、中国的量子机构的技术更为活跃，主要原因在于美国、 中国更为深刻地意识到量子计算的重要性并加快布局量子计算产业，颁布了相应的 激励政策并配备了对应的资金。同时，高校与科研院所积极响应，开展量子计算研 发以及量子相关人才培养。 此外，也应留意到，美国Atom Computing、芬兰IQM和法国Pasqal等企业未能 按计划在2024年发布新一代产品。可见量子计算机研发仍面临技术挑战，需要持续 的政策支持、长期资本投入、高端人才储备以及跨国技术协作。 中游整机不断迭代 02 第一章 2024产业发展概览 14 路线 机构 型号 发布日期 量子比特数/模式数 IBM Condor 2023.12 1121 Heron R2 2024.11 156 Google Willow 2024.12 105 Rigetti Computing Ankaa-3 2024.12 84 QuantWare Tenor 2023.02 64 IQM IQM Radiance 2023.11 20或54 OQC OQC Toshiko Gen 1 2023.11 32 Alice & Bob Helium 1 2023.12 16 Boson 4 2024.05 2 日本理化学研究所 - 2023.03 64 中科大、国盾量子、 中电信量子 祖冲之三号 2024.12 105 天衍504（骁鸿） 2024.04 504 北京量子院 Yunmeng（云蒙） 2024.04 156 本源量子 本源悟空 2024.01 72 物理所、北京量子院 庄子号 2023.08 43 量旋科技 大熊座 2023.04 20 Quantinuum System Model H2-1 2023.05/ 2024.06 32/ 56 IonQ Forte 2022.05 36 AQT PINE 2023.02 30 华翊量子 HYQ-A37 2023.07 37 HYQ-B100 2024 - 幺正量子 UQM1 2024.09 30 QuEra Computing Aquila 2022.11 256 Atom Computing Phoenix 2021.07 100 Pasqal Orion Alpha 2023 200 中科酷原 汉原一号 2024.06 100+ 中国科大 九章三号 2023.10 255 Xanadu Borealis 2022.06 216 QCi Dirac-3 2024.03 949（变量数） QC82 - 2021 40 硅臻 - 2024.02 32 图表 全球领先量子计算机信息 超导 离子阱 中性原子 光量子 光子盒研究院 QUANTUMCHINA | 2025.2 注：量子比特数/模式数均指物理的、可用 于计算的，逻辑的、耦合的不考虑在内。 第一章 2024产业发展概览 15 下游应用仍在探索 03 量子计算的行业应用合作广泛涉及多个领域，包括教育科研、生物医药、化工 材料、国防政务、能源电力、金融服务、人工智能等。鉴于当前量子计算机的发展 程度，可以肯定的是，在全球范围内，目前量子计算机都未达到实用化阶段，无法 就现实问题提供算力支持，现阶段的各类应用合作尚处于早期探索阶段。 量子计算的行业应用合作广泛涉及多个领域，包括教育科研、生物医药、化工 材料、国防政务、能源电力、金融服务、人工智能等。鉴于当前量子计算机的发展 程度，可以肯定的是，在全球范围内，目前量子计算机都未达到实用化阶段，无法 就现实问题提供算力支持，现阶段的各类应用合作尚处于早期探索阶段。 第一章 202