”量子处理器 和中国“祖冲之三号”芯片的相继亮相，不仅象征着量子计算从实验室变量 向“文明常量”的转变，也预示着全球科技竞争正迈向一个全新的阶段。在 这一历史性节点上，量子计算、量子安全与量子传感三大领域的技术突破 和融合发展，共同构筑起未来科技竞争的核心支柱。 量子计算领域，美国依托深厚的芯片技术和算法创新，构建起硬件与 软件双重优势，而中国则以举国体制推动在超导、离子阱、量子网络等多 要经济体根据各自的战略定位与产业基础，也在探索多元并进的安全防护 模式；而在量子传感领域，针对于各物理量的测量均已实现了跨越式进化， 即国际计量标准量子化，目前各项传感技术正从传统的单点应用向网络化 协同迈进。 本报告综合了从北美、欧洲、中国到亚太各区域的全球量子科技产业 发展现状与趋势，系统梳理了量子计算、量子安全与量子传感三大核心领 域的核心技术进展、产业融合以及政策布局情况，深入剖析了当前技术理 2024年，量子安全领域在量子密钥分发、抗量子加密、量子随机数发生器三个 方向持续发力，推动多技术融合、应用落地。此外，量子通信网络不断扩展，相关 的存储器、中继器也在同步构建。 第一章 2024产业发展概览 11 量子传感重要进展 • 科罗拉多大学博尔德分校将测量精度提高了六个数量级，推进了钍-229核时钟的研究。 • 加州理工学院与斯坦福大学在基于光镊的光钟中执行量子计算，以便使时钟更加精确。 • 中国科学技

控制实现对灌溉、水帘、 遮阳网、抽风机等的控 制，耗费人力、耗费时 间、出错率比较高。 传感数据相对单一；对 获取的数据还需进行手 工统计和分析；缺乏智 能化的数据管理和分析 平台；不能做到灾害预 警和应对联动。 传感数据多样；集传感、 存储、分析、联动与一 体；实现远程监测和控 制；智能数据处理；多 样化报警方式。 随着传感器、智能移动设备、互联网等的发展， 数据呈现爆炸式增长。 2. 农业的新变化 析、数据展现等方面做全新的技术升级。 实时性 精准性 全面性 系统性 规范性 1. 数据精准获取技术 19 可穿戴式的信息获取技术 可植入、可嵌入式数据获取技术 微型移动信息获取技术 生物传感、微纳米传感器、便携 式传感器等新型设备。 千里眼顺风耳 2. 数据标准化技术 农业领域数据标准化变得极为迫切，信息采集、传输、存储、 汇交的标准规范亟需大量出台。农业基准数据库亟需建立。 大数据数据标准化标准体系框架

（7）智能通风系统 采用通风系统智能精准感知技术与装备，实现对风阻、风量、 风压等参数的智能感知，对通风网络阻力进行实时监测与解算。 风速、温度、湿度、气压、瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、粉尘等 传感器的数量和位置应满足精确测风、瓦斯涌出量计算和环境状 态识别的需要，并提供远程监测接口。鼓励井下主要进回风巷间、 采区进回风巷间采用自动风门，正常通风时期可靠闭锁，灾变时 期可远程解除闭锁。矿井主通风机、局部通风机具备远程集中控 各风道风 量。 通风设备：主要通风机、局部通风机鼓励实现在线变频调速；主 要通风机应安装精确的风量、风压传感器，局部通风机应安装风筒风 速传感器。过车风门、主要行人风门、关键通风节点的风窗应实现人 工、自动和半自动开关，并安装人车识别装置、视频监控系统、声光 报警器和视频传感器，监测、监视和监控装置应提供远程接口。 智能通风软件系统：将地理信息系统与风机、风门、风窗监控系 统、安全 统、安全环境监测、瓦斯抽采监测系统、采掘工作面位置及状态监测 系统以及人员和车辆定位系统进行集成，实现自然分风解算、通风网 络实时解算及灾变状态下风流模拟仿真，能够进行通风系统优化、风 速传感器和调节设施的优化布置以及可控性评价，实现通风系统状态 识别和故障诊断、用风点需风量预测及灾变状态下的调风、控风的智 能控制。在授权状态下，正常状态矿井风流、风量按照安全高效原则 远程调节，灾变时期按照控制灾变及有利救援原则智能控风、调风，

采 集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供 给、高效配置的工业云平台”。其通用体系架构如下所示： 图 1 工业互联网通用体系架构 5 边缘层通过各类通信手段实现对各类设备、传感器、PLC、 控制系统等的海量数据采集，依托协议转换实现多源异构数据 的标准化，利用边缘计算实现底层数据的汇聚处理。基础设施 层以公有云、私有云、混合云等云资源的方式提供可弹性调度 的计算、 类等传统工业智能由简单感知识别向深度认知演进，随着应用 认知水平依次递升，应用范围加速由质检、巡检等外围环节向 工艺优化、设备运维等核心环节演进。 （五）工业互联网特征优势 泛在感知。通过遍布厂区的传感器、智能设备和物联网技 术，工业互联网能够对生产环境中各种参数实现实时感知，全 天候监测如温度、压力、流量、化学成分等关键参数，并统一 汇聚到中央控制系统，实现生产过程中每个参数的高可视性、 炼油化工、存储运输等核心环节中不断优化生产流程和资源配 置，提升能源化工行业生产效率和资源利用率。依托一体化协 同平台，生产计划能够根据实时数据动态优化调整，确保精准 按需生产并减少浪费。智能传感器与自动化控制系统借助人工 智能技术在工艺参数优化中降低设备负载压力，同时开展预测 性维护，保障设备高可用性，两者协同减少人工干预，使生产 效率、资源利用率与设备综合效能同步提升。生产系统通过深

快速高精度定位方法，基于低轨星座导航信号增强、复杂时空碎片化观测数据的 GNSS 定位性能提升算法， 融合智能手机等操作终端特性的低成本平台高精度定位算法，面向室内外全景无缝定位覆盖的异构异质 GNSS/ 多传感器数据融合技术等。 （6）快速超分辨超声成像 超声成像是利用超声波扫描人体或者材料内部结构，通过接收和处理反射信号来获得内部组成的图像。 超声成像具有出色的空间分辨率（亚毫米）和时间分辨率（数十帧每秒），广泛应用于工业无损检测、临 字 研发体系，基于数字孪生的船舶设计制造一体化技术、虚实融合试验技术、模型数据一体化管控技术等体 系能力建设正在规划中。 未来，对于船舶数字孪生系统，一方面需要在关键环节、关键部件上突破并验证传感、模型、数据、 通信等方面的关键技术，从而在整船层面实现技术验证；另一方面，需要对数字孪生驱动的设计、试验、 制造、运营的具体功能技术开展研究与验证，并建设流程贯穿的一体化数字研发体系。 该前 跨层级互补信息实现对场景图像上下文更 深层次的理解。基于深度 – 色彩通道关联的深度图像修正技术、高层语义特征引导的语义分割技术等是该 方面的发展趋势。 总之，基于深度图像的场景解析技术在深度传感器技术、人工智能、空间感知等多学科领域具有重要 研究价值，对保障自动驾驶道路安全、提高机器人作业感知能力等方面具有重要的实际意义。 该前沿中核心论文的主要产出国家中，核心论文发表量排在第一位的是中国，篇均被引频次排在第一

立进行，也可连续进行。这一类 制造业的自动化支出水平相对 较低，但增长速度更快，各细分 行业差异很大。具体而言，离散 制造业的自动化产品包括控制类 （如PLC、IPC）、驱动类（如变 频器、伺服电机）、传感类（传感 器）、执行类（工业元器件等）和 系统软件等产品。全球范围内， 半导体和电子电气行业的自动化 支出增长最快。 1 根据ISA-95标准进行分类的经典自动化设备通常指参与控制和监控工业流程的硬件和软件组件 集、集成、分析的完整体系，有效融 合多源异构数据。数据采集是多源异 构数据融合的基础，只有准确、实时 采集生产过程中产生的大量原始多源 异构数据，后续的集成与分析才有 的放矢。平台通过设备接入及协议 转换等技术，完成从传感、设备、系 统等多种数据源的异构数据采集。数 据集成整合来自多个数据源的数据， 屏蔽数据间类型和结构上的差异，解 决多源异构数据来源复杂、结构异构 问题，从而实现对数据的统一存储、 管理和分析，实现用户无差别访问， 体，它专门针对工业生产制造场景设 计和优化，满足工业智能应用在确 定性、可信性、适用性、可控性、工程 化等方面的严格要求。工业智能体 具备对企业生产过程、人员、设备、 环境等多方面的感知和控制能力。通 过传感器网络，它能够实时获取生产 线上设备的运行状态、环境参数等 信息，并根据这些信息进行智能决 策和控制。在人员交互方面，它能够 实现与生产人员的智能高效交互，提 供直观的操作指导和建议，满足人 机协同的高精度操作需求。工业智能

煤矿智能运算平台建设考核评分表 项目 名称 基本要求 标准 分值 评分方法 得 分 算力中心 ① 具有标准化机柜系统、封闭通道系统、供配电系 统、空调系统、动环监控系统。设置温度、湿度、烟 感等传感器，采用环形总线组网供电。 10 查现场和资料。不符合 要求或功能的 1 处扣 1 分。 ② 具有满足煤矿智能化应用的 CPU、GPU 等算力。 10 查现场和资料。不符合 要求或功能 1 处扣 智能掘进设备 ③ 掘进设备应采用综合机械化掘进方式，能 够具备自主导航、坡度追踪和自动截割功 能。 12 查现场和资料。不符合要 求或功能的 1 处扣 3 分. ④ 掘进设备具备完善的传感器、执行器及控 制器，能实现单系统或单设备的远程自动控 制、工况在线监测、故障诊断功能。 10 查现场和资料。不符合要 求或功能的 1 处扣 2 分。 ⑤ 具备顶板临时支护功能，实现锚杆作业流 （1）主运输皮带实现机器人巡检。计算方法：实现本项应用或 功能得分加 10 分。 表 3-5 智能主运输系统考核评分表 项目 名称 基本要求 标准 分值 评分方法 得分 带式输送机运 输系统 ① 单条带式输送机具备完善的传感 器、执行器及控制器，能实现单设备 的自动控制。 10 查现场和资料。不符合要求或 功能的 1 处扣 3 分。 ② 带式输送机采用变频或 CST 等软启 驱动方式。 9 查现场和资料。不符合要求或

标准体系框架》虽然明确了智能化煤矿标准体系建设路径，但更新速 度不及技术迭代速度，完成全产业链标准协同仍需长期攻坚。 3.煤矿智能化技术装备可靠性与适应性仍较差。煤矿井下作业环 境恶劣，传统传感器、控制器等稳定性差、故障率高，造成设备数据 采集可靠性差；由于煤层赋存条件复杂多变，煤矿智能化技术装备对 复杂条件矿井适应性较差，如透明地质模型构建仍处于探索阶段，煤 岩识别技术难以攻克，各系统的单机智能化与多机智能化协同控制难 范工程，实现厘米级高精地质模型的实时动态更新和多尺度表达，提 高隐蔽致灾因素的识别精度和预警响应速度，推动煤矿地质保障技术 全面升级。 （三）掘进系统向数智少人化方向发展 1.提升掘进智能化系统的技术支撑能力。集成多源传感数据融合 技术，构建多维度、高精度环境感知体系，实现巷道围岩状态、装备 运行状态、作业环境参数的实时监测与动态反馈，提升掘进装备及环 境的智能感知能力；提高液压控制精度，推动液压驱动向电驱动转型， ， 形成行业数据、大模型基座、场景化应用闭环，夯实行业人工智能应 用的数据基座。 2.推进多模态数据认知对齐技术攻关。研究多模态数据特征增强 技术，突破文本、语音、视频、图像、点云、设计、传感数据的向量 空间对齐难题，研究矿山工作流数据及专家知识编码技术，建立行业 场景认知对齐机制，实现矿山工作流场景下协同认知，夯实行业大模 型在复杂现场的认知能力。 3.攻克行业大模型可信认知决策难题。研究矿山行业大模型多模

河道水位监测系统 – 土壤墒情监测系统 – 防汛信息发布系统 7 智慧水务的价值链：软件系统集成环节公司规模普遍不大，尚未出现上市公司 智慧水务 水务集团 解决方案提供商 电气 自控 水表 类等 传感 器类 工业设备系统 集成商 底层技术提供 商 聚光科技、先河环保、 雪迪龙等 三川智慧、新天科技 华为，提供芯片搭建生态，例如边缘 计算物联网解决方案（ EC-IOT ） 窄带蜂窝物联网技术（ 74.5 亿元，其中，智能计量表行业 72 亿元，归母扣除非经常损益后净利 润 15.1 亿元 • 2017 年并购上海肯特仪表股份有限公司，主营智能电磁流量计、智能时差式超声波流量计、智能涡街流 量传感器等， 105 ， 000 ， 000 元持股 75.00% ，资金来源为募集资金 • 我国智能水表渗透率为 18.20% ，较智能气表 50% 、智能电表 90% 的渗透率处于较低 水平。年国内家 又是一轮血腥的收割。 • 随着大数据概念的起飞，智慧商超、智慧加油站智慧城市的普及，人们惊讶的发现，所谓智慧的核心， 竟然是 ........................ 摄像头。 • 其实将来的智能汽车的核心传感器，也是高端摄像头。 • 而这个领域的老大，竟然是本来和大数据没什么瓜葛的安防老大 -- 海康威视 40 海康威视”的上下游及生产情况 • 根据海康威视的行业特点，有必要了解一下其上下游情况。

设计的创新、协议搭建的完善、保真度的提升以及运行温度的提高等关键方向。未 来一旦关键材料、技术取得突破，或将极大地推动该路线产业化进程。 第三章 硬件整机 58 EDA软件辅助硬件设计 目前，金刚石NV色心技术在量子传感领域成绩斐然，展现出极高的应用价值。 然而，在量子计算领域，它却面临着诸多严峻挑战，例如，操控过程复杂且困难， 信号读取效率低下，量子比特的可扩展性差等。这些问题限制了金刚石NV色心路线 在量 剑桥大学于常温条件下在六方氮化硼（hexagonal boron nitride，hBN）这种层状范德瓦尔斯材料中实现了对单个光子 发射缺陷自旋的量子相干控制，可用于在室温下实现与多量子 比特量子寄存器或量子传感器耦合的自旋量子比特。 哈佛大学、科罗拉多大学博尔德分校、美国国家标准与技术研 究院的研究人员利用内禀分子资源，使用单独囚禁的 X1Σ NaCs 分子，实现了双量子比特 iSWAP门。将分子在 而解决高难度问题。 分布式量子算法 分布式量子计算机 虚拟量子处理器 本地操作 量子处理器 量子链路 经典链路 远程操作 第十一章 产业展望 150 作为支撑分布式量子计算、量子安全通信、增强量子传感的基础设施，量子网 络通过多节点量子资源协同机制，构建起量子信息传输与处理的新型范式。 量子计算机群助力量子网络建设 03 量子网络的技术演进路径呈现三阶段发展特征：1.0阶段 聚焦量子点对