楊陽(yáng)

量子力學(xué)誕生至今已經(jīng)超過(guò)120年，它直接或者間接地催生了包括激光、半導(dǎo)體、核磁共振等一系列的技術(shù)，深刻改變了我們的生活。當(dāng)前，量子技術(shù)迎來(lái)新一輪的發(fā)展窗口期，以量子通信、量子計(jì)算、量子精密測(cè)量為代表的第二次量子革命開(kāi)始興起，有望帶來(lái)劃時(shí)代的技術(shù)突破。

2024年兩會(huì)政府工作報(bào)告提出“制定未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃，開(kāi)辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道，創(chuàng)建一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)”。量子技術(shù)具備顛覆式創(chuàng)新潛力，是新質(zhì)生產(chǎn)力的重要部分，在政策大力推動(dòng)下，我國(guó)量子技術(shù)有望加速發(fā)展，值得高度重視。

算力瓶頸的顛覆性力量

量子信息技術(shù)主要包括量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量三大領(lǐng)域，其中，量子計(jì)算是量子信息顛覆傳統(tǒng)信息技術(shù)最核心的領(lǐng)域。與傳統(tǒng)計(jì)算相比，量子計(jì)算能夠帶來(lái)更強(qiáng)的并行計(jì)算能力和更低的能耗，同時(shí)量子計(jì)算的運(yùn)算能力根據(jù)量子比特?cái)?shù)量指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，在AI領(lǐng)域具有較大潛力。

當(dāng)前全球范圍內(nèi)針對(duì)量子計(jì)算機(jī)，已經(jīng)形成超導(dǎo)、離子阱、光量子、中性原子、半導(dǎo)體量子等主要技術(shù)路線，目前處于多種技術(shù)路線并行發(fā)展和開(kāi)放競(jìng)爭(zhēng)階段。考慮到系統(tǒng)可擴(kuò)展性和操控精度等因素，超導(dǎo)系統(tǒng)與離子阱處于領(lǐng)先地位，而中性原子量子計(jì)算路線在量子模擬中體現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)也愈發(fā)明顯。

華泰證券認(rèn)為，隨著量子計(jì)算機(jī)在未來(lái)幾年的成熟，其計(jì)算能力將不斷提高，可應(yīng)用于更多場(chǎng)合，但在可預(yù)期的3-5年內(nèi)或存在局限性，例如QPU在組織和訪問(wèn)內(nèi)存方面不如CPU，在渲染復(fù)雜圖形方面不如GPU等。因此，經(jīng)典系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、可視化和糾錯(cuò)等任務(wù)，而量子系統(tǒng)處理復(fù)雜的計(jì)算，這樣的混合量子計(jì)算架構(gòu)或成未來(lái)新趨勢(shì)。

產(chǎn)業(yè)鏈體系初具雛形

量子計(jì)算行業(yè)目前處于早期探索階段，核心參與者不多，產(chǎn)業(yè)鏈上下游較為清晰，目前量子計(jì)算的主要參與者可分為四大類：第一類是國(guó)際科技巨頭，例如IBM、谷歌、霍尼韋爾、本源量子等；第二類是量子計(jì)算初創(chuàng)公司，例如Rigetti、IONQ等；第三類是國(guó)家科研院所，例如美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院；第四類是高水平研究型大學(xué)，例如劍橋大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、哈佛大學(xué)等。

從產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成來(lái)看，量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)上游主要包含稀釋制冷劑、測(cè)控系統(tǒng)、低溫組件、真空系統(tǒng)、激光器、光學(xué)探測(cè)器等硬件以及軟件開(kāi)發(fā)工具包等，是研制量子計(jì)算原型機(jī)的必要保障。目前由于技術(shù)路線未收斂、硬件研制個(gè)性化需求多等原因，上游供應(yīng)鏈存在碎片化問(wèn)題，逐一突破攻關(guān)存在難度，一定程度上限制了上游企業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外情況對(duì)比而言，上游企業(yè)以歐美居多，部分龍頭企業(yè)占據(jù)較大市場(chǎng)份額，我國(guó)部分關(guān)鍵設(shè)備和元器件對(duì)外依賴程度較高；

量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)中游主要涉及量子計(jì)算原型機(jī)和軟件，其中原型機(jī)是產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心部分。據(jù)ICV統(tǒng)計(jì)，中美是量子計(jì)算機(jī)硬件公司最多且類型分布最廣的國(guó)家，都涵蓋了超導(dǎo)、離子阱、光子、中性原子等物理平臺(tái)，其中美國(guó)的代表性企業(yè)有IBM、谷歌、微軟、亞馬遜、英特爾、Rigetti、IonQ、Xan?adu等，中國(guó)的代表產(chǎn)品包括“祖沖之”系列、“悟空”系列、“九章”系列等。近年來(lái)國(guó)內(nèi)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)與海外科技巨頭差距不斷縮小，2024年1月16日，我國(guó)第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”上線運(yùn)行可以一次性下發(fā)、執(zhí)行200個(gè)量子線路的計(jì)算任務(wù)，比國(guó)際同類量子計(jì)算機(jī)具有更大的速度優(yōu)勢(shì)。

量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)下游主要涵蓋量子計(jì)算云平臺(tái)以及行業(yè)應(yīng)用，處在早期發(fā)展階段，近年來(lái)全球已有數(shù)十家公司和研究機(jī)構(gòu)推出了不同類型的量子計(jì)算云平臺(tái)積極爭(zhēng)奪產(chǎn)業(yè)生態(tài)地位。目前量子計(jì)算領(lǐng)域應(yīng)用探索已在金融、化工、人工智能、醫(yī)藥、汽車、能源等領(lǐng)域廣泛開(kāi)展，國(guó)外量子計(jì)算云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在后端硬件性能、軟硬件協(xié)同程度、商業(yè)服務(wù)模式等方面。大量歐美行業(yè)龍頭企業(yè)成立量子計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)，與量子企業(yè)聯(lián)合開(kāi)展應(yīng)用研究，我國(guó)下游行業(yè)用戶對(duì)量子計(jì)算重視程度有限，開(kāi)展應(yīng)用探索動(dòng)力仍需提升。

進(jìn)入實(shí)用開(kāi)啟藍(lán)海市場(chǎng)

ICV報(bào)告顯示，隨著量子計(jì)算技術(shù)的不斷演進(jìn)，以及AI技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，量子計(jì)算的應(yīng)用邊界被不斷拓展，2023年，全球量子產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到47億美元，2023至2028年的年平均增長(zhǎng)率（CAGR）達(dá)到44.8%；2027年專用量子計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)性能突破，帶動(dòng)整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到105.4億美元。參考IBM2023年量子計(jì)算路線圖，2028年量子門數(shù)量、以及糾錯(cuò)等計(jì)算技術(shù)將達(dá)到較為成熟階段，在2028年至2035年，市場(chǎng)規(guī)模將繼續(xù)迅速擴(kuò)大，受益于通用量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)進(jìn)步和專用量子計(jì)算機(jī)在特定領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，到2035年總市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到8117億美元。

圖：量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈全景

資料來(lái)源：光子盒、華泰證券

量子計(jì)算已進(jìn)入實(shí)用化應(yīng)用場(chǎng)景探索的新階段，據(jù)信通院報(bào)告顯示，金融、化工、生命科學(xué)領(lǐng)域有望更加受益量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1）金融領(lǐng)域：金融是量子計(jì)算的“第一波產(chǎn)業(yè)”，量子計(jì)算將革新投資組合優(yōu)化、模擬定價(jià)、欺詐偵測(cè)等多種能力。根據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)，在量子計(jì)算創(chuàng)造短期價(jià)值的100個(gè)案例中，金融領(lǐng)域占了28個(gè)，是所有行業(yè)中最多的，且具有較高的中長(zhǎng)期潛在價(jià)值。量子計(jì)算應(yīng)用有望在優(yōu)化預(yù)測(cè)分析、精準(zhǔn)定價(jià)和資產(chǎn)配置等問(wèn)題中產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)。

2）化工領(lǐng)域：量子計(jì)算應(yīng)用探索主要通過(guò)模擬化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到提高效率、降低資源消耗等目的。通過(guò)構(gòu)建更高精度的模型，研發(fā)人員能夠更好掌握和優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，這為新材料、新配方的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)化工領(lǐng)域的降本增效。

3）生命科學(xué)：量子計(jì)算可以用于評(píng)估藥物研發(fā)的成本、時(shí)間、性能等實(shí)驗(yàn)值。藥物研發(fā)中期主要聚焦于藥品的化學(xué)表現(xiàn)和分子設(shè)計(jì)，需要大量運(yùn)算模擬，是量子計(jì)算未來(lái)可重點(diǎn)切入的市場(chǎng)。目前量子計(jì)算在制藥領(lǐng)域應(yīng)用的大部分工作就是研發(fā)中期的篩選化合物和化合物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

總體而言，量子計(jì)算的技術(shù)壁壘較高，仍以前期的科研突破和產(chǎn)品迭代為主，建議關(guān)注量子計(jì)算原型機(jī)廠商、研發(fā)平臺(tái)以及儀器供應(yīng)商。相關(guān)標(biāo)的包括：國(guó)盾量子、光迅科技、神州信息、格爾軟件、信安世紀(jì)、普源精電、科大國(guó)創(chuàng)等。