智研咨詢 - 產(chǎn)業(yè)信息門戶

研判2024!量子計(jì)算行業(yè)技術(shù)路線、行業(yè)現(xiàn)狀及下游應(yīng)用格局分析:多種技術(shù)路徑并進(jìn),加速推動(dòng)新應(yīng)用場(chǎng)景落地[圖]

內(nèi)容概要: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,全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模也呈加速擴(kuò)容態(tài)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì),2023年,全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模已增至47億美元,同比增長(zhǎng)261.54%,近三年來(lái)的年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)142.38%。


關(guān)鍵詞:量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈;量子計(jì)算機(jī);量子計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模;量子計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景


一、行業(yè)概述


量子計(jì)算是基于量子力學(xué)的獨(dú)特行為(如疊加、糾纏和量子干擾)的計(jì)算模式,基本信息單位為量子比特。在物理學(xué)中量子是所有物理特性的最小離散單元,通常指原子或亞原子粒子(如電子、中微子和光子)的屬性。量子比特是量子計(jì)算中的基本信息單位,在量子計(jì)算中發(fā)揮的作用與比特在傳統(tǒng)計(jì)算中發(fā)揮的作用相似,但經(jīng)典比特是二進(jìn)制、只能存放 0 或 1 位,但量子比特可以存放所有可能狀態(tài)的疊加。


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。量子計(jì)算通過(guò)量子態(tài)的受控演化實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)計(jì)算,可以分為數(shù)據(jù)輸入、初態(tài)制備、量子邏輯門操作、量子測(cè)算和數(shù)據(jù)輸出等步驟,其中量子邏輯門操作是一個(gè)幺正變換,這是一個(gè)可以人為控制的量子物理演化過(guò)程;經(jīng)典計(jì)算機(jī)的運(yùn)算模式為逐步計(jì)算,一次運(yùn)算只能處理一次計(jì)算任務(wù),而量子計(jì)算為并行計(jì)算,可以同時(shí)對(duì)2^n個(gè)數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,相當(dāng)于經(jīng)典計(jì)算重復(fù)實(shí)施2^n次操作;同時(shí),傳統(tǒng)芯片的特征尺寸很?。〝?shù)納米)時(shí),量子隧穿效應(yīng)開始顯著,電子受到的束縛減小,使得芯片功能降低、能耗提高,將不可逆操作改造為可逆操作才能提高芯片的集成度,量子計(jì)算中的幺正變換屬于可逆操作,有利于提升芯片的集成度,進(jìn)而降低信息處理過(guò)程中的能耗。

量子計(jì)算運(yùn)用的物理特性


國(guó)外巨頭引領(lǐng)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展:2019 年谷歌宣稱實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”,首次在實(shí)驗(yàn)中證明了量子計(jì)算機(jī)對(duì)于傳統(tǒng)架構(gòu)計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性,2020年,IBM公司公布量子計(jì)算機(jī)發(fā)展路線圖,2021 年實(shí)現(xiàn)127量子比特,2022年433量子比特,2023年建造1121量子比特芯片。


與此同時(shí),國(guó)內(nèi)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)也在政策的支持下快速發(fā)展、縮小與海外巨頭的差距:2020 年,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉等人構(gòu)建出76個(gè)光子100個(gè)模式的高斯玻色取樣量子計(jì)算原型機(jī)“九章”,實(shí)現(xiàn)了“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解;2021 年,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉等人構(gòu)建了66比特可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之二號(hào)”,實(shí)現(xiàn)了對(duì)“量子隨機(jī)線路取樣”任務(wù)的快速求解,“祖沖之二號(hào)”的計(jì)算復(fù)雜度比谷歌的“懸鈴木”提高了6個(gè)數(shù)量級(jí);2023 年本源量子交付 24 比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī);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)。

全球量子計(jì)算發(fā)展歷程


量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)上游主要包含環(huán)境支撐系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、各類關(guān)鍵設(shè)備組件以及元器件等,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;


產(chǎn)業(yè)生態(tài)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,目前超導(dǎo)、離子阱、光量子、硅半導(dǎo)體和中性原子等技術(shù)路線發(fā)展較快,其中超導(dǎo)路線備受青睞,離子阱、光量子和中性原子路線獲得較多初創(chuàng)企業(yè)關(guān)注,美國(guó)原型機(jī)研制與軟件研發(fā)占據(jù)一定優(yōu)勢(shì),我國(guó)量子計(jì)算硬件企業(yè)數(shù)量有限且技術(shù)路線布局較為單一,集中在超導(dǎo)和離子阱路線,量子計(jì)算軟件企業(yè)存在數(shù)量規(guī)模較少、創(chuàng)新成果有限、應(yīng)用探索推動(dòng)力弱等問(wèn)題;


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,開展應(yīng)用探索動(dòng)力仍需提升。

量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈圖譜


二、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀


當(dāng)前量子計(jì)算處在的早期探索階段,主流方案包含超導(dǎo)、離子阱、光量子、超冷原子、硅基量子點(diǎn)和拓?fù)涞龋径佳刂孔佑?jì)算優(yōu)越性——專用量子計(jì)算——通用量子計(jì)算的路線圖發(fā)展。從全球主要量子計(jì)算整機(jī)企業(yè)分布看,中美兩國(guó)占據(jù)主導(dǎo)地位,美國(guó)20家、中國(guó)18家,分別占28%、25%。從技術(shù)路線分布看,超導(dǎo)和光量子路徑最受關(guān)注。2023年全球71家主要量子計(jì)算整機(jī)企業(yè)中,19家為超導(dǎo)量子計(jì)算路徑,占比27%,其中美國(guó)8家,中國(guó)5家;其次為光量子計(jì)算路徑,共計(jì)13家,占比為18%,其中中國(guó)企業(yè)最多,達(dá)到4家。


超導(dǎo)量子計(jì)算是目前最為成熟的量子計(jì)算技術(shù)之一。它基于超導(dǎo)電路,通過(guò)對(duì)超導(dǎo)量子比特進(jìn)行操控來(lái)進(jìn)行信息的處理。超導(dǎo)量子比特的優(yōu)勢(shì)在于其較高的連續(xù)性和可擴(kuò)展性,以及相對(duì)較低的失真率。該技術(shù)路線已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多量子比特之間的糾纏和量子門操作,為構(gòu)建實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)。然而,超導(dǎo)量子比特對(duì)環(huán)境的溫度和電磁干擾非常敏感,因此需要在極低溫和屏蔽良好的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。


光量子計(jì)算路徑利用光子作為信息的載體,通過(guò)量子光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算過(guò)程。光量子計(jì)算的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于光子具有很好的相干性和較低的相互作用,這使得光子在傳輸過(guò)程中不易丟失信息。此外,光量子計(jì)算在室溫下即可進(jìn)行,不像超導(dǎo)量子計(jì)算需要極低溫環(huán)境。其技術(shù)挑戰(zhàn)在于光子的生成、操作和檢測(cè)等方面,需要高精度的操控技術(shù)和設(shè)備。

2023年全球主要量子計(jì)算整機(jī)企業(yè)各技術(shù)路線分布情況


相關(guān)報(bào)告:智研咨詢發(fā)布的《中國(guó)量子計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)全景調(diào)查及未來(lái)趨勢(shì)研判報(bào)告


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,全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模也呈加速擴(kuò)容態(tài)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì),2023年,全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模已增至47億美元,同比增長(zhǎng)261.54%,近三年來(lái)的年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)142.38%。

2021-2023年全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模變化


中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、清華大學(xué)量子信息中心等眾多高校和科研機(jī)構(gòu)推動(dòng)了我國(guó)量子科技的快速發(fā)展,在商業(yè)應(yīng)用層面,我國(guó)也涌現(xiàn)了一批像本源量子、量旋科技、圖靈量子、啟科量子等優(yōu)秀的初創(chuàng)企業(yè),通過(guò)與不同行業(yè)頭部企業(yè)合作,探索量子計(jì)算技術(shù)在各行各業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用落地。

中國(guó)量子計(jì)算領(lǐng)域主要企業(yè)商業(yè)化應(yīng)用落地情況匯總(一)

中國(guó)量子計(jì)算領(lǐng)域主要企業(yè)商業(yè)化應(yīng)用落地情況匯總(二)


三、發(fā)展趨勢(shì)


作為一種新興的計(jì)算技術(shù),量子計(jì)算在金融、醫(yī)藥、化工等多個(gè)領(lǐng)域都顯示出了突破性的應(yīng)用潛力。其中,金融行業(yè)是量子計(jì)算潛在的重要應(yīng)用領(lǐng)域,主要由于量子計(jì)算技術(shù)在資產(chǎn)組合優(yōu)化、風(fēng)險(xiǎn)分析、市場(chǎng)預(yù)測(cè)等方面顯現(xiàn)出巨大潛能,使得金融領(lǐng)域?qū)α孔佑?jì)算需求的快速上升。例如,2023年法國(guó)CIB、Pasqal和Multiverse聯(lián)合發(fā)布量子計(jì)算金融應(yīng)用解決方案的驗(yàn)證結(jié)果,減少金融衍生品估值計(jì)算所耗算力資源,提升評(píng)估速度與準(zhǔn)確性等。


此外,在化工領(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;在生命科學(xué)領(lǐng)域,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;在交通物流領(lǐng)域,量子計(jì)算應(yīng)用主要聚焦組合優(yōu)化問(wèn)題,以更優(yōu)方案實(shí)現(xiàn)路線規(guī)劃和物流裝配,提升效率降低成本。

此外,在化工領(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;在生命科學(xué)領(lǐng)域,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;在交通物流領(lǐng)域,量子計(jì)算應(yīng)用主要聚焦組合優(yōu)化問(wèn)題,以更優(yōu)方案實(shí)現(xiàn)路線規(guī)劃和物流裝配,提升效率降低成本。



量子計(jì)算機(jī)在降低金融風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)現(xiàn)新藥物、新材料、優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)過(guò)程等方面均具有重要意義,未來(lái)量子計(jì)算將加速滲透應(yīng)用至下游需求市場(chǎng)。根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè),在全球量子計(jì)算下游應(yīng)用占比中,2035年金融領(lǐng)域的市場(chǎng)份額最高,將達(dá)到51.9%,較2030年的15.8%實(shí)現(xiàn)顯著提升。其次為醫(yī)藥和化工領(lǐng)域,分別為20.5%、14.2%。因此,未來(lái)隨著通用量子計(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,2035年全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)總市場(chǎng)規(guī)模有望增至8117億美元。

2025-2035年全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)測(cè)


以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢(m.yhcgw.cn)發(fā)布的《中國(guó)量子計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)全景調(diào)查及未來(lái)趨勢(shì)研判報(bào)告》。智研咨詢是中國(guó)領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu),提供深度產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、商業(yè)計(jì)劃書、可行性研究報(bào)告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號(hào),每天及時(shí)掌握更多行業(yè)動(dòng)態(tài)。

本文采編:CY385
精品報(bào)告智研咨詢 - 精品報(bào)告
2024-2030年中國(guó)量子計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)全景調(diào)查及未來(lái)趨勢(shì)研判報(bào)告
2024-2030年中國(guó)量子計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)全景調(diào)查及未來(lái)趨勢(shì)研判報(bào)告

《2024-2030年中國(guó)量子計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)全景調(diào)查及未來(lái)趨勢(shì)研判報(bào)告》共十章,包含中國(guó)量子計(jì)算重點(diǎn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況分析,量子計(jì)算行業(yè)投資潛力及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警,量子計(jì)算行業(yè)發(fā)展前景及趨勢(shì)分析等內(nèi)容。

如您有其他要求,請(qǐng)聯(lián)系:

文章轉(zhuǎn)載、引用說(shuō)明:

智研咨詢推崇信息資源共享,歡迎各大媒體和行研機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)載引用。但請(qǐng)遵守如下規(guī)則:

1.可全文轉(zhuǎn)載,但不得惡意鏡像。轉(zhuǎn)載需注明來(lái)源(智研咨詢)。

2.轉(zhuǎn)載文章內(nèi)容時(shí)不得進(jìn)行刪減或修改。圖表和數(shù)據(jù)可以引用,但不能去除水印和數(shù)據(jù)來(lái)源。

如有違反以上規(guī)則,我們將保留追究法律責(zé)任的權(quán)力。

版權(quán)提示:

智研咨詢倡導(dǎo)尊重與保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán),對(duì)有明確來(lái)源的內(nèi)容注明出處。如發(fā)現(xiàn)本站文章存在版權(quán)、稿酬或其它問(wèn)題,煩請(qǐng)聯(lián)系我們,我們將及時(shí)與您溝通處理。聯(lián)系方式:gaojian@chyxx.com、010-60343812。

在線咨詢
微信客服
微信掃碼咨詢客服
電話客服

咨詢熱線

400-700-9383
010-60343812
返回頂部
在線咨詢
研究報(bào)告
可研報(bào)告
專精特新
商業(yè)計(jì)劃書
定制服務(wù)
返回頂部