中國量子計算發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域及市場格局發(fā)展分析[圖]

    傳統(tǒng)計算機的輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號，輸入信號序列按一定算法進行變換，由計算機內(nèi)部邏輯電路來實現(xiàn)有關(guān)的信息分析。因為本征態(tài)的的兩個區(qū)間限制，傳統(tǒng)計算機只能在0和1兩個比特之間進行正交變換，每一步都有既定的正交態(tài)路線，且不能出現(xiàn)對應(yīng)的路線疊加。也就是說傳統(tǒng)計算機的通用計算是在一個具有限制的框架中進行的，而你不能打破這個框架，不然就毀掉了整個系統(tǒng)機制。而量子計算機與傳統(tǒng)計算機的不同就在這里，量子不像半導(dǎo)體只能記錄0與1，它可以同時表示多種狀態(tài)。因為這個自帶優(yōu)勢，量子計算機的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交。

    一、行業(yè)現(xiàn)狀

    量子計算可以看作是今天計算資源的無限擴大，而這種資源進化可能性，對于國家和地區(qū)經(jīng)濟來說顯然是戰(zhàn)略性的。在量子計算越來越成熟的今天，國家層面的量子布局甚至爭搶，也開始趨近白熱化。

    在多光子糾纏領(lǐng)域，中國一直在國際上保持領(lǐng)先的地位，目前，中國已經(jīng)實現(xiàn)了18個光量子的糾纏。利用國際一路領(lǐng)先的多光子糾纏和干涉技術(shù)，中國在2017年實現(xiàn)了第一臺在“波色取樣”這個特定任務(wù)上能夠超越最早期兩臺經(jīng)典計算機的光量子計算原型機。這是邁向“量子霸權(quán)”先期基礎(chǔ)測試的一步。

    過去的十幾年，我們在國際上獲得一些比較好的評價。2007年，《新科學(xué)家》在其《中國崛起》?？锾岬剑?ldquo;中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)——因而也是整個中國——牢牢地在量子計算的世界地圖上占據(jù)了一席之地”。

    光量子通信主要基于量子糾纏態(tài)的理論，使用量子隱形傳態(tài)（傳輸）的方式實現(xiàn)信息傳遞。根據(jù)實驗驗證，具有糾纏態(tài)的兩個粒子無論相距多遠，只要一個發(fā)生變化，另外一個也會瞬間發(fā)生變化，利用這個特性實現(xiàn)光量子通信的過程如下：事先構(gòu)建一對具有糾纏態(tài)的粒子，將兩個粒子分別放在通信雙方，將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進行聯(lián)合測量（一種操作），則接收方的粒子瞬間發(fā)生坍塌（變化），坍塌（變化）為某種狀態(tài)，這個狀態(tài)與發(fā)送方的粒子坍塌（變化）后的狀態(tài)是對稱的，然后將聯(lián)合測量的信息通過經(jīng)典信道傳送給接收方，接收方根據(jù)接收到的信息對坍塌的粒子進行幺正變換（相當于逆轉(zhuǎn)變換），即可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。

    量子通信產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是信號處理芯片、雪崩光電二極管（APD）等元器件及各類核心設(shè)備。國內(nèi)能夠提供核心設(shè)備的公司并不多，主要包括國盾量子（浙江東方參與出資成立）、問天量子和神州量通（都飛通信控股51%）。國外廠商主要包括瑞士IDQ公司、美國Bennet公司等。

    量子通信產(chǎn)業(yè)鏈中游主要包括網(wǎng)絡(luò)傳輸干線提供商和系統(tǒng)集成商。以量子保密通信“京滬干線”技術(shù)驗證及應(yīng)用示范項目為例，提供傳輸干線服務(wù)的公司是中國有線電視網(wǎng)絡(luò)有線公司，提供系統(tǒng)集成服務(wù)的公司包括神州數(shù)碼系統(tǒng)集成服務(wù)有線公司（神州信息子公司）、中國通信建設(shè)集團有線公司（中國通服子公司）等。

    量子通信產(chǎn)業(yè)鏈下游主要是各種行業(yè)應(yīng)用，如金融、軍事、政務(wù)、商務(wù)等領(lǐng)域。提供的產(chǎn)品包括量子電話、基于量子保密技術(shù)的IDC、量子白板等。

    二、應(yīng)用領(lǐng)域

    量子計算應(yīng)用還有很長的路要走：量子模擬大約需要150個邏輯量子比特，每一個邏輯量子比特都由10到數(shù)千個“物理”量子比特組成，這些量子比特是修正誤差和維持穩(wěn)定性所必需的。正如加州理工學(xué)院(CaliforniaInstituteofTechnology)的JohnPreskill早些時候指出的那樣，如今的量子處理器使用的是噪音很大的物理量子比特，其性能有限，而且容易出錯。

    對于實際的量子計算業(yè)務(wù)應(yīng)用程序，有兩個主要的先決條件：具有足夠的量子比特以運行量子模擬的處理器，以及解決應(yīng)用程序背后數(shù)學(xué)問題的量子算法。在密碼學(xué)和機器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域，已經(jīng)有了一些這樣的算法。處理器正在積極開發(fā)中，越來越強大的處理器的研發(fā)速度也在加快。

    未來，量子通信首先應(yīng)用在政府、公用事業(yè)以及金融行業(yè)等安全需求較高的行業(yè)，運用的項目為密鑰分配和安全管理。隨著傳統(tǒng)通信的繼續(xù)發(fā)展，量子通信將會往數(shù)據(jù)傳輸方面延伸，利用其高效性與及時性對傳統(tǒng)通信進行替代。

    量子通信在軍事、國防、金融等信息安全領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價值和前景，不僅可用于軍事、國防等領(lǐng)域的國家級保密通信，還可用于涉及秘密數(shù)據(jù)、票據(jù)的政府、電信、證券、保險、銀行、工商、地稅、財政等領(lǐng)域和部門，而技術(shù)又相對成熟，未來市場容量極大。

    1、網(wǎng)絡(luò)安全

    電腦黑客活動已成重要威脅。許多應(yīng)用系統(tǒng)處于不設(shè)防狀態(tài)，存在相當大的信息安全風(fēng)險和隱患。這種幾乎不設(shè)防的現(xiàn)象，在金融等領(lǐng)域中表現(xiàn)的尤為突出。國防科技大學(xué)的一項研究表明，目前中國95%與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)管理中心都遭受過境內(nèi)外黑客的攻擊或侵入，其中銀行、金融和證券機構(gòu)是黑客攻擊的重點。

    信息基礎(chǔ)設(shè)施面臨安全的挑戰(zhàn)。中國的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)在預(yù)測、反應(yīng)、防范和恢復(fù)能力方面存在許多薄弱環(huán)節(jié)。

    2018網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)泄露相關(guān)案例

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    2、網(wǎng)信市場

    量子計算與量子通信同屬于量子科技，不同的是量子計算技術(shù)難度更大，目前尚處于實驗階段，距離大規(guī)模商用還較遙遠，但量子通信技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且已投入商用。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計，中國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶接入連續(xù)多年持續(xù)增長，得益于5G網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸速度，大量信息將會上傳到云并在云端進行分析和處理。大量數(shù)據(jù)的傳輸也對網(wǎng)絡(luò)信息安全提出了更高的要求。利用量子之間“糾纏”的特性，量子通信在傳輸過程中，一旦信息在傳出過程中被劫持，發(fā)送方和接收方都能立刻知曉，而信息劫持者也不能得到信息全貌，確保了信息的絕對安全。所以量子通信的加密式的傳遞方式將成為網(wǎng)絡(luò)信息安全解決方案的重要一環(huán)。

    2018年中國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將達到320億元左右。目前國內(nèi)的量子計算發(fā)展迅速，但研發(fā)主要以芯片和硬件為主，可以重點關(guān)注部分云計算廠商和基礎(chǔ)架構(gòu)廠商。在電荷量子比特方面的研究，以中科大和中科院為代表的研究團隊已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平。在商業(yè)化方面，部分云計算廠商和基礎(chǔ)架構(gòu)廠商也開始進行前期的投入。目前量子通信的發(fā)展還處于早期階段，相關(guān)配套設(shè)施與應(yīng)用場景不斷落地，增長空間廣闊。

    2016-2020年中國信息安全市場規(guī)模及預(yù)測

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    3、量子通信

    量子通信是量子物理和信息科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點，目前成為通信角逐的制高點，在歐洲等國家，早已打響量子技術(shù)的攻堅戰(zhàn)，其中代表國家為美國、日本以及歐盟等。目前中國也不斷在量子通信方面出臺政策，支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

    l截止至2017年中國量子通信行業(yè)市場規(guī)模達到約180億元。初步測算2018年中國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將達到320億元左右。預(yù)測2019年中國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將達425億元，并預(yù)測在2023年中國量子通信行業(yè)市場規(guī)模將超800億元，達到805億元左右，2019-2023年均復(fù)合增長率約為17.31%。

    2017-2023年中國量子通信行業(yè)市場規(guī)模及預(yù)測

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    三、量子通信龍頭格局

    網(wǎng)信安全市場在5G時期需求將迎快速增長。目前量子通信的發(fā)展勢態(tài)強勁，相關(guān)配套設(shè)施與應(yīng)用場景不斷落地，增長空間廣闊。

    1、 凱樂科技

    2013年到2017年公司營業(yè)利潤增長迅速，2017年公司實現(xiàn)營業(yè)利潤8.48億元，同比增長224.7%；實現(xiàn)歸屬于母公司的凈利潤為7.4億元，同比增長305.85%。

    2017年同比增長172.25%，2017年研發(fā)投入4.71億元，占營業(yè)利潤的56%，凱樂科技通過大力度的研發(fā)投入，不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，保持技術(shù)和產(chǎn)品的前瞻性。

    在2017年國家網(wǎng)絡(luò)安全博覽會暨網(wǎng)絡(luò)安全上，凱樂科技展出了安全主控芯片、偶語安全即時通信系統(tǒng)、區(qū)域通信安全管控系統(tǒng)、無線專用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信系統(tǒng)、可視化移動安全指控系統(tǒng)等。

    凱樂科技研發(fā)星狀網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈通信機，針對全球信息安全的形式下，信息安全行業(yè)用戶所面臨的復(fù)雜業(yè)務(wù)環(huán)境，對移動環(huán)境開發(fā)設(shè)計的無線視頻傳輸系統(tǒng)，能夠在移動高速，并且有阻隔環(huán)境下實現(xiàn)視頻、語音、數(shù)據(jù)等多媒體業(yè)務(wù)同步傳輸。具有靈敏度高、抗干擾能力和穿透能力強、傳輸數(shù)率高、穩(wěn)定性強等顯著優(yōu)點，為構(gòu)建各種應(yīng)急通信系統(tǒng)提供了理想的解決方案。

    2013-2017年凱樂科技營業(yè)利潤（億元）

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    2、 神州信息

    研發(fā)人員數(shù)量及占比得到不斷提高，研發(fā)投入接近5億。在持續(xù)加大對云、大數(shù)據(jù)、人工智能、分布式、物聯(lián)網(wǎng)、量子計算等新興技術(shù)投入下，公司已累計獲得近600項軟件產(chǎn)品著作權(quán)，并且擁有CMMI軟件能力成熟度五級認證，達到國際最高等級標準。

    公司與國盾量子、國翔辰瑞共同成立神州國信（北京）量子科技有限公司，面向量子通信網(wǎng)絡(luò)、提供量子通信設(shè)備。公司中標及簽約央行烏魯木齊中心支行星地一體化量子保密通信應(yīng)用項目，并已為中國人民銀行、上海銀行、上海農(nóng)商行等金融行業(yè)客戶成功安裝量子入網(wǎng)設(shè)備并提供完備的量子密鑰服務(wù)。而在量子通信骨干網(wǎng)建設(shè)方面，公司繼承建“京滬”、“武合”兩條國家級量子保密通信干線工程后，又中標“漢廣干線”和“滬合干線”，這兩條新干線是中國量子保密通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的又一重要進展。同期，公司還中標貴州省網(wǎng)和貴陽、宿州等地的量子通信城域網(wǎng)建設(shè)。

    營業(yè)收入突破90億大關(guān)，實現(xiàn)營業(yè)收入90.77億元，同比增長10.87%。歸母凈利潤0.42億元，同比下降86.09%，在剔除ATM機業(yè)務(wù)及其它一次性事項影響之后，公司報告期內(nèi)實現(xiàn)歸屬于母公司股東的凈利潤3.31億元，同比增長9.24%。

    2013-2018年神州信息營業(yè)收入（億元）

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    3、 亨通光電

    新一代通信技術(shù)重點發(fā)展5G新型光棒、光纖、特種光纖、量子保密通信技術(shù)、太赫茲通信技術(shù)、紅外傳感及光纖傳感、以及基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用解決方案。

    2017年底項目通過專家組驗收，部分指標達到國際領(lǐng)先水平。2018年，該干線向北延伸到南通并接至上海邊界，向南延伸至吳江盛澤，工程全面竣工，中國人民銀行金融系統(tǒng)量子金融專線投入試運行。公司“基于量子干線的數(shù)據(jù)加密防泄露防篡改網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”被工信部納入2018年國家網(wǎng)絡(luò)安全試點示范項目。

    核心經(jīng)營業(yè)務(wù)技術(shù)水平、市場規(guī)模再上新臺階，營業(yè)收入再創(chuàng)新高，達259.5億元，同比增34.45%，實現(xiàn)歸屬上市公司股東的凈利潤21.09億元，同比增長60.20%，連續(xù)三年保持高增長。

    2017年公司光棒產(chǎn)量同比繼續(xù)保持穩(wěn)步增長，穩(wěn)定保持全球光纖通信前三甲地位。國內(nèi)市場總份額及在三大運營商集采產(chǎn)品排名整體攀升。

    2013-2017年亨通光電營業(yè)總收入（億元）

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    4、 華工科技

    華工科技下屬四大子公司：華工激光、正源光子、新高理電子、華工圖像，分別負責(zé)四大核心業(yè)務(wù)：激光加工設(shè)備及成套設(shè)備、光通信器件、敏感元器件、激光全息防偽系列。其中激光業(yè)務(wù)為公司業(yè)績支柱，其激光加工設(shè)備及成套設(shè)備、激光全息防偽系列產(chǎn)品產(chǎn)能規(guī)模和市場占有率國內(nèi)第一。

    其子公司正源光子的首席科學(xué)家王肇中教授正在研制的量子點激光器正是服務(wù)于國家的量子通信系統(tǒng)，屬于量子通信中所需要的量子點激光器。能在高速光通信、量子通信、圖像顯示、導(dǎo)航、高功率激光武器等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的應(yīng)用。華工正源光子技術(shù)有限公司擁有國內(nèi)唯一一條自主半導(dǎo)體量子點激光器芯片生產(chǎn)線，在MO生產(chǎn)技術(shù)方面擁有多項發(fā)明專利。公司有覆蓋國內(nèi)外的銷售服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，主要客戶包括華為，中興，谷歌、Cisco、諾西等國內(nèi)外頂尖系統(tǒng)設(shè)備制造商。

    從2013年至今公司的營業(yè)總收入一直保持上升態(tài)勢，預(yù)計未來營業(yè)總收入將會繼續(xù)保持增長。

    2013-2018年華工科技營業(yè)總收入

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    相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國量子計算機行業(yè)市場深度調(diào)研及投資前景分析報告》