《计算机行业深度研究：抢先布局量子信息技术革命-240426（26页）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机行业深度研究：抢先布局量子信息技术革命-240426（26页）.pdf（26页珍藏版）》请在本站上搜索。 1、请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 2024.04.26 抢先布局量子信息技术革命抢先布局量子信息技术革命 李沐华李沐华(分析师分析师)李博伦李博伦(分析师分析师)010-83939797 0755-23976516 证书编号 S0880519080009 S0880520020004 本报告导读：本报告导读：量子信息技术是结合了量子物理和信息科学的学科，是一次颠覆性的技术创新，长期量子信息技术是结合了量子物理和信息科学的学科，是一次颠覆性的技术创新，长期机会在于量子计算机带来的算力爆炸，短期机会在于抗量子密码替换。机会在于量子计算机带来的算力爆炸，短期机会在于抗2、量子密码替换。摘要：摘要：投资建议：投资建议：量子信息技术是未来颠覆式的创新，随着量子计算机兴起，当下最紧迫的是应对量子计算机成熟后对现有密码体系的冲击。我们预计抗量子密码和后量子密码技术将在未来 10-15 年全面替代现有密码系统，整个产业将迎来革命性发展机遇。推荐标的：格尔软件、中孚信息，受益标的：国盾量子、吉大正元、三未信安、信安世纪、电科网安。量子信息技术是量子物理和信息科学的融合产物。量子信息技术是量子物理和信息科学的融合产物。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域。其中量子计算的重点为算力的爆发式突破，量子通信为实现更为高效和安全加密的信息传输，量子测量为实现更准3、确和精密的测量。根据 ICV 和光子盒的测算，预计量子计算潜在市场空间超 8000 亿美元（2035 年），市场空间最大但实现难度较高。量子通信潜在市场空间为 180 亿美元（2030年），量子精密测量的市场空间为 30 亿美元（2035 年），后二者仅依赖量子信息理论因此实现难度较低。量子计算是颠覆力最强也是最难以攻克的领域。量子计算是颠覆力最强也是最难以攻克的领域。量子计算是量子信息技术最核心的领域，利用量子力学原理实现相比于传统计算指数级的计算能力增长。目前，量子计算正处于 NISQ 阶段，预计 2028 年有望出现可以投入商用的专用量子计算机，行业将迎来市场规模显著增长的拐点。量子计算4、硬件技术尚未成熟，人造粒子和天然粒子各有优势，各种技术路线尚未收敛。软件方面持续开放探索，预计将作为量子计算硬件公司的配套产业出现，整体全面实用化仍面临技术挑战。量子通信尤其是后量子密码是当下最紧迫的领域。量子通信尤其是后量子密码是当下最紧迫的领域。目前量子通信的关键点仍在如何进一步确保通信安全上。随着量子计算机在算力上的爆发式突破，原有基于数学原理的经典密码体系将受到致命打击。后量子密码（PQC）成为抵御量子计算攻击的布防关键，通过结合量子计算原理设计能抵御量子计算攻击全新密码实现信息安全。在量子计算机技术突破前，进行抗量子密码更新至关重要，也是现在最紧迫的环节。量子密钥分发（QKD）是另一5、种理论上安全程度很高的通信方式，我国已建成覆盖多个重要城市的量子通信骨干网，并与“墨子号”量子卫星对接，具备全球量子密钥投送能力。风险提示：风险提示：技术进步不及预期；行业标准制定受阻；行业研发回报周期过长。评级：评级：增持增持 上次评级：增持 细分行业评级 计算机 增持 相关报告 计算机低能耗高性能，Llama-3 领跑开源大模型 2024.04.23 计算机国内首个抗量子攻击护盾装备应用，密码产业迎来革命性机遇 2024.04.14 计算机迎接 AI 黄金时代 2024.04.10 计算机阶跃星辰比肩 GPT-4V，C端应用加速落地 2024.03.25 计算机Kimi大模型角力 GPT，6、引爆海量AI 应用 2024.03.21 行业深度研究行业深度研究 股票研究股票研究 证券研究报告证券研究报告 计算机计算机 行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 26 目目 录录 1.投资建议.3 2.量子力学+信息科学=量子信息技术.3 3.量子计算：算力突破的“未来引擎”.7 3.1.量子计算是基于量子力学的全新计算模式.7 3.2.全球量子计算产业生态初具雏形，产业参与者众多.8 3.3.量子计算机硬件存在多种技术路径并行发展.11 3.4.量子计算机软件持续开放探索，提升量子计算实用性.15 4.量子通信：安全与效率的双7、重革新.16 4.1.量子通信利用量子技术实现安全和高效的信息传输.16 4.2.后量子密码（PQC）通过改进经典加密应对量子计算威胁.18 4.3.量子密钥分发（QKD）通过量子密钥保证通信安全.21 4.4.量子隐形传态在通信中高效传输量子比特.22 5.量子精密测量：基于量子系统超越极限精度.23 5.1.量子精密测量通过结合量子技术实现更高测量精度.23 5.2.量子精密测量产业链初步形成，规模化商业实现仍有挑战.23 6.风险提示.25 gUvWfUjYfUeXjZjWfY7NcM9PnPpPsQnReRqQrNfQsQvM9PnMqONZrQsPvPnPwO 行业深度研究行业深度研8、究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 26 1.投资建议投资建议 重视密码行业改造的投资机会。重视密码行业改造的投资机会。量子信息技术是未来颠覆式的创新，随着量子计算机兴起，传统加密技术将迎来挑战，当下最紧迫的是应对量子计算机成熟后对现有密码体系的冲击。我们预计抗量子密码和后量子密码技术将在未来 10-15 年全面替代现有密码系统，整个产业将迎来革命性发展机遇。推荐标的：格尔软件、中孚信息，受益标的：国盾量子、吉大正元、三未信安、信安世纪、电科网安。表表 1：推荐标的估值表：推荐标的估值表 公司名称公司名称 股票代码股票代码 收盘价（元）收盘价（元）29、024/04/25 EPS（元）（元）PE 评级评级 2023A 2024E 2025E 2023A 2024E 2025E 格尔软件 603232.SH 11.96 0.21 0.44 0.65 56.95 27.18 18.40 增持 中孚信息 300659.SZ 15.08-0.83 1.16 1.73 13.00 8.72 增持 数据来源：Wind，国泰君安证券研究 2.量子力学量子力学+信息科学信息科学=量子信息技术量子信息技术 量子力学与信息技术的交叉为信息科学带来革命性变化。量子力学与信息技术的交叉为信息科学带来革命性变化。在微观领域，任何无法进一步分解的实体都可被称作量子，如电10、子、光子等。量子信息技术作为量子力学与信息技术的结合，依赖的两大关键特性是量子叠加和量子纠缠，量子叠加使得量子能够同时展现多重状态，而量子纠缠则意味着，一旦两个或多个量子产生纠缠，不论相隔多远，其中一个量子状态的变动会瞬间影响到与它相纠缠的其他量子。这些量子力学规律与经典信息技术的结合是信息科学向量子信息技术变革的重要基础。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三个技术分支。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三个技术分支。自 20 世纪 80 年代起，量子力学与信息科学领域的融合催生了一门新兴学科量子信息学（quantum information）。该学科主要涵盖三个核11、心领域：量子计算、量子通信和量子测量，它们在增强对复杂问题的处理能力、提升信息安全性以及改善传感测量的精确度方面，展现出超越传统信息技术的巨大潜力。这三个领域的结合，预示着信息科学的一场革命，将极大地推动科学研究和技术创新的发展。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 26 图图 1：量子信息技术主要包括三大分支领域：量子信息技术主要包括三大分支领域 数据来源：NSFOCUS，学习时报，国泰君安证券研究 表表 2：量子信息技术三大领域的发展定位及应用前景各有侧重：量子信息技术三大领域的发展定位及应用前景各有侧重 量子计算量子计算 量12、子通信量子通信 量子测量量子测量 发发展展定定位位 为计算困难问题提供高效解决方案，实现突破经典计算极限的算力飞跃算力飞跃。量子计算与经典计算长期并存，相辅相长期并存，相辅相成成。连接量子信息处理节点构成量子信息量子信息网络网络；量子密钥分发服务于经典通信加经典通信加密密。量子通信与经典通信应用场景不同。实现物理量测量和信息获取的精度、分精度、分辨率、稳定度辨率、稳定度等性能指标进一步提升。经典测量到量子测量是发展必然趋势。应应用用前前景景 -5 5年年:基于含噪声中等规模量子处理器(NISQ)和云平台探索具备实用化价值的应用算例。远期远期:大规模可编程容错量子计算机及其应用。-5 5 年年:13、量子信息网络关键技术突破，实验网络和标准体系建设;量子保密通信商用化探索。远期远期:量子通信与量子计算融合形成量子信息网络。-5 5 年年:新一代定位、导航和授时系统，微弱磁场和重力场测量系统，高灵敏度成像系统。远期远期:小型化和商用化量子测量系统和量子传感器。数据来源：前瞻产业研究院，国泰君安证券研究 量子信息技术作为未来产业的重要组成部分，得到国家的高度重视和前量子信息技术作为未来产业的重要组成部分，得到国家的高度重视和前瞻布局。瞻布局。“十四五”期间，我国瞄准量子信息领域实施了一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目，包括“量子信息等重大创新领域组建一批国家实验室”“加强原创性引领性科技14、攻关”等。2023 年 12 月，中央经济工作会议提出“开辟量子、生命科学等未来产业新赛道”。2024 年 1 月，工信部、科技部、国务院国资委、中国科学院等七部门发布了关于推动未来产业创新发展的实施意见，其中多处提出发展量子信息技术。2024 年 3 月，国务院 政府工作报告 两度提到量子技术，强调过去一年量子技术等前沿领域创新成果不断涌现，并再次强调未来将开辟量子技术、生命科学等新赛道。相比“十四五”规划期间，量子计算的重要性得到了进一步的提升，从基础理论研究到更强调产业化和应用落地。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 of 2615、 表表 3：量子信息技术受多重政策推动发展：量子信息技术受多重政策推动发展 时间时间 政策政策 重点强调内容重点强调内容 2021 年 3 月 十三届全国人大四次会议表决通过 中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二三五年远景目标的建议 科技被放入第一章节，强调科技是国家发展的战略支撑，量子信息作为重要领域被提及 2021 年 12 月 发布“十四五”国家信息化规划，提出加快数字化发展、建设数字中国，构建数字经济新优势 规划中提及量子信息技术研究，推动量子计算应用探索与产业生态体系建设，探索构建量子信息网络技术与标准体系 2023 年 12 月 中央经济工作会议提出“开辟量子、生16、命科学等未来产业新赛道”强调量子技术在未来产业中的重要性，提出开辟新赛道 2024 年 1 月 发布关于推动未来产业创新发展的实施意见，多处提出发展量子信息技术 强调发展量子信息技术，推动未来产业创新发展 2024 年 3 月 国务院政府工作报告提到量子技术，强调过去一年量子技术等前沿领域创新成果不断涌现，将开辟量子技术新赛道 再次强调量子技术的重要性，提升量子计算的重要性，从基础理论研究到产业化和应用落地 数据来源：前瞻产业研究院，国泰君安证券研究 图图 2：中国量子信息技术领域投资总额位居全球第一：中国量子信息技术领域投资总额位居全球第一 数据来源：前瞻产业研究院，国泰君安证券研究 从行业17、生命周期看，量子信息技术行业正处在导入期末端，未来市场空从行业生命周期看，量子信息技术行业正处在导入期末端，未来市场空间大。间大。随着全球对于数据安全和处理能力需求的日益增长，量子通信、量子计算和量子精密测量等领域的技术创新不断突破，为行业发展提供了坚实的技术基础。但受制于量子计算机技术的成熟度，但产业发展仍未进入全面推开时期，仍处于导入期的末端。进入成长期后，整个量子信息技术商业化前景的市场空间十分巨大。量子通信目前技术成熟度最高，产业规模价值已达量子通信目前技术成熟度最高，产业规模价值已达 10.8 亿美元。亿美元。从目前已经发展的形态来看，量子通信主要是由量子物理加密产品与技术（例如 Q18、KD、PQC、QRNG 等）带来的产业价值落地。仅考虑 QKD、PQC、QRNG 三个重要方向，2030 年全球量子通信产业规模为 196.8 亿美元。量子通信技术的核心优势在于其传输的安全性，而目前经典的加密方式，在通用量子计算机诞生之前还是比较安全的，很难暴力破解。因此量子 行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 of 26 通信主要应用于对信息安全要求极高的领域，如军事、金融等。随着量子计算机逐渐成熟，原有的加密方式开始失效，量子通信有望在更多领域得到应用，市场空间或将进一步扩大。图图 3：2023-2030 全球量子通信产业规模预19、计持续上升全球量子通信产业规模预计持续上升 数据来源：光子盒，国泰君安证券研究 量子精密测量有望在更广泛的民用市场落地，量子精密测量有望在更广泛的民用市场落地，2035 年市场规模预计达到年市场规模预计达到39 亿美元。亿美元。量子精密测量技术的目的在于对现有的经典仪器进行替代、升级或补充。目前，量子精密测量在军事和科研领域已有应用，而在民用方面，主要应用于环境监测和医疗器械等领域。随着技术的进一步发展和商业化进程的推进，量子精密测量在民用市场可能有进一步推进，市场空间预计将持续增长，有可能达到现有仪器市场规模的一半以上。图图 4：量子精密测量将在不同领域替代传统测量仪器：量子精密测量将在不同20、领域替代传统测量仪器 数据来源：光子盒 行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 of 26 量子计算目前技术成熟度最低，但未来空间最为广阔，量子计算目前技术成熟度最低，但未来空间最为广阔，2035 年有望超年有望超 8千亿美元。千亿美元。量子计算被认为是未来具有颠覆性的计算技术，其潜在应用涵盖了从金融建模到材料科学等多个领域，一旦技术成熟并得到广泛应用，将可能带来计算能力的革命性提升。目前，量子计算仍处于研发和探索阶段，随着未来可能得技术突破，增长空间显著，具有巨大的发展潜力。全球量子计算产业规模预计从 2023 年的 47 亿美元增长至21、 2024年的 61 亿美元，长期来看，产业规模有望在 2028 年开始出现爆发式增长。到 2035 年，产业规模有望扩张至 8117 亿美元。图图 5：量子计算未来市场空间可能超过量子计算未来市场空间可能超过 8000亿美元亿美元 数据来源：ICV官网 表表 4:预计未来量子计算增长空间最为广阔预计未来量子计算增长空间最为广阔 技术技术 2023 年规模（亿美元）年规模（亿美元）2035 年规模预估（亿美元）年规模预估（亿美元）量子计算 47 8117 量子通信 10.8 196.8（2030E）量子精密测量 14.7 39 数据来源：光子盒，国泰君安证券研究 3.量子计算：算力突破的“未来22、引擎”量子计算：算力突破的“未来引擎”3.1.量子计算是基于量子力学的全新计算模式量子计算是基于量子力学的全新计算模式 量子计算是按照既定的算法和程序，对量子态进行操控和测量的过程。量子计算是按照既定的算法和程序，对量子态进行操控和测量的过程。与经典计算不同，量子计算并不会真的去计算，而是用特定算法和程序对量子态进行操控，利用量子现象，通过观测量子的行为自然的得到结果。相比起现在的计算器，量子计算机更像是一个更为强大的珠算算盘。量子计算是量子信息技术的精髓，缺少量子计算，其他量子技术领域难以根本改变现行信息技术的基础。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后23、的免责条款部分 8 of 26 量子计算利用量子叠加和量子干涉来实现对信息的高效处理。量子计算利用量子叠加和量子干涉来实现对信息的高效处理。在量子计算中，量子叠加的性质可以使量子同时表示多种可能状态，让量子计算机能够并行处理大量数据。而通过量子干涉，精心设计的量子算法会让正确的结果干涉相长，而其他的结果干涉相消，最后只留下正确的结果。量子计算的计算模式以量子比特为基本信息单位。量子计算的计算模式以量子比特为基本信息单位。在量子计算中，通常使用|0和|1这样的量子算符来代表一个量子态。量子比特是量子计算科学家们抽象出来的一个概念，因为量子计算机在硬件上实际物理实现的方法有很多，量子比特可能代表电24、子的自旋方向，也可能代表光的偏振角度。量子比特在量子计算中发挥的作用与比特在传统计算中发挥的作用相似，但经典比特是二进制，一个比特只能存放 0 或 1 位，根据量子力学中的叠加原理，一个量子比特是 0 和 1 的叠加，在没有进行观测之前，无法得知这个量子比特具体会坍缩成 0 还是 1。图图 6：量子比特存放所有状态的叠加量子比特存放所有状态的叠加 数据来源：Scientific American 量子计算机的算力随量子比特数目指数增加。量子计算机的算力随量子比特数目指数增加。由于量子比特在观测前始终处于 0 和 1 的叠加态，量子比特可以同时表示极为庞大的数据量，这突破了传统计算机物理层面的限25、制。例如，N 个量子比特能够同时表示的数字数目是 2 的 N 次方，当 N 达到 250 时，这一数字将超过宇宙中原子的总数。3.2.全球量子计算产业生态初具雏形，产业参与者众多全球量子计算产业生态初具雏形，产业参与者众多 量子计算行业的发展可以划分为多个阶段，目前行业处于量子计算行业的发展可以划分为多个阶段，目前行业处于 NISQ 阶段。阶段。自从 2019 年量子优越性展示之后，行业目前已经进入 NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）阶段，即噪声中等规模量子阶段，此时的量子计算机虽然规模有限，但已经能够执行一些超越经典计算机的特定任务，如量子模拟和某些26、优化问题。预计 2028-2033 年，多种技术路径的专用量子计算机将会不断涌现，在特定领域应用实现突破。2034-2040年，随着技术路径收敛，这一阶段将研制出可纠错的通用量子计算机，具备更强大的计算能力，能够执行复杂的量子算法。预计到 2040 年以后，量子计算将进入 Fault-Tolerant Quantum Computing（FTQC）阶段，即全面容错量子计算时代，实现通用运算错误率接近或小于经典计算机。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 of 26 图图 7：量子计算发展正处于量子计算发展正处于 NISQ 阶段，行业整体27、处于导入期阶段，行业整体处于导入期 数据来源：光子盒 2028 年量子计算行业市场规模将迎来显著增长拐点。年量子计算行业市场规模将迎来显著增长拐点。根据光子盒报告预测，2023 年全球量子产业规模已达到 47 亿美元，预计在 2023 至 2028年间年平均增长率（CAGR）将达到 44.8%。这一增长趋势主要得益于技术进步，预计从 2028 年起，随着通用量子计算机技术的进步和专用量子计算机在特定领域的广泛应用，市场规模将迅速扩大，有望从 2027年的 105 亿美元迅速在 2028 年扩张到 434 亿美元，迎来行业显著增长拐点。量子计算产业生态上中下游各环节已初具雏形，欧美量子计算企业活28、跃。量子计算产业生态上中下游各环节已初具雏形，欧美量子计算企业活跃。近年来全球主要国家量子计算企业数量和投融资经历了一轮爆发式增长，科技巨头和初创企业成为促进量子计算产业化发展的重要推动力量，欧美成为量子计算企业聚集度和活跃度最高地区。我国华为、百度、腾讯等企业近年来相继成立量子实验室，在软硬件研发、算法研究、应用探索、量子计算云平台等方面积极布局。产业生态各环节的用参户与者逐步增多，产业培育正在稳步推进。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 of 26 图图 8：量子计算产业链形成了一个多元化和充满活力的生态系统：量子计算产业链形成29、了一个多元化和充满活力的生态系统 数据来源：中国信通院 产业上游是量子计算产业发展的基础，主要包括环境支撑系统、测控系产业上游是量子计算产业发展的基础，主要包括环境支撑系统、测控系统、关键设备组件和元器件等。统、关键设备组件和元器件等。这些元素是研制量子计算原型机的必要保障，为量子计算提供硬件和技术支持。然而，由于技术路线尚未统一，以及硬件研制的个性化需求多样，上游供应链呈现出一定程度的碎片化，攻关难度较大，这在一定程度上限制了上游企业的发展。在国际对比中，欧美企业在上游领域占据较大市场份额，而中国在一些关键设备和元器件上自主替代发展空间较大，需要进一步加强创新和突破。产业中游涉及量子计算原型30、机和软件的研发与生产，是整个产业生态的产业中游涉及量子计算原型机和软件的研发与生产，是整个产业生态的核心。核心。目前，超导、离子阱、光量子、硅半导体和中性原子等技术路线在全球范围内都有所发展，尤其是超导技术路线受到了广泛关注。美国在原型机研制和软件研发方面具有一定的优势，中国的量子计算硬件发展主要集中在超导和光量子技术上。此外，中国的量子计算软件企业数量规模成长空间广阔，产业发展政策不断完善，创新成果孵化有利条件增多。受限于量子计算硬件技术的复杂性，产业下游以云平台的商业模式为主。受限于量子计算硬件技术的复杂性，产业下游以云平台的商业模式为主。由于量子计算机硬件的高度技术专业性和复杂性，难以普31、及成为个人计算机，所以产业下游主要以量子计算云平台的商业模式为主。全球范围内，已有多家公司和研究机构推出了各类型的量子计算云平台，积极争夺市场份额。量子计算的应用探索在金融、化工、人工智能、医药、汽车和能源等多个领域得到了广泛开展。国外在量子计算云平台的后端硬件性能、软硬件协同程度和商业服务模式方面具有优势。相比之下，中国下游行业应用探索的深度有望进一步提升，以实现量子计算在各行各业的广泛应用和价值释放。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 11 of 26 量子计算应用探索成业界热点，行业领域趋向多元化。量子计算应用探索成业界热点，行业领32、域趋向多元化。近年，基于 NISQ和专用量子计算机的应用案例探索在国内外广泛开展，代表性应用领域和典型场景涵盖了化学、金融、人工智能、交运航空、气象等众多行业领域，产业规模估值达到千亿美元级别。量子计算公司普遍期待未来数年，在 NISQ 系统中完成具有社会经济价值的计算问题加速求解，实现应用端突破。图图 9：量子计算应用场景多元发展，产业估值规模巨大：量子计算应用场景多元发展，产业估值规模巨大 数据来源:中国信通院，国泰君安证券研究 3.3.量子计算机硬件存在多种技术路径并行发展量子计算机硬件存在多种技术路径并行发展 量子计算机需要专门设计的物理结构来实现量子计算。量子计算机需要专门设计的物理33、结构来实现量子计算。量子计算通过量子叠加存储要运算的信息，然后通过量子干涉将正确的答案放大，错误的答案干涉相消。而量子计算机要做的就是设计出这些物理结构，实现量子计算。目前量子计算机的硬件结构可划分为四个层次。目前量子计算机的硬件结构可划分为四个层次。1）“量子数据层”用于储存和处理量子信息，量子比特就位于这里；2）“控制和测量层”根据需要对量子比特进行操作和测量；3）“控制处理器层”确定操作和算法序列，相当于指挥中心，策划和调度操作顺序；4）“主处理器层”用于处理网络访问、大存储阵列和用户界面，它通过高速宽带与控制处理器连接。另外，某些量子计算原型机由于需要在特定低温环境下运行，硬件结构中还34、包括了低温组件系统。01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000电信传媒出行、运输和物流生命科学先进工业能源与材料金融量子计算不同应用场景产业估值（亿美元）乐观估值保守估值 行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 12 of 26 图图 1010：量子计算机硬件结构由四个层次组成：量子计算机硬件结构由四个层次组成 数据来源:量子客 量子比特数量上人造粒子占优，质量上天然粒子占优。量子比特数量上人造粒子占优，质量上天然粒子占优。量子计算机在硬件上通过不同的技术路线对量子比特进行存储与操控。主要可分为两大类：135、）人造粒子路线：以超导和硅半导体等为代表，可重用半导体集成电路制造工艺，在比特数量扩展方面具有一定优势，但在提升逻辑门精度等指标方面受到基础材料和加工工艺等限制。2）天然粒子路线：以离子阱、光量子和中性原子为代表，具有长相干时间和高逻辑门精度等优势，但在比特数量扩展等方面面临挑战。这两种技术路径都通过特有的物理系统实现对量子比特的存储与操控，具体主要涉及“量子数据层”和“控制与测量层”。表表 5:量子计算机多种硬件技术路线同步发展，各有优势量子计算机多种硬件技术路线同步发展，各有优势 路线名称路线名称 技术路径技术路径 实现原理实现原理 特点与优势特点与优势 挑战与瓶颈挑战与瓶颈 代表性成果代36、表性成果 超导超导 人造粒子路线 基于超导约瑟夫森结构的扩展 二能 级系统，利用量子比特进行信息编码。可扩展性强，与集成电路工艺兼容，易于操控。需要低温环境，材料和工艺要求高。IBM 发布了 1121 量子比特的 Condor 处理器。离子阱离子阱 天然粒子路线 利用电磁场中的离子作为量子比特，通过激光或微 波进 行操控。操控精度高，相干时间长，适合进行精确的量子操作。比特规模扩展、高集成度测控和模块化互联技术瓶颈。Quantinuum 的产品量子体积达到 524288，创下业界新纪录。光量子光量子 天然粒子路线 使用光子的偏振、相位等自由度进行量子比特编码，室温下运行。自然抵抗退相干的能力，37、相干时间长，测控简单，易于实现大规模量子系统。量子比特编码和逻辑门操作技术复杂，系统集成度要求高。中科大的“九章三号”成功构建了 255 个光子。中性原子中性原子 天然粒子路线 利用光镊或光晶格囚禁原子，通过激光激发原子里德堡态进行操作。规模化扩展潜力大，相干时间和操控精度高。需要精密的激光系统和囚禁技术，量子纠错技术仍在发展中。Atom Computing 公司的1225原子阵列原型机，突破千位量子比特的里程碑。半导体半导体 人造粒子路线 利用量子点中囚禁的与现有集成电路工艺同位素材料加工和介英 特 尔 的Tunnel 行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文38、之后的免责条款部分 13 of 26 电子或空穴构造量子比特，通过电脉冲进行操控。兼容性好，易于集成到现有电子设备中。电层噪声影响，比特数量和操控精度提升缓慢。Falls 芯片，具有 12个量子比特。数据来源：光子盒，国泰君安证券研究。超导量子计算技术依赖于超导材料在极低温度下的量子特性构建量子超导量子计算技术依赖于超导材料在极低温度下的量子特性构建量子比特。比特。在超导状态下，电子形成库珀对，转变为玻色子，从而允许宏观量子效应的发生。这一转变使得超导材料能够用于构建量子比特，这是量子计算的基本单元。通过在超导电路中设计特定的结构，如约瑟夫森结，可以实现非线性的能级跳跃，从而创建二能级系统，这39、是实现量子比特的关键。为了维持量子比特的相干性，超导量子计算机必须在极低温度下运行。这要求使用稀释制冷机将量子芯片冷却至接近绝对零度的环境，以减少外部干扰导致的退相干现象。在这个超低温环境中，量子态得以保持，从而使得量子计算成为可能。生成量子比特后，超导量子计算机需要精细的微波控制系统来操纵量子生成量子比特后，超导量子计算机需要精细的微波控制系统来操纵量子比特。比特。通过在电路中引入微波脉冲，可以精确控制量子比特的概率和相位，实现量子门操作。这些量子门操作是量子计算中实现逻辑功能的基础，类似于经典计算中的逻辑门。通过调整微波脉冲的频率和时长，科学家能够实现对量子比特的精确操控，包括实现哈德玛门40、和相位旋转门等基本量子操作。通过组合这些量子门，可以形成量子电路来执行通用的计算，并通过量子傅里叶变换等方法得出正确的计算结果。主流超导量子计算路线的技术瓶颈在于量子比特的相干时间和操作主流超导量子计算路线的技术瓶颈在于量子比特的相干时间和操作保保真度不足。真度不足。超导量子计算量子比特的相干时间和操作保真度不足主要是由于环境噪声的影响和系统内部的不完善控制。具体来说，实验中磁通噪声、准粒子激发以及其他各类噪声都可能导致超导量子比特退相干。这些噪声源会干扰量子比特的稳定性，限制其保持相干状态的时间，从而影响量子计算的精度和可靠性。此外，量子比特的操控精度也受到现有技术水平的限制，包括量子门操作41、的精确性和读取过程的准确性。为了提高相干时间和操作保真度，需要进一步优化量子比特的设计、改进制冷和屏蔽技术，以及提升量子操控和测量的技术水平。温度限制也是超导量子计温度限制也是超导量子计算实现大规模商业化的一大技术障碍。算实现大规模商业化的一大技术障碍。由于超导量子计算机只能在约 0.1 开尔文（-273.05）的极寒温度下工作，这就要求必须有高效的制冷技术来维持其量子态的稳定性。目前，达到这样的低温需要昂贵的制冷设备，这不仅增加了量子计算机的运行成本，也限制了其在商业应用中的可行性。随着量子计算机性能的不断提升，对制冷技术的需求也在不断增长，如何在保持量子计算机高效运行的同时，降低制冷成本和42、复杂性，是实现其商业化的关键技术挑战之一。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 14 of 26 图图 1111：IBM Q 超导量子计算机运用稀释制冷机提供极低温环境超导量子计算机运用稀释制冷机提供极低温环境 数据来源:大话量子 光量子路线利用可利用光子的偏振、相位等自由度进行量子比特编码。光量子路线利用可利用光子的偏振、相位等自由度进行量子比特编码。科学家们使用光子的不同属性，如偏振状态和相位变化，来表示量子比特。通过精确控制光子的发射、传输和检测，光量子计算机能够在光子的不同自由度上编码和操作信息。例如，一个光子的偏振方向可以是水平的43、或垂直的，代表 0 或 1，而通过改变这些偏振状态，可以执行量子逻辑门操作。同样，通过调整光子的相位，可以进行更复杂的量子态叠加和纠缠，这是量子计算的核心优势。通过这种方式，光量子计算机能够在光速上处理大量数据，为解决诸如优化问题、密码破解和材料模拟等复杂任务提供了巨大潜力。中国光量子计算路线的原型机中国光量子计算路线的原型机“九章三号九章三号”处于国际第处于国际第一梯队一梯队。“九章三号”量子计算原型机由中国科学技术大学科学家组成的研究团队联合中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心共同研制，该原型机在处理高斯玻色取样这一特定数学问题上的速度，比目前全球最快的超级44、计算机快一亿亿倍，这一突破性的进展不仅巩固了中国在量子计算领域的领先地位，也为全球量子计算的发展树立了新的里程碑。国外方面，谷歌的量子计算研究虽然也取得了一定的进展，但其在量子优越性的展示上依赖于样本数量，而“九章三号”则通过理论上的新模型和实验上的创新，实现了更精确的理论与实验吻合度。此外，“九章三号”在技术上的创新，如基于光纤时间延迟环的超导纳米线探测器，使得对 255 个光子的操纵能力得以实现，极大地提升了计算的复杂度。表表 6:“九章三号”在国际量子计算机领域处于第一梯队“九章三号”在国际量子计算机领域处于第一梯队 “九章三号”量子计算机“九章三号”量子计算机 Borealis 量子计45、算机量子计算机 量子比特量子比特/光子数光子数 255 个光子 216 个光子 计算速度计算速度 比目前全球最快的超级计算机快一亿亿倍（处理高斯玻色取样问题）在 36 微秒内解决了最好的超级计算机也要 9000 年才能完成的任务（玻色子采样问题）技术路线技术路线 光量子技术，利用光子进行量子计算 可编程光量子计算机，通过光纤回路解决量子计算问题 发展阶段发展阶段 正在从“量子优越性”里程碑式突破向解决具有重大实用价值的问题跨越 已经展示了量子优越性，并且可通过互联网供他人使用 实用性与实用性与在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值 展示了量子计算的关键技术，未来可能应用于不同领域 行46、业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 15 of 26 应用前景应用前景 最新进展最新进展 2023 年成功构建，处理高斯玻色取样问题的速度比“九章二号”提升一百万倍 2022 年展示量子优越性，通过直接测量多达 216 个纠缠光子的行为计算出答案 未来展望未来展望 通用量子计算机的实用化需要操纵上千万的量子比特并具备纠错能力，目前处于迭代实现过程中 正致力于把基于集成芯片的可扩展、可容错的光子处理器蓝图变成现实，以提高量子计算机性能 数据来源：中国科学院，IT 之家，澎拜新闻，国泰君安证券研究 光量子计算路线的技术瓶颈在于光量子比特编码和逻47、辑门操作技术复光量子计算路线的技术瓶颈在于光量子比特编码和逻辑门操作技术复杂性。杂性。量子比特的精确编码要求对光子的量子态进行精细操控，而逻辑门操作则需实现光子间的有效相互作用，这些操作在现有技术水平下难以高效、准确地完成。此外，系统集成度的提高也是光量子计算面临的一大挑战，因为构建大规模、高效率的量子计算机需要将大量的量子比特和逻辑门集成在一个系统中，并确保它们之间的相互作用和控制达到高度同步和一致性。这些技术难题的解决对于推动光量子计算的实用化和商业化至关重要。量子计算整体实用化落地尚未突破，硬件性能提升是基础。量子计算整体实用化落地尚未突破，硬件性能提升是基础。当前的量子处理器硬件性能水48、平距离实现大规模可容错通用量子计算还有很大差距。在量子计算领域，整体上依然处于中等规模含噪声量子设备（NISQ）阶段。量子计算机的核心在于量子比特的精确操控和逻辑门的实现，而这些都需要高度精密的硬件技术支持。目前，硬件上对量子比特的编码、系统的扩展性、量子逻辑门的精确度以及量子态的相干性等方面仍存在技术难题，这些问题限制了量子计算机的可靠性和扩展性。3.4.量子计算机软件持续开放探索，提升量子计算实用性量子计算机软件持续开放探索，提升量子计算实用性 量子计算软件是连接用户与硬件的关键纽带。量子计算软件是连接用户与硬件的关键纽带。量子计算机在编译运行和应用开发等方面需要根据量子计算原理特性设计全49、新的软件系统，提供面向不同技术路线的底层编译工具，具备逻辑抽象工程的量子中间表示和指令集，以及支撑不同计算问题的应用软件。目前量子计算软件处于开放研发和生态建设早期阶段，业界在量子计算应用开发软件、编译软件、EDA 软件等方向开展布局。图图 1212：业界在量子计算应用开发、编译、：业界在量子计算应用开发、编译、EDA 软件等方向展开布局软件等方向展开布局 数据来源:中国信通院 行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 16 of 26 表表 7:量子计算软件系统三大方向功能上各有侧重量子计算软件系统三大方向功能上各有侧重 类别类别 作用作用 50、未来发展方向未来发展方向 应用开发软件应用开发软件 为开发者提供创建和操作量子程序的工具集、开发组件以及算法库。未来，量子计算应用开发软件发展需要进一步增加应用场景、计算问题和算法开发的支持能力，以及与不同硬件系统软硬件协同适配性。编译软件编译软件 用于明确量子编程边界并确保程序编译正确执行，并提供完善且体系化的语法规则用于协调和约束量子操作与经典操作。量子计算编译软件未来需要持续提升软硬件协同编译、调度和优化能力。芯片设计芯片设计 EDA EDA 软件软件 主要用于实现量子芯片的自动化设计、参数标定与优化、封装设计等功能 未来，量子计算芯片 EDA 软件需要在芯片性能验证、设计自主程度、设计51、效率等方面持续研究和完善。数据来源：中国信通院，国泰君安证券研究。量子计算软件目前处于开放式探索阶段，与经典软件成熟度相距甚远。量子计算软件目前处于开放式探索阶段，与经典软件成熟度相距甚远。现在的量子计算软件，不同软件功能各有侧重，但由于硬件技术路线未收敛、应用探索尚未落地使用等原因，软件技术水平基本处于研究工具级，与经典软件成熟度相距尚远。量子编程语言和框架、量子编译器和优化器、量子误差校正模块等关键功能特性仍需要持续研发，构建完善的软硬件技术栈和应用生态还有待业界进一步协同推动。量子计算基础软件开发或将主要由硬件公司主导，量子计算基础软件开发或将主要由硬件公司主导，Wintel 模式难以再52、现模式难以再现。英伟达通过 CUDA Quantum 展示了硬件公司在量子计算软件领域的深度参与，软件与硬件的紧密结合为量子计算性能优化和技术创新提供了独特优势。量子计算的复杂性和专业性也导致广泛的软件工具和服务开发受限，独立软件公司难以与具备硬件优势的量子计算机公司竞争。因此，未来量子计算领域不太可能出现类似 Wintel的软件-硬件联盟模式，而是由硬件制造商引领软件开发，以实现技术优势和市场控制。4.量子通信：安全与效率的双重革新量子通信：安全与效率的双重革新 4.1.量子通信利用量子技术实量子通信利用量子技术实现安全和高效的信息传输现安全和高效的信息传输 量子通信是一种利用量子力学原理实53、现信息传输的通信技术。量子通信是一种利用量子力学原理实现信息传输的通信技术。它利用量子态作为信息编码的载体，通过量子信道完成信息传输。与传统的密码系统不同的是，它的安全性依赖于量子力学属性，而不是数学的复杂度理论。量子通信的两大应用核心在于提升通信效率和确保通信安全。量子通信的两大应用核心在于提升通信效率和确保通信安全。1）在通信安全领域，）在通信安全领域，量子密钥分发（QKD）利用量子的不可克隆性，对信息进行加密，属于解决密钥问题，实现理论上绝对安全的加密通信。后量子密码（PQC）基于量子计算原理，提高用经典计算有针对性地设计量子计算难以破解的密码保障通信安全。2）在通信效率提升方面，量子隐54、形传态）在通信效率提升方面，量子隐形传态通过量子纠缠实现量子比特的高效传输，从而优化通信过程。这一技术又称量子远程传态或量子离物 行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 17 of 26 传态。量子通信产业链发展已相对成熟，产业链分工更为细分。量子通信产业链发展已相对成熟，产业链分工更为细分。产业链上游的核心器件与材料划分为芯片、光源、单光子探测器、量子随机数发生器以及其他。产业链中游划分为设备层、网络建设层和运营层，PQC 也作为中游技术纳入产业生态图谱。产业链下游仍以主要应用行业进行划分。图图 13：量子通信产业链已经相对成熟完备：量子通55、信产业链已经相对成熟完备 数据来源：中国信通院 行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 18 of 26 产业链上游，核心器件与材料的涵盖囊括了关键的技术组成部分。产业链上游，核心器件与材料的涵盖囊括了关键的技术组成部分。首要的是先进的量子芯片技术，作为整个产业链的基础，包括数据处理类芯片、电学芯片和光学芯片。光源则成为量子通信不可或缺的关键组件，作为载体，经过对其量子状态的调制操作后，可携带量子信息在不同通信节点间中进行信息传输和共享。在通信接收端，单光子探测器发挥着至关重要的作用，确保对量子信息的精准检测。量子随机数发生器是保障通信不可预56、测性的关键工具。产业链中游划分为核心设备、网络建设集成、保密网络运营以及产业链中游划分为核心设备、网络建设集成、保密网络运营以及 PQC。核心设备涉及到关键的量子通信设备，如 QKD 设备、组网设备和网络管理软件平台，这些设备确保信息的安全传输。网络建设集成用于构建高效、安全的量子通信网络，例如中国的国家骨干网、省骨干网以及城域网。保密网络运营则包括各运营商参与其中，推动量子通信技术的日常运行与维护。同时，产业链中游还加入了 PQC 领域，包括新一代的加密算法、安全协议、芯片等。这部分的发展使得产业链更为全面，更加关注未来密码学的演进。产业链下游涵盖了广泛的应用领域，包括国防、金融、电网以及终57、端等。产业链下游涵盖了广泛的应用领域，包括国防、金融、电网以及终端等。在国防领域，量子通信技术应用于高度机密的军事通信，确保敏感信息的安全传输，有效防范窃听和网络攻击。金融行业通过量子通信技术实现更安全可靠的数据传输，提高对金融交易和客户信息的保护水平。在电网领域，量子通信可应用于保障电力系统中实时数据的安全传输，预防网络攻击和数据篡改，确保电网运行的稳定性。4.2.后量子密码（后量子密码（PQCPQC）通过改进经典加密应对量子计算威胁）通过改进经典加密应对量子计算威胁 量子计算的高效并行性对特定问题的解决产生颠覆式影响。量子计算的高效并行性对特定问题的解决产生颠覆式影响。量子算法是量子计算领58、域的核心组成部分，其重要性体现在它能够充分利用量子计算的特性，如叠加态和纠缠现象，以实现对计算任务的高度并行处理。在经典计算中，算法通常遵循确定性的路径，每一步操作都依赖于前一步的结果，这限制了计算的并行能力。然而，量子算法通过量子比特的叠加态，允许多个计算路径同时进行，极大地提高了计算效率，也使得量子计算机能够处理传统计算机难以解决的问题，如大整数分解和搜索问题。Shor 算法展示了量子计算机在大数分解问题上的巨大潜力。算法展示了量子计算机在大数分解问题上的巨大潜力。Shor 算法由彼得肖尔于 1994 年提出，它展示了量子计算机在大数分解问题上的巨大潜力。在经典计算机上，因数分解是一个计算59、密集型任务，随着整数大小的增加，所需的计算资源呈指数级增长。然而，Shor 算法利用量子计算的并行性，能够将这一复杂问题转化为多项式时间问题，极大地提高了分解大整数的效率。具体来说，破解 RSA-2048（2048-bit）的密钥可能需要耗费传统电脑 10 亿年的时间，而量子计算机只需要 100秒就可以完成。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 19 of 26 图图 1414：量子计算：量子计算 Shor 算法用于解决给定整数分解问题算法用于解决给定整数分解问题 数据来源：腾讯云开发者社区 Shor 算法的出现，意味着算法的出现，意味着 60、RSA 加密在理论上已经不再安全。加密在理论上已经不再安全。经典加密体制分为对称式和非对称式两类，非对称加密体制安全性更高。而计算能力的提升意味着量子计算机有潜力破解目前广泛使用的非对称加密算法。量子计算机的 Shor 算法能高效地分解大整数，这正是许多非对称加密系统（RSA）安全性的基础。表表 8：Shor 算法使经典加密方式不再安全算法使经典加密方式不再安全 困难问题困难问题 对应的密码体制对应的密码体制 ShorShor 算法的影响算法的影响 整数分解整数分解 RSA 不再安全 离散对数离散对数 Diffie-Hellman,DSA、SM2/9，ECDH,ECDSA、Buchmann-W61、illiams 等 不再安全 格上最短向量格上最短向量 NTRU,Ajtai-Dwork 等 降为亚指数 数据来源：海泰方圆，国泰君安证券研究。Grover 算法展示了量子计算机在搜索问题上的巨大优势。算法展示了量子计算机在搜索问题上的巨大优势。Grover 算法由 Lov K.Grover 在 1996 年提出，在经典计算中，对无序数据库的搜索通常需要线性时间，即随着数据库大小的增加，搜索时间也相应增长。然而，通过量子计算的特性，特别是量子叠加和干涉，能够在无序数据库中快速找到目标项，将搜索的时间复杂度从经典的线性时间降低到平方根时间，相比经典算法，显著提升了效率。Grover 算法使目前所62、有密码算法的有效密钥长度减半。算法使目前所有密码算法的有效密钥长度减半。这是因为量子计算机可以在更短的时间内通过 Grover 搜索来穷尽密钥空间，从而破解原本依赖于密钥长度安全性的加密算法。因此，Grover 算法不仅为量子搜索和优化问题提供了一种高效的解决方案，也在理论上对密码学构成了威胁。表表 9 9：GroverGrover 算法使经典加密方式安全强度减半算法使经典加密方式安全强度减半 算法类型算法类型 影响影响 密码体制密码体制 对称密码对称密码 安全强度减半 SM4，AES 等 杂凑算法杂凑算法 安全强度减半 SM3，SHA 等 非对称密码非对称密码 安全强度减半 SM2/9.RS63、A 等 数据来源：海泰方圆，国泰君安证券研究。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 20 of 26 后量子密码成为通过传统计算抵御量子计算威胁的布防关键。后量子密码成为通过传统计算抵御量子计算威胁的布防关键。随着量子信息技术发展，后量子密码（PQC）作为一种新兴的密码学技术应运而生。传统的非对称密码算法（如 RSA、SM2 等）所基于的数学难题，如整数分解、离散对数等，易于被量子计算机求解，基于这些数学难题的密码算法在量子时代将不再安全。为了应对这一挑战，在经典计算机基础上设计不易被量子计算机破解 PQC 成为量子信息时代加密通信的关键。64、表表 1010：PQC PQC 基于现有量子计算仍难以有效求解的数学难题产生多种加密路线基于现有量子计算仍难以有效求解的数学难题产生多种加密路线 方案名称方案名称 具体内容具体内容 基于杂凑（基于杂凑（HashHash-basedbased）的方案）的方案 使用 Merkle 杂凑树等技术进行运算，主要用于生成数字签名。其安全性依赖于杂凑函数的安全性，而不是依赖于数学问题的困难性假设，如果所采用的杂凑算法被攻破，只需将杂凑算法更新为更安全的算法，就能确保签名算法的安全性。基于编码（基于编码（CodeCode-basedbased）的算法）的算法 利用纠错码构造单向函数，其安全性依赖于编码理论中65、的 Syndrome Decoding（SD）和 Learning Parity with Noise（LPN）等难解问题，可用于构建加密算法、数字签名和密钥交换方案等。基于多变量（基于多变量（MultivariateMultivariate-basedbased）的密）的密码算法码算法 使用有限域上的多变量二次多项式组构建加密、签名和密钥交换等方案，其安全性依赖于求解多变量方程组的困难性，主要用于构建签名算法，代表性算法等。基于格（基于格（LatticeLattice-basedbased）的密码算法）的密码算法 基于格中的难解问题，可以用于构建加密、数字签名和密钥交换等密码方案。这类方案具66、有快速计算速度和较小的通信开销，安全性、公私钥尺寸和计算速度方面取得了良好的平衡，有望成为标准化的选择。基于同源（基于同源（IsogenyIsogeny-basedbased）的密码算法）的密码算法 利用超奇异椭圆曲线同源问题构建加密和密钥交换等密码方案。这类方案具有较小的公私钥尺寸，但运行效率较低。代表性算法包括 SIKE 等。数据来源：海泰方圆，国泰君安证券研究。NIST积极探索基于格问题的积极探索基于格问题的 PQC 以应对量子计算威胁。以应对量子计算威胁。格中的近似最短向量问题，简称格问题（Lattice Problems）及其等价问题带错误的学习问题（LWE），长久以来被视为算法领域67、的难题，超出了传统计算能力的解决范畴。美国国家标准与技术研究院（NIST）致力于选择和标准化后量子密码设计。在 2023 年 8 月公布了 3 种预计于 2024 年投入使用的后量子密码标准草案，其中有两种 PQC 都是基于格问题。表表 1111：NISTNIST 在在 20232023 年公布的三种后量子密码标准草案有两种基于格问题年公布的三种后量子密码标准草案有两种基于格问题 标准类型标准类型 全称全称 具体内容具体内容 FIPS 203FIPS 203 基于格密码的密钥封装机制标准 该标准源自 CRYSTALS-KYBER 算法提案，密钥封装机制（KEM）是一种特殊类型的密钥建立方案，可68、用于在通过公共通道通信的双方之间建立共享密钥，专为一般加密目的（例如创建安全网站）而设计。FIPS 204FIPS 204 基于格密码的数字签名标准 该标准源自 CRYSTALS-Dilithium 算法提案，旨在保护用户在远程签署文档时使用的数字签名。FIPS 205FIPS 205 基于哈希算法的无状态数字签名标准 该标准源自 SPHINCS+算法提案，也是为数字签名而设计。数据来源：中科院，国泰君安证券研究。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 21 of 26 后量子密码依然是攻防战，技术进步持续推动行业景气度提升。后量子密码依然是69、攻防战，技术进步持续推动行业景气度提升。密码学是一场长期的攻防战，新的加密模式和新的解密模式相互影响。随着量子计算的崛起，密码学界对后量子密码（PQC）及其破解方法的研究持续推进。2024 年 4 月，清华大学陈一镭提出了一种新的量子算法，旨在破解基于格问题以及 LWE 的后量子密码。尽管结论有待验证，但是这一过程中，攻防双方的相互促进和挑战，不断推动着密码学理论和实践的更新。随着全球对信息安全的需求日益增长，特别是在政府、金融和国防等关键领域，后量子密码攻防演练的重要性愈发凸显。企业和研究机构将投入更多资源进行相关技术的研发和测试，以确保在量子计算时代到来之前构建起安全的通信防线。4.3.量70、子密钥分发（量子密钥分发（QKDQKD）通过量子密钥保证通信安全）通过量子密钥保证通信安全 量子密钥分发（量子密钥分发（QKD）利用光量子技术实现信息传输安全。）利用光量子技术实现信息传输安全。在 QKD 中，光子作为量子力学的基本粒子，其量子态（如偏振态）被用来编码密钥信息。通过随机选择不同的偏振基，发送方和接收方可以生成一对只有双方知道的密钥。由于量子力学的不确定性原理，任何未授权的监听行为都会对量子态造成干扰，导致其状态发生改变，从而被通信双方所察觉，保证了理论上通信的绝对安全。图图 1515：QKD 通过量子信道和经典信道完成量子密钥传输通过量子信道和经典信道完成量子密钥传输 数据来源71、：NSFOCUS 以光量子为技术路径的以光量子为技术路径的 QKD 可以兼容经典信道的光纤设备。可以兼容经典信道的光纤设备。通过在现有的光纤基础设施上增加 QKD 设备，可以在不更换光纤的情况下，实现量子密钥的安全分发，从而在保障信息传输安全的同时，降低了升级成本。这种技术不仅能够与现有的经典信道共用光纤，而且通过量子特性，为通信提供了更高级别的安全保障。中国在量子通信领域已建成连接多个重要城市的量子通信骨干网。中国在量子通信领域已建成连接多个重要城市的量子通信骨干网。基于光纤架构的中国的量子骨干网络于 2022 年全线贯通并通过验收，总长超过 1 万公里，覆盖京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成72、渝、东北等区域的 17 个省市约 80 个城市。与“墨子号”和量子微纳卫星对接，具备全球（包括岛屿、船舶、驻外机构等）量子密钥投送能力。QKD 通信效率受到潜在的监听干扰和量子信道特性的限制。通信效率受到潜在的监听干扰和量子信道特性的限制。QKD 对监 行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 22 of 26 听高度敏感的特性意味着一旦检测到干扰，通信双方必须停止当前的密钥生成过程，并重新开始密钥分发，以确保密钥的安全性。这种中断和重新开始的过程降低了 QKD 的实时通信效率，特别是在长距离传输或高误码率的信道中，需要更多的重传和校验步骤来确73、保密钥的正确生成和分发。此外，QKD 系统的成码率受限于单光子探测器的效率和信道的损耗，这些因素共同作用使得 QKD 在实际应用中的效率相对较低。因此，目前主流的 QKD 仅仅应用于一些特别重要的行业，如金融、军事等。4.4.量子隐形传态在通信中高效传输量子比特量子隐形传态在通信中高效传输量子比特 量子隐形传态利用量子纠缠的原理，用单个粒子作为载体传递信息。量子隐形传态利用量子纠缠的原理，用单个粒子作为载体传递信息。首先制备一对纠缠量子，信息传送的双方各持一对相互纠缠的量子中的一个，记为量子 1、2。通信过程中，其中一方使用该量子 1 与携带量子比特信息的量子 3 一起测量，3 量子比特马上消74、失，同时无论相隔多远，2量子立刻携带上了 3 之前携带的量子比特。实现在量子纠缠的作用下，将一个量子态从一个地方传输到另一个地方，而不实际移动携带该状态的物理粒子。图图 16：量子隐形传态利用量子纠缠的原理传输量子比特：量子隐形传态利用量子纠缠的原理传输量子比特 数据来源：NSFOCUS 量子计算机结合量子隐形传态可以构筑“量子互联网”。量子计算机结合量子隐形传态可以构筑“量子互联网”。因为量子计算需要直接处理量子比特，于是“量子隐形传态”这种直接传的量子比特传输将成为未来量子计算之间的量子通信方式，未来量子隐形传态和量子计算机终端可以构成纯粹的量子信息传输和处理系统，即量子互联网。这也将是未75、来量子信息时代最显著的标志。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 23 of 26 5.量子精密测量：基于量子系统超越极限精度量子精密测量：基于量子系统超越极限精度 5.1.量子精密测量通过结合量子技术实现更高测量精度量子精密测量通过结合量子技术实现更高测量精度 量子系统对外部干扰的强烈敏感性是量子精密测量技术的理论基础。量子系统对外部干扰的强烈敏感性是量子精密测量技术的理论基础。量子计算机和量子通信被广泛认为是最有前途的量子应用，但技术研发进展较慢，其中主要原因之一是源自量子系统的弱点它们对外部干扰的强烈敏感性。量子精密测量便是利用这核心76、弱点，实现对外部某些物理量的测量，也是近年来量子信息技术的新兴应用定义。量子精密测量利用量子资源和效应实现超越经典方法的测量精度。量子精密测量利用量子资源和效应实现超越经典方法的测量精度。量子精密测量是原子物理、物理光学、电子技术、控制技术等多学科交叉融合的综合技术。基本原理是由于外界的电磁场、温度、压力等物理量因素会改变电子、光子、声子等微观粒子的量子态，通过对这些变化后的量子态进行测量，从而实现对外界物理量的测量。图图 17：量子精密测量是经典测量与量子技术的结合：量子精密测量是经典测量与量子技术的结合 数据来源：光子盒 5.2.量子精密测量产业链初步形成，规模化商业实现仍有挑战量子精密测77、量产业链初步形成，规模化商业实现仍有挑战 量子精密测量技术方向多元、应用场景丰富、产业化前景明确。量子精密测量技术方向多元、应用场景丰富、产业化前景明确。量子精密测量各技术方向的发展成熟度有较大差异，既有原子钟、原子重力仪等已成熟商用产品，也有量子磁力计、光量子雷达和量子陀螺等处于工程化研发和应用探索阶段的样机产品，还有量子关联成像、里德堡原子天线等尚处于系统技术攻关的原型机。近年来，随着量子测量技术和应用的不断发展，国内外均有相关初创企业不断涌现，传统行业企业也在量子测量不同技术方向加大布局推动力度，以上游基础材料器件系统、中游系统样机产品和下游多领域行业应用组成的产业链基本形成。行业深度研78、究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 24 of 26 图图 18：量子精密测量产业：量子精密测量产业链整体基本形成链整体基本形成 数据来源：中国信通院 量子精密测量产业链涵盖从上游的基础材料和元器件供应商到中游的量子精密测量产业链涵盖从上游的基础材料和元器件供应商到中游的各种系统产品制造商，再到下游的广泛应用领域。各种系统产品制造商，再到下游的广泛应用领域。上游环节主要包括生产高纯度同位素材料、金刚石、惰性气体等基础材料的厂商，以及提供激光器、原子气室、光学和电子元器件的元器件供应商；此外，还有专注于磁屏蔽、真空、低温、隔振等环境保障系统的支撑系统79、提供商，尤其在欧美地区，这些上游厂商的集中度较高。中游则由研发和制造量子时钟、量子重力仪、量子磁力计、光量子雷达等量子测量设备的系统设备提供商构成。下游应用则覆盖基础科研、国防军工、生物医疗、能源开发、工业制造、资源勘探和环境监测等多个领域，随着技术进步和成本降低，量子测量技术有望成为新一代的技术方案，其应用前景广阔。量子测量设备在精度上展现出显著的优越性，但市场应用受限于特定领量子测量设备在精度上展现出显著的优越性，但市场应用受限于特定领域。域。在时间测量方面，传统石英钟的精度大约在每天误差几毫秒的级别，而基于铯原子跃迁的量子钟，其精度可以达到每百年误差不超过 1 秒。在加速度测量方面，传统80、加速度计的精度大约在毫 g 的量级，而基于光干涉的量子加速度计可以达到微 g 的精度。然而，并非所有应用场景都需要如此高的精度，这限制了量子测量技术的市场空间。高精度测量设备的成本和维护要求往往更高，因此在非关键性应用中推广受限。大多数量子测量技术仍主要处于实验室研发和原型机攻关阶段。大多数量子测量技术仍主要处于实验室研发和原型机攻关阶段。如何走出实验室，在工程化应用场景中实现落地，样机整体能力指标如何满足实际场景中全方位应用需求，仍是需要产业界和学术界开展协同推动并突破的科技成果转化瓶颈。当前，量子测量技术的商业价值尚未完全显现，社会资本的投入力度有限，主要依靠公共研发资金支持，加大量子测量81、领域创新创业的支持力度也是未来推动商业化应用的必要条件。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 25 of 26 6.风险提示风险提示 技术进步不及预期。技术进步不及预期。量子信息技术目前仍处于发展阶段，尽管已有显著进展，但实现大规模商业化应用仍面临技术难题。行业标准制定受阻。行业标准制定受阻。例如抗量子密码，首先从密码理论基础上要实现行业的统一，接下来才有密码硬件、应用的大发展，因此其推广节奏涉及到行业标准的落地时间。行业研发回报周期过长。行业研发回报周期过长。量子信息技术的研发和产业化需要大量资金投入，且投资回收期可能较长，因而阻碍投资者82、的积极性。本公司持有本报告所述中孚信息达到其已发行股份的 1%以上，自有资金持仓情况如下：更新日期 股票名称 自有资金持仓量（股）锁定期 20240424 中孚信息 4175306 无 注：自有资金持仓包括本公司自有资金账户下，除做市业务外，包销、自营等业务持股以及另类子公司持股（主要为跟投），且持股类型包括上市公司 A 股和 H 股已发行股份。行业深度研究行业深度研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 26 of 26 本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格 分析师声明分析师声明 作者具有中国证券业协会授予83、的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，本报告清晰准确地反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响，特此声明。免责声明免责声明 本报告仅供国泰君安证券股份有限公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放，并仅为提供信息而发放，概不构成任何广告。本报告的信息来源于已公开的资料，本公司对该等信息的准确性、完整性或可靠性不作任何保证。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，本报告所指的证券或投资标84、的的价格、价值及投资收入可升可跌。过往表现不应作为日后的表现依据。在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态。同时，本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户，不构成客户私人咨询建议。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。在任何情况下，本公司、本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利，不与投资者分享投资收益，也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者务必注意，其据此做出的任何投资决85、策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域、部门或关联机构之间的信息流动。因此，投资者应注意，在法律许可的情况下，本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易，也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务。在法律许可的情况下，本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事。市场有风险，投资需谨慎。投资者不应将本报告作为作出投资决策的唯一参考因素，亦不应认为本报告可以取代自己的判断。在决定投资前，如有需要，投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策。本报告版权仅为本公司所有，未经书面许可，任何机构86、和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的，需在允许的范围内使用，并注明出处为“国泰君安证券研究”，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。若本公司以外的其他机构（以下简称“该机构”）发送本报告，则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议，本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。评级说明评级说明 评级评级 说明说明 1.1.投资建议的比较标准投资建议的比较标准 87、投资评级分为股票评级和行业评级。以报告发布后的12个月内的市场表现为比较标准，报告发布日后的 12 个月内的公司股价（或行业指数）的涨跌幅相对同期的沪深 300 指数涨跌幅为基准。股票投资评级股票投资评级 增持 相对沪深 300 指数涨幅 15%以上 谨慎增持 相对沪深 300 指数涨幅介于 5%15%之间 中性 相对沪深 300 指数涨幅介于-5%5%减持 相对沪深 300 指数下跌 5%以上 2.2.投资建议的评级标准投资建议的评级标准 报告发布日后的 12 个月内的公司股价（或行业指数）的涨跌幅相对同期的沪深 300指数的涨跌幅。行业投资评级行业投资评级 增持 明显强于沪深 300 指数 中性 基本与沪深 300 指数持平 减持 明显弱于沪深 300 指数 国泰君安证券研究所国泰君安证券研究所 上海上海 深圳深圳 北京北京 地址 上海市静安区新闸路 669 号博华广场20 层 深圳市福田区益田路 6003 号荣超商务中心 B 栋 27 层 北京市西城区金融大街甲 9 号 金融街中心南楼 18 层 邮编 200041 518026 100032 电话（021）38676666（0755）23976888（010）83939888 E-mail：