中国量子计算发展现状、应用领域及市场格局发展分析[图]

    传统计算机的输入态和输出态都是经典信号，输入信号序列按一定算法进行变换，由计算机内部逻辑电路来实现有关的信息分析。因为本征态的的两个区间限制，传统计算机只能在0和1两个比特之间进行正交变换，每一步都有既定的正交态路线，且不能出现对应的路线叠加。也就是说传统计算机的通用计算是在一个具有限制的框架中进行的，而你不能打破这个框架，不然就毁掉了整个系统机制。而量子计算机与传统计算机的不同就在这里，量子不像半导体只能记录0与1，它可以同时表示多种状态。因为这个自带优势，量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交。

    一、行业现状

    量子计算可以看作是今天计算资源的无限扩大，而这种资源进化可能性，对于国家和地区经济来说显然是战略性的。在量子计算越来越成熟的今天，国家层面的量子布局甚至争抢，也开始趋近白热化。

    在多光子纠缠领域，中国一直在国际上保持领先的地位，目前，中国已经实现了18个光量子的纠缠。利用国际一路领先的多光子纠缠和干涉技术，中国在2017年实现了第一台在“波色取样”这个特定任务上能够超越最早期两台经典计算机的光量子计算原型机。这是迈向“量子霸权”先期基础测试的一步。

    过去的十几年，我们在国际上获得一些比较好的评价。2007年，《新科学家》在其《中国崛起》专刊里提到：“中国科学技术大学——因而也是整个中国——牢牢地在量子计算的世界地图上占据了一席之地”。

    光量子通信主要基于量子纠缠态的理论，使用量子隐形传态（传输）的方式实现信息传递。根据实验验证，具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，另外一个也会瞬间发生变化，利用这个特性实现光量子通信的过程如下：事先构建一对具有纠缠态的粒子，将两个粒子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量（一种操作），则接收方的粒子瞬间发生坍塌（变化），坍塌（变化）为某种状态，这个状态与发送方的粒子坍塌（变化）后的状态是对称的，然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换（相当于逆转变换），即可得到与发送方完全相同的未知量子态。

    量子通信产业链上游主要是信号处理芯片、雪崩光电二极管（APD）等元器件及各类核心设备。国内能够提供核心设备的公司并不多，主要包括国盾量子（浙江东方参与出资成立）、问天量子和神州量通（都飞通信控股51%）。国外厂商主要包括瑞士IDQ公司、美国Bennet公司等。

    量子通信产业链中游主要包括网络传输干线提供商和系统集成商。以量子保密通信“京沪干线”技术验证及应用示范项目为例，提供传输干线服务的公司是中国有线电视网络有线公司，提供系统集成服务的公司包括神州数码系统集成服务有线公司（神州信息子公司）、中国通信建设集团有线公司（中国通服子公司）等。

    量子通信产业链下游主要是各种行业应用，如金融、军事、政务、商务等领域。提供的产品包括量子电话、基于量子保密技术的IDC、量子白板等。

    二、应用领域

    量子计算应用还有很长的路要走：量子模拟大约需要150个逻辑量子比特，每一个逻辑量子比特都由10到数千个“物理”量子比特组成，这些量子比特是修正误差和维持稳定性所必需的。正如加州理工学院(CaliforniaInstituteofTechnology)的JohnPreskill早些时候指出的那样，如今的量子处理器使用的是噪音很大的物理量子比特，其性能有限，而且容易出错。

    对于实际的量子计算业务应用程序，有两个主要的先决条件：具有足够的量子比特以运行量子模拟的处理器，以及解决应用程序背后数学问题的量子算法。在密码学和机器学习等领域，已经有了一些这样的算法。处理器正在积极开发中，越来越强大的处理器的研发速度也在加快。

    未来，量子通信首先应用在政府、公用事业以及金融行业等安全需求较高的行业，运用的项目为密钥分配和安全管理。随着传统通信的继续发展，量子通信将会往数据传输方面延伸，利用其高效性与及时性对传统通信进行替代。

    量子通信在军事、国防、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，不仅可用于军事、国防等领域的国家级保密通信，还可用于涉及秘密数据、票据的政府、电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政等领域和部门，而技术又相对成熟，未来市场容量极大。

    1、网络安全

    电脑黑客活动已成重要威胁。许多应用系统处于不设防状态，存在相当大的信息安全风险和隐患。这种几乎不设防的现象，在金融等领域中表现的尤为突出。国防科技大学的一项研究表明，目前中国95%与互联网相联的网络管理中心都遭受过境内外黑客的攻击或侵入，其中银行、金融和证券机构是黑客攻击的重点。

    信息基础设施面临安全的挑战。中国的网络安全系统在预测、反应、防范和恢复能力方面存在许多薄弱环节。

    2018网络数据泄露相关案例

数据来源：公开资料整理

    2、网信市场

    量子计算与量子通信同属于量子科技，不同的是量子计算技术难度更大，目前尚处于实验阶段，距离大规模商用还较遥远，但量子通信技术已经比较成熟，而且已投入商用。根据调查数据统计，中国移动互联网用户接入连续多年持续增长，得益于5G网络的高速传输速度，大量信息将会上传到云并在云端进行分析和处理。大量数据的传输也对网络信息安全提出了更高的要求。利用量子之间“纠缠”的特性，量子通信在传输过程中，一旦信息在传出过程中被劫持，发送方和接收方都能立刻知晓，而信息劫持者也不能得到信息全貌，确保了信息的绝对安全。所以量子通信的加密式的传递方式将成为网络信息安全解决方案的重要一环。

    2018年中国量子通信行业市场规模将达到320亿元左右。目前国内的量子计算发展迅速，但研发主要以芯片和硬件为主，可以重点关注部分云计算厂商和基础架构厂商。在电荷量子比特方面的研究，以中科大和中科院为代表的研究团队已经达到国际领先水平。在商业化方面，部分云计算厂商和基础架构厂商也开始进行前期的投入。目前量子通信的发展还处于早期阶段，相关配套设施与应用场景不断落地，增长空间广阔。

    2016-2020年中国信息安全市场规模及预测

    数据来源：公开资料整理

    3、量子通信

    量子通信是量子物理和信息科学领域的研究热点，目前成为通信角逐的制高点，在欧洲等国家，早已打响量子技术的攻坚战，其中代表国家为美国、日本以及欧盟等。目前中国也不断在量子通信方面出台政策，支持产业发展。

    l截止至2017年中国量子通信行业市场规模达到约180亿元。初步测算2018年中国量子通信行业市场规模将达到320亿元左右。预测2019年中国量子通信行业市场规模将达425亿元，并预测在2023年中国量子通信行业市场规模将超800亿元，达到805亿元左右，2019-2023年均复合增长率约为17.31%。

    2017-2023年中国量子通信行业市场规模及预测

数据来源：公开资料整理

    三、量子通信龙头格局

    网信安全市场在5G时期需求将迎快速增长。目前量子通信的发展势态强劲，相关配套设施与应用场景不断落地，增长空间广阔。

    1、 凯乐科技

    2013年到2017年公司营业利润增长迅速，2017年公司实现营业利润8.48亿元，同比增长224.7%；实现归属于母公司的净利润为7.4亿元，同比增长305.85%。

    2017年同比增长172.25%，2017年研发投入4.71亿元，占营业利润的56%，凯乐科技通过大力度的研发投入，不断进行技术创新，保持技术和产品的前瞻性。

    在2017年国家网络安全博览会暨网络安全上，凯乐科技展出了安全主控芯片、偶语安全即时通信系统、区域通信安全管控系统、无线专用网络应急通信系统、可视化移动安全指控系统等。

    凯乐科技研发星状网络数据链通信机，针对全球信息安全的形式下，信息安全行业用户所面临的复杂业务环境，对移动环境开发设计的无线视频传输系统，能够在移动高速，并且有阻隔环境下实现视频、语音、数据等多媒体业务同步传输。具有灵敏度高、抗干扰能力和穿透能力强、传输数率高、稳定性强等显著优点，为构建各种应急通信系统提供了理想的解决方案。

    2013-2017年凯乐科技营业利润（亿元）

数据来源：公开资料整理

    2、 神州信息

    研发人员数量及占比得到不断提高，研发投入接近5亿。在持续加大对云、大数据、人工智能、分布式、物联网、量子计算等新兴技术投入下，公司已累计获得近600项软件产品著作权，并且拥有CMMI软件能力成熟度五级认证，达到国际最高等级标准。

    公司与国盾量子、国翔辰瑞共同成立神州国信（北京）量子科技有限公司，面向量子通信网络、提供量子通信设备。公司中标及签约央行乌鲁木齐中心支行星地一体化量子保密通信应用项目，并已为中国人民银行、上海银行、上海农商行等金融行业客户成功安装量子入网设备并提供完备的量子密钥服务。而在量子通信骨干网建设方面，公司继承建“京沪”、“武合”两条国家级量子保密通信干线工程后，又中标“汉广干线”和“沪合干线”，这两条新干线是中国量子保密通信技术产业化的又一重要进展。同期，公司还中标贵州省网和贵阳、宿州等地的量子通信城域网建设。

    营业收入突破90亿大关，实现营业收入90.77亿元，同比增长10.87%。归母净利润0.42亿元，同比下降86.09%，在剔除ATM机业务及其它一次性事项影响之后，公司报告期内实现归属于母公司股东的净利润3.31亿元，同比增长9.24%。

    2013-2018年神州信息营业收入（亿元）

数据来源：公开资料整理

    3、 亨通光电

    新一代通信技术重点发展5G新型光棒、光纤、特种光纤、量子保密通信技术、太赫兹通信技术、红外传感及光纤传感、以及基于物联网的应用解决方案。

    2017年底项目通过专家组验收，部分指标达到国际领先水平。2018年，该干线向北延伸到南通并接至上海边界，向南延伸至吴江盛泽，工程全面竣工，中国人民银行金融系统量子金融专线投入试运行。公司“基于量子干线的数据加密防泄露防篡改网络系统”被工信部纳入2018年国家网络安全试点示范项目。

    核心经营业务技术水平、市场规模再上新台阶，营业收入再创新高，达259.5亿元，同比增34.45%，实现归属上市公司股东的净利润21.09亿元，同比增长60.20%，连续三年保持高增长。

    2017年公司光棒产量同比继续保持稳步增长，稳定保持全球光纤通信前三甲地位。国内市场总份额及在三大运营商集采产品排名整体攀升。

    2013-2017年亨通光电营业总收入（亿元）

数据来源：公开资料整理

    4、 华工科技

    华工科技下属四大子公司：华工激光、正源光子、新高理电子、华工图像，分别负责四大核心业务：激光加工设备及成套设备、光通信器件、敏感元器件、激光全息防伪系列。其中激光业务为公司业绩支柱，其激光加工设备及成套设备、激光全息防伪系列产品产能规模和市场占有率国内第一。

    其子公司正源光子的首席科学家王肇中教授正在研制的量子点激光器正是服务于国家的量子通信系统，属于量子通信中所需要的量子点激光器。能在高速光通信、量子通信、图像显示、导航、高功率激光武器等领域发挥巨大的应用。华工正源光子技术有限公司拥有国内唯一一条自主半导体量子点激光器芯片生产线，在MO生产技术方面拥有多项发明专利。公司有覆盖国内外的销售服务网络，主要客户包括华为，中兴，谷歌、Cisco、诺西等国内外顶尖系统设备制造商。

    从2013年至今公司的营业总收入一直保持上升态势，预计未来营业总收入将会继续保持增长。

    2013-2018年华工科技营业总收入

数据来源：公开资料整理

    相关报告：智研咨询发布的《2019-2025年中国量子计算机行业市场深度调研及投资前景分析报告》