量子信息技术发展与应用研究报告（2024年）-中国信通院-20241231

　　一、量子信息领域总体发展态势

　　（一）量子信息技术开辟未来产业发展新赛道

　　量子信息技术是量子科技的重要组成部分，通过调控和观测亚原子尺度的微观物理系统，利用量子叠加、量子纠缠、量子隧穿等新颖量子物理学现象，实现信息的感知、计算和传输。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子精密测量三大领域，在提升计算复杂问题运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面，具备超越经典信息技术的潜力，有望带来改变游戏规则的颠覆性创新，成为加快推动前沿科技领域探索、信息通信技术演进和数字经济产业发展的新引擎和加速器。

　　量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，有望产生全新计算范式，在计算复杂问题中带来指数级加速优势，是未来计算能力跨越式发展的重要方向。当前，量子计算多种技术路线并行发展，原型机工程化研发进展迅速，应用场景探索广泛开展，产业生态初具雏形。基于量子纠错实现可支持大规模量子线路运行的逻辑量子比特，以及基于原型机在实际应用问题中实现量子计算加速和量子优越性应用，是下一阶段的两个主要发展目标。

　　量子通信利用量子叠加态或纠缠效应，在经典通信辅助下实现密钥分发或量子信息传输，具有理论协议层面的可证明安全性。基于量子密钥分发（QKD）和量子随机数发生器（QRNG）等方案的量子保密通信技术已进入实用化阶段，新型协议研究与系统实验持续开展，样机产品研发和平台服务探索不断推进，但实现规模化应用仍需推动产品和服务提质降本。基于量子隐形传态、量子存储中继和量子态转换等关键技术构建量子信息网络是未来重要发展方向，科研探索与试验验证高度活跃，但技术成熟度有限，实用化仍有很大差距。

　　量子精密测量对外界物理量变化导致的微观物理系统量子态变化进行调控和观测，实现高精度传感测量，精度、灵敏度和稳定性等核心指标比传统技术有数量级提升。量子精密测量包含多种技术方向和应用领域，技术成熟度与应用发展水平各异，其中微波原子钟、冷原子重力仪、光量子雷达、量子磁力仪等产品已实现商业化应用，光学原子钟、原子陀螺仪、里德堡原子天线等主要处于科研攻关和样机研制阶段。量子精密测量应用场景涉及国防军工、航空航天、生物医疗、地质/资源勘测等众多领域，产业化前景广阔。量子信息技术是开辟未来产业新赛道的重要发展方向。当前，

　　量子信息领域已进入科技攻关、工程研发、应用探索和产业培育相互带动和一体化发展的关键阶段，加快核心技术攻关、推动科技成果转化、构建自主产业体系，是培育未来产业竞争力的核心。2024年政府工作报告1提出：制定未来产业发展规划，开辟量子技术等新赛道，创建一批未来产业先导区。党的二十届三中全会审议通过《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》2提出：完善推动量子科技等战略性产业发展政策和治理体系，引导新兴产业健康有序发展。量子科技发展规划、细分领域发展布局和未来产业发展行动等政策体系进一步完善3。北京、安徽、广东、上海、湖北等省市通过布局科技研发项目、设立未来产业基金、支持新型研发机构、建设平台设施网络、孵化培育初创企业、提供产品服务采购等多类型举措，积极推动量子信息未来产业培育和生态建设先行先试。

　　（二）量子信息科研探索与技术创新高度活跃

　　量子信息科学研究和技术创新发展持续加速。量子计算、量子通信、量子精密测量三大领域已成为前沿科技领域热点方向，此外，由量子计算快速发展引发的密码破译威胁使得抗量子加密（PQC）逐步受到重视，PQC已成为与量子信息密切相关的技术领域。中国信息通信研究院持续跟踪四大领域的科研与技术创新进展，统计分析相关数据信息为业界提供参考。近十年来，四大领域的科研论文和专利申请数量保持逐年递增态势。

　　科研论文方面，量子计算在量子信息各领域中研究关注度最高，论文数量增长最快，近三年来量子计算领域论文数量已超过其他领域总和。量子通信和量子精密测量领域论文小幅增长，PQC领域在2018年之后论文增长加快，研究热度上升明显。专利申请方面，量子通信在2018年之前数量保持领先，主要得益于量子密钥分发等方向技术成熟度较高，量子计算自2019年起，专利数量增长迅速，在各领域中保持领先，技术创新持续活跃。PQC领域2018年之后专利数量有数量级增长，业界关注度持续提升。