量子计算:技术突破与政策催化共振,商业化落地加速可期
核心观点
●量子计算是基于量子力学原理的新型计算范式,在经典计算性能提升放缓和算力需
求激增的背景下应运而生。量子计算通过量子叠加和纠缠在物理层面对信息进行并行处理,可在特定问题上显著降低计算复杂度,例如无序搜索等任务中量子算法并行探索庞大解空间,所需步骤远少于经典算法。需要强调的是,量子计算并非对经典计算的全面替代,而是更适用于组合优化、搜索、模拟等特定领域,将作为现有计算体系的拓展与补充。在可预见的未来,量子计算将长期以“量子-经典”混合模式运行,经典计算需持续承担结果读取、误差校正、参数优化等工作。
●目前量子计算的实现有多条技术路线并行发展,主要包括超导、离子阱、中性原子
和光量子计算等,每种方案的物理原理和工程实现各具特点。其中超导方案在毫开尔文极低温下运行,门操作速度快、控制技术较成熟;离子阱和中性原子方案以离子或原子为比特载体,具有相干时间长等优势,但依赖高精度激光控制和超高真空环境,单次运算速度较慢;光量子计算利用光子作为比特,具备室温运行、长距离传输的潜在优势,但对精密光学器件要求严格,目前仍在探索可扩展的集成方案。
●量子计算进步加速,在量子计算优越性和纠错能力上提升显著。近年来,以谷歌、
IBM等厂商为代表的企业,在量子计算优越性和纠错能力等方面有显著进展,为量子计算的规模化和实用化打下良好基础。国内的“祖冲之三号”、“九章”系列量子计算机也实现了显著的突破和进步,为走向容错量子计算打下基础。另一方面,量子计算与经典计算的结合在不断加深,为量子计算的性能提升、生态建设和未来商业化打下基础。谷歌等业内领先公司纷纷制定了雄心勃勃的量子计算技术路线图,希望在2030年左右实现可商业化的量子计算落地。
●全球主要国家纷纷制定量子科技战略并投入巨资。美国2018年通过《国家量子倡
议法案》启动联邦量子研发计划,近年进一步在《芯片和科学法案》中强化量子网络和标准研制,并通过出口管制和投资审查将量子技术列为国家安全重点;欧洲推出“量子旗舰”计划,由欧盟统筹推进量子技术主权;中国则将量子计算纳入国家重大科技专项,并通过地方产业基金和人才培养等举措加速科研成果产业化转化。
●当前量子计算产业处于商业化初期。行业目前主要围绕科研级整机和关键部件的研
制,行业收入以政府及科研机构需求为主,上游硬件和控制系统的重要性远高于下游应用。各国科技巨头和初创公司正积极布局产业链:IBM、谷歌等领跑量子计算技术研发,国内的国盾量子、本源量子、图灵量子等企业也在核心技术研制方面取得积极进展。
投资建议与投资标的
量子计算机已突破纠错阈值,距离构建容错量子计算更近一步,商业化进程加速。政策面对量子计算等新质生产力的支持有望带来更大市场空间,释放业绩潜力。我们建议投资者关注上游核心设备与元器件、中游整机平台与下游应用安全等领域标的。
●中游整机平台,相关标的为国盾量子,以及参股本源量子的科大国创。
●上游核心设备与元器件,相关标的为禾信仪器、普源精电、西部超导、腾景科技
等。
●下游应用安全,相关公司包括吉大正元、三未信安、信安世纪、格尔软件等标的。
风险提示
技术发展不及预期风险;技术路线切换风险;
一、经典计算性能瓶颈渐显,量子计算成为加速计算新范式
1.1经典计算性能迭代放缓,量子计算并行计算能力突出
1946年,第一台通用计算机ENIAC在美国诞生,经典计算机自此经历了80年左右的发展,演化出从电子管到大规模集成电路的4个阶段,为人类有效处理数据与信息发挥了重大作用。经典计算机的出现,本质上源于人类对高效处理十进制数据工具的需求,在持续演进过程中,计算技术逐步从单一的数据处理工具,发展为覆盖存储、通信与信息处理的完整半导体工业体系,并衍生出大量应用场景,共同支撑了当今丰富多样的电子应用生态,包括游戏、智能手机应用、工业设计软件、密码学、以及大规模数据挖掘等。然而,随着应用复杂度不断提升,传统计算机架构的局限性逐渐显现,其中最核心的问题在于计算规模与计算速度的提升路径受限。历史上,芯片性能主要依赖制程提升带来的晶体管密度增加而当制程进入纳米尺度后,量子隧穿效应、功耗与散热等物理约束显著增强,使得晶体管进一步微缩面临现实瓶颈,经典计算性能的提升速度明显放缓,这一变化在部分对算力高度敏感的产业应用中已形成实质性限制。

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