【风口系列】量子科技再获强力发声,为新质生产力提供算力支撑,产业链再梳理(附股)

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前言: 人民日报科技版29日发表题为《推动量子计算机更好更快发展》的文章,文中指出,量子计算关系到未来发展的基础计算能力,是必须全力争取的新赛道。本篇聚焦量子计算。

本篇目录
1.来龙去脉
2.认识量子计算
3.量子计算有什么优势?
4.量子计算的格局
5.产业链
6.细分赛道
7.相关上市公司
8.独家核心提示

一,来龙去脉
人民日报科技版29日发表题为《推动量子计算机更好更快发展》的文章,文中指出,量子计算关系到未来发展的基础计算能力,是必须全力争取的新赛道。加强产学研融通创新,搭建有利于产业发展的良好生态,量子计算机必将为加快培育发展新质生产力、推动经济高质量发展提供强大算力支撑。文章还提出,作为量子技术的主要发展方向之一,量子计算因其具备计算能力跨越式发展的潜力,成为许多国家竞相追逐的热点。推动量子计算机更好更快发展,需要加强关键技术协同创新、找到合适的应用场景、加强量子计算前沿研究。

4月25日,504比特超导量子计算芯片“骁鸿”发布,刷新了国内超导量子比特数量的纪录,该芯片由中国科学院量子信息与量子科技创新研究院定制研发,并交付国盾量子华安证券表示,此次发布的“骁鸿”芯片在集成超过500比特的同时,量子比特的寿命、门保真度、门深度、读取保真度等关键指标,有望达到IBM等国际主流量子计算云平台的芯片性能。招商证券称,国产超500比特量子计算芯片是量子技术的重大突破,量子技术作为新质生产力的重要版图,后续有望持续催化。

二,认识量子计算

量子计算是基于量子力学的独特行为(如叠加、纠缠和量子干扰)的计算模式,基本信息单位为量子比特。据微软,在物理学中量子是所有物理特性的最小离散单元,通常指原子或亚原子粒子(如电子、中微子和光子)的属性。量子比特是量子计算中的基本信息单位,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、只能存放 0 或 1 位,但量子比特可以存放所有可能状态的叠加。

量子计算所运用的物理特性主要包括:

1)量子叠加:处于叠加态时,量子粒子是所有可能状态的组合,它们会不断波动,直到被观察和测量;以抛硬币为例,经典比特可以通过正面和反面来度量,而量子比特能够代表硬币的正反面以及正反交替时的每个状态;

2) 量子纠缠:纠缠是量子粒子将其测量结果相互关联的能力,当量子比特相互纠缠时,它们构成一个系统并相互影响,人们可以使用一个量子比特的度量来作出关于其他量子比特的结论,通过在系统中添加和纠缠更多的量子比特,量子计算机可计算指数级的更多信息并解决更复杂的问题; 3)量子干扰:量子干扰是量子比特固有的行为,由于叠加而影响其坍缩方式的可能性,量子计算机旨在尽可能减少干扰,确保提供最准确的结果。

三,量子计算有什么优势?

1.与传统计算相比,量子计算能够带来更强的并行计算能力和更低的能耗。

经典计算机的运算模式为逐步计算,一次运算只能处理一次计算任务,而量子计算为并行计算,可以同时对 2^n 个数进行数学运算,相当于经典计算重复实施 2^n 次操作;量子计算中的幺正变换属于可逆操作,有利于提升芯片的集成度,进而降低信息处理过程中的能耗。

2.量子计算的运算能力根据量子比特数量指数级增长,在 AI 领域具有较大潜力。

在经典计算中,计算能力与晶体管数量成正比例线性关系,而量子计算机中算力将以量子比特的指数级规模增长,量子计算机所能拥有的量子比特数由最初的 2 量子比特增长到了数百量子比特,并正以可观的速度继续增长,这为实现更可靠、更大规模的量子计算,以及挖掘基于量子计算的人工智能应用带来更多可能性。

四,量子计算的格局

1.海外科技领导企业带动量子计算产业发展,国内量子计算产业与海外企业差距不断缩小。

国内量子计算产业也在政策的支持下快速发展,2024 年 1 月 16 日我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空” 上线运行可以一次性下发、执行 200 个量子线路的计算任务,比国际同类量子计算机具有更大的速度优势。

2.国内外情况对比而言,上游企业以欧美居多,部分龙头企业占据较大市场份额,我国部分关键设备和元器件对外依赖程度较高;我国量子计算硬件企业数量有限,集中在超导和离子阱路线; 下游发面,大量欧美行业领导企业成立量子计算研究团队,与量子企业联合开展应用研究,我国下游行业用户对量子计算重视程度有限,开展应用探索动力仍需提升。

3.量子计算技术持续突破,比特数与量子体积指标持续提升。

据信通院,超导路线在量子比特数量、逻辑门保真度等指标方面表现较为均衡;离子阱路线在逻辑门保真度和相干时间方面优势明显,但比特数量和门操作速度方面瓶颈也同样突出;光量子和硅半导体路线目前在比特数量、逻辑门保真度和相干时间等指标方面均未展现出明显优势;中性原子近年来在比特数量规模、门保真度和相干时间等指标方面提升迅速。

4.金融、化工、生命科学领域有望更加受益量子计算产业发展

1)金融领域:量子计算应用有望在优化预测分析、精准定价和资产配置等问题中产生优势。

2)化工领域:量子计算应用探索主要通过模拟化学反应,达到提高效率、降低资源消耗等目的。

3)生命科学:量子计算可以用于评估药物研发的成本、时间、性能等实验值。

4)密码学:使用量子机密对安全数据进行加密和传输的各种网络安全方法。

5)交通物流:量子计算应用主要聚焦组合优化问题,以更优方案实现路线规划和物流装配,提升效率降低成本。

五,产业链

量子计算软硬件体系已经初具雏形。

1.量子计算产业上游

要包含环境支撑系统、测控系统、各类关键设备组件以及元器件等,是研制量子计算原型机的必要保障,目前由于技术路线未收敛、硬件研制个性化需求多等原因,上游供应链存在碎片化问题,逐一突破攻关存在难度,一定程度上限制了上游企业的发展,国内外情况对比而言,上游企业以欧美居多,部分企业占据较大市场份额,我国部分关键设备和元器件对外依赖程度较高。

2. 量子计算产业生态中游

主要涉及量子计算原型机和软件,其中原型机是产业生态的核心部分,目前超导、离子阱、光量子、硅半导体和中性原子等技术路线发展较快,其中超导路线备受青睐,离子阱、光量子和中性原子路线获得较多初创企业关注,美国原型机研制与软件研发占据一定优势,我国量子计算硬件企业数量有限,集中在超导和离子阱路线;

3.量子计算产业下游

主要涵盖量子计算云平台以及行业应用,处在早期发展阶段,近年来全球已有数十家公司和研究机构推出了不同类型的量子计算云平台积极争夺产业生态地位,目前量子计算领域应用探索已在金融、化工、人工智能、医药、汽车、能源等领域广泛开展,国外量子计算云平台的优势体现在后端硬件性能、软硬件协同程度、商业服务模式等方面。

6,细分赛道

1.量子计算机

当前全球范围内针对量子计算机,已经形成超导、离子阱、光量子、中性原子、半导体量子等主要技术路线,以及以量子门数量、量子体积、量子比特数量等核心指标构成的性能评价体系。

2.量子计算云平台

量子计算云平台将量子计算机硬件或量子计算模拟器与经典云计算软件工具、通信设备及 IT 基础设施相结合,为用户提供直观化及实例化的量子计算接入访问与算力服务。此外,据 ICV,量子计算领域有望带来其他增量需求:1)量子比特环境:重点是满足大空间、高冷量以及满足分布式量子计算的稀释制冷机;2)量子测控系统:强化学习促进超导测控系统软硬件协同,硅氮化物、硅光集成加速光学测控系统器件研发进程;3)其他需求:如硅锗量子材料,晶圆级集成工艺等。

3.量子算法与软件体系逐渐成熟

量子算法不断发展中,在当前硬件条件下,重点是综合考虑 NISQ 算法的容错代价与算法性能之间的平衡。量子计算软件体系处于开放研发和生态建设早期阶段。

7.相关上市公司

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八,独家核心提示
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