本文来自“企业竞争图谱：2024年量子计算词条报告”，当科学家和工程师遇到复杂问题时，通常使用超级计算机（拥有数千个传统的CPU和GPU内核）。但超级计算机基于二进制代码和晶体管技术，面对复杂度高的问题仍会遇到困难（例如模拟分子行为或识别金融欺诈）。由于现实世界运行在量子物理基础上，量子计算机利用量子比特进行计算，更适合解决这些复杂问题。
一、量子计算行业定义
定义：量子计算是一种基于量子力学原理调控量子比特进行计算的新型计算模式。与传统计算机相比，量子计算机具有指数级的计算能力优势，对广泛使用的公钥算法构成重大威胁。
优势：传统非量子保密通信技术常用的公钥密码系统（基于因子分解和离散对数问题）容易被量子计算的Shor算法破解。而量子保密通信技术基于物理机制，具有无条件安全性，能够抵抗任何计算破解，产品已达到实用水平。
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二、量子计算行业分类
根据量子计算分类法（包括基本特征、算法特征、时间和门特征以及其他特征）以及技术应用，量子计算可分为量子比特、量子门、量子算法、量子纠错、量子通信、量子仿真和量子编码等。
量子计算行业基于技术的分类
量子计算技术分类法
三、量子计算行业特征
量子计算行业特征包括;1.行业进入NISQ时代，多技术路线并行发展；2.以量子比特作为基本单元进行计算；3.硬件+软件+算法为核心，云平台构成生态。
量子计算进入NISQ时代，多技术路线并行发展
量子计算发展的生命周期可分为：
1.量子优越性展示（-2019）：计算领域的成熟企业引领量子计算初步阶段的探索与验证。主要企业有IBM、Google、Intel、Microsoft等。该阶段实现了量子优越性的展示。
2.NISQ时代（2020-2027）：初创企业及大企业量子计算部门开始从硬件研发向应用研发拓展。全面推进量子技术基础设施。代表企业有Rigetti、IonQ、Quantinuum、Xanadu、QuEra等。行业进入NISQ（噪声中等规模量子计算）时代。
3.专用量子计算机实现多种核心应用示范（2028-2033）：各技术路线的专用量子计算机不断涌现，并且开始商业化应用示范。产业链逐渐完善，各行业逐步形成量子计算技术的应用示范。实现多种核心应用示范。
4.研制出可纠错的通用量子计算机（2034-2040）：各技术路线间的优劣势已被充分验证，部分技术路线成为主流。代表企业进一步巩固市场地位，部分企业可能因技术路线选择失误而退出。研制出可制备的通用量子计算机。
5.进入全面容错量子计算（FTQC）时代（2040-）：逐渐进入全面容错量子计算（FTQC）时代。运营性能接近或小于经典数值模拟，量子计算应用广泛成熟，成为行业标准。市场进入成熟期，进一步整合和优化。目前量子计算进入NISQ时代，多技术共同发展，随着时间推移产业规模上升、量子计算成本逐步下降。
以量子比特作为基本单元进行计算
量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算模式，其基本单元是量子比特。量子比特具有量子叠加和量子纠缠等特性，在非结构化搜索、组合优化、大数分解和矩阵计算等任务上相较于经典计算具有多项式级或指数级的加速优势。量子计算的基本过程包括量子态制备、量子态调控和量子态测量三个步骤：
1.量子态制备：将输入的经典比特和辅助比特通过相位编码或振幅编码等方法转换为量子态初态。
2.量子态调控：通过酉变换将量子态初态演化为目标态，这一过程可由一系列量子门组合成的量子线路来实现。
3.量子态测量：通过选择一组测量基对目标态进行观测，从而读取计算结果。为了确保计算结果的正确性，需要设计巧妙的量子算法，利用量子干涉特性最大化目标态的概率。
硬件+软件+算法为核心，云平台构成生态
量子计算技术体系中，硬件、软件和算法是三大支柱，云平台集成三者并提供服务。
1.量子计算云平台：基础设施层（Q-IaaS），包括量子计算硬件、基础设施等。平台层（Q-PaaS），中间件、平台服务等。服务层（Q-SaaS），测试系统软件、芯片EDA软件等。安全服务：保障量子计算平台的安全；
2.量子计算软件：应用开发软件，包括量子模拟应用、组合优化应用、量子AI应用等。计算编译软件，包括量子编译器、中间件等；
3.量子计算硬件：逻辑门型量子计算机，包括量子门、处理器、控制系统、mK低温系统、环境控制系统等。专用量子计算机，包括玻色采样、相干耦合、量子退火等。量子经典计算的跨学科研究，包括量子传感、量子测量、张量网络模拟等。
四、量子计算产业链分析
量子计算行业产业链上游为环境与测控部分，主要包括量子比特测控系统（测控系统整机、低温微波器件、线缆、激光器和探测器）、量子比特环境（GM/脉冲管制冷机、稀释制冷机、真空系统）、芯片（设备与加工制造）、其它（材料）；产业链中游为硬件整机制造与软件，主要包含整机制造（超导、离子阱、光量子、中性原子、半导体和其它）和系统与应用软件开发；产业链下游为运营和应用环节，主要包含云平台以及行业应用。
制冷机设备是核心，量子芯片研发聚焦技术与材料。
随着量子计算比特数量和操控精度提升，稀释制冷机、脉冲管设备、极低温工艺等技术成为核心，量子芯片研发聚焦提高比特数量、连通性和质量，优化硅基集成光量子芯片和晶圆级硅锗材料。
当前主流硬件技术路线包括超导、中性原子和离子阱，软件技术路线正处早期阶段，未来将着重提高正确性。
当前硬件技术路线包括超导、中性原子和离子阱，软件处于早期阶段；未来量子计算将聚焦提高比特规模、保真度和计算正确性，预计在2040年及以后实现百万量子比特和千逻辑量子比特的通用量子计算。
国内外提供2-5,000+量子比特，应用场景广泛，各企业/机构应用方向不同。
量子计算云平台融合经典云服务，架构包括基础设施、平台、服务和运维管理层，国际（IBM、Google等）和国内（中科大、华为等）平台提供2到5,000+量子比特，应用涵盖金融、能源、生命科学等领域。
五、量子计算行业规模
2019年—2023年，量子计算行业市场规模由0.24人民币元增长至50.21人民币元，期间年复合增长率281.79%。预计2024年—2028年，量子计算行业市场规模由69.58人民币元增长至256.46人民币元，期间年复合增长率38.56%。
六、量子计算竞争格局
全球量子计算相关企业278家，占比量子通信超50%，其中共有76家量子计算整机公司，北美占34.21%，欧洲占30.26%，亚洲占28.95%，其他地区占6.58%。
量子计算行业呈现以下梯队情况：第一梯队公司有IBM、谷歌、微软、亚马逊、英特尔等美国及全球计算机行业龙头企业，该梯队企业科研和创新能力领先，对量子计算的高度重视和投入较大，主要采用超导、离子阱、光子技术路线；第二梯队公司有华为、本源量子、国盾量子等中国本土科技企业，该梯队企业已经开发出初期产品，在拓展下游应用和提高量子比特方面不断努力，主要采用超导、离子阱、光子技术路线；第三梯队有Pasqal、Quandela等欧洲量子技术企业，该梯队企业主要采用超导、离子阱、光子、中性原子技术路线。
量子计算行业竞争格局的形成主要包括以下原因：
政策引领本土企业积极投入产业竞争。
从政策层面来看，美国、中国、欧洲持续推动量子计算技术和产业发展。中国通过“十四五”规划和相关政策支持量子信息产业，美国依靠NIST、DOE、AFRL等机构支持量子倡议法案并扩大国际合作，欧盟通过Digital、EuroHPC等计划推动量子计算，英国发布新十年《国家量子战略》并提供巨额投资。这些政策引领下，全球量子计算企业竞争格局加剧，各国企业在技术研发和市场拓展方面均加大投入，推动量子计算技术快速发展。
各企业发布远期规划针对提高量子比特展开竞争。
根据中国移动全球主要量子计算企业在未来十年内的量子比特（Q）和量子体积（AQ）发展路线图中，IBM计划在2025年实现1,000-1,000,000个量子比特，谷歌计划在2029年达到100万个量子比特；中国的本源量子计划在2024年达到1024个量子比特，华翊量子计划在2025年达到200个量子比特；欧洲的PASQAL计划在2027年达到256AQ。显示了各企业为获得竞争力在量子比特方面激烈竞争。
未来随各国及企业技术研发脚步加快，行业竞争将进一步加剧，技术实力不足、融资渠道较差的企业将被行业淘汰。
量子计算行业竞争格局的变化主要有以下几方面原因：
美、中、欧在量子计算领域各有优势，国际竞争加剧。
美国：IBM发布了超过1,000个量子比特的Condor处理器，并推出了由133量子比特处理器（Heron）构建的机群式量子计算机架构。微软在其量子超级计算机路线图中取得关键进展，英伟达的DGX Quantum和CUDAQuantum为量子云平台和量超融合提供了解决方案。
中国：中国科学技术大学、清华大学等机构在超导、离子阱、光量子等技术上不断突破，特别是“九章三号”光量子计算原型机使中国在光量子计算领域保持国际领先地位。
欧洲：PASQAL、AQT、QUANDELA和OQC在量子计算整机、云平台和量超融合等方面取得重要进展。美、中、欧在量子计算各有优势，积极探索前沿技术，持续投入使得国际竞争加剧。
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