量子計算：開啟后摩爾時代的計算新紀元

免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。1華泰研究華泰研究研究員SACNo.S0570521050001SFCNo.AUZ066研究員SACNo.S0570522020001研究員SACNo.S0570523120001聯(lián)系人SACNo.S0570123070167leping.huang@+(852)36586000zhanghaoyi@+(86)2128972228chenyu019111@+(86)2128972228linwenfu@+(86)2128972228行業(yè)走勢圖電子滬深300(%)0(8)(17)(25)(33)Apr-23Aug-23Dec-23Apr-24在摩爾定律的前提下，以硅基為基礎的集成電路技術演進已接近物理極限，我們認為量子計算有望成為后摩爾時代計算能力跨越式發(fā)展的重要方案之一。量子計算是以量子比特為基本單元，可在某些計算困難問題上提供指數(shù)級加速。目前國際學術界普遍認為未來5-10年有望陸續(xù)實現(xiàn)量子計算的商用落地。隨著2023年12月IBM超導量子芯片Condor的推出，量子計算已實現(xiàn)1000+量子比特突破。根據(jù)ICV預計，2027年后量子計算行業(yè)進入高速增長期，2030年全球有望實現(xiàn)千億美元規(guī)模。國內(nèi)量子產(chǎn)業(yè)相關公司主要包括：國盾量子、本源量子、國儀量子等。量子計算進展如何：行業(yè)雛形逐步顯現(xiàn)，海外科技龍頭搶先布局目前該市場仍處于早期探索階段，海外主要以IBM、Google、英偉達等大廠為首，同時也誕生出IONQ、Rigetti、D-Wave等通過SPAC收購方式上市的初創(chuàng)公司。國內(nèi)量子創(chuàng)業(yè)公司技術主要源起高校實驗室，代表企業(yè)包括：國盾量子、本源量子、國儀量子等。我們目前看到量子計算發(fā)展有三大趨勢：1）從技術架構(gòu)上看，混合量子計算或量超融合或成為未來新趨勢。2）從競爭格局上看，目前布局超導技術與離子阱技術的IBM、Google、IONQ、Rigetti、Quantinuum處于行業(yè)領先地位，此外布局量子計算系統(tǒng)的NVIDIA也推出了CUDAQuantum。3）行業(yè)尚處于早期，但量子計算公司及科研院在積極探索自身商業(yè)模式，包括提供量子計算芯片/整機、提供行業(yè)的量子解決方案及開發(fā)云平臺服務。資料來源：Wind，華泰研究量子計算需要投入多少：到2027年全球或至少需要累計投入資料來源：Wind，華泰研究從行業(yè)發(fā)展來看，根據(jù)ICV預測，NISQ時代整個行業(yè)（到2027年以前）至少需要在量子計算領域累計投入164億美元，漫長的技術突破期與不良的現(xiàn)金流情況將對量子計算行業(yè)構(gòu)成挑戰(zhàn)。而一臺400比特的量子計算機的研發(fā)投入還包括硬件軟件、算法開發(fā)、維護和運營成本等，根據(jù)我們測算大概需要1545萬美元，按照70%毛利率計算對應售價5150萬美元，其中硬件組件中，稀釋制冷劑和微波控制器是超導或硅量子比特技術計算機的核心設備。此外，量子云平臺也有望成為量子計算算力輸出的主要形式，采用者的選擇正從Q-SaaS向Q-PaaS和Q-IaaS轉(zhuǎn)變，參與者包括IBM、谷歌、亞馬遜等公司。量子計算應用發(fā)展到哪里：化工、金融和制藥有望率先落地量子計算擅長解決大分子模擬、尋找大數(shù)質(zhì)因數(shù)等經(jīng)典計算無法涉足的領域，應用探索集中在量子模擬、量子組合優(yōu)化和量子線性代數(shù)三大方向，目前主要應用于化工、金融、制藥等產(chǎn)業(yè)。1）量子計算在化學合成、材料設計、能源開發(fā)等方面前景廣闊，能夠助力化工行業(yè)研發(fā)加速及降本增效。2）金融領域?qū)⒏镄峦顿Y組合優(yōu)化、量化交易、模擬定價、風險預測及欺詐偵測等能力。3）制藥領域可賦能靶點識別、分子設計、臨床試驗全環(huán)節(jié)，提升效率和精準性。以NISQ樣機為基礎的實用化應用場景探索成為業(yè)界核心研究方向。ICV預計大約從2025年起，量子計算開始釋放行業(yè)應用價值。風險提示：量子技術發(fā)展不及預期，行業(yè)競爭加劇，下游場景難以落地。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。2什么是量子計算 3量子計算進展如何 6技術路線：超導、離子阱技術處于領先地位，中性原子技術異軍突起 6量子計算需要投入多少 8行業(yè)發(fā)展需要投入多少？ 8量子計算機單機成本是多少？ 9量子計算產(chǎn)業(yè)分析與規(guī)模預測：2030年全球有望突破千億美元規(guī)模 量子計算未來發(fā)展趨勢：混合量子計算或量超融合或成為未來新趨勢 12量子計算玩家進展：海內(nèi)外多方玩家積極布局，百舸爭流加速技術變革 13量子應用發(fā)展到哪里 16化工：量子計算助力化工材料研發(fā)加速及行業(yè)降本增效 16金融：量子計算將革新投資組合優(yōu)化、模擬定價、欺詐偵測等多種能力 17制藥：量子計算賦能制藥各個環(huán)節(jié)，更高效且精準 17軟件、算法和云服務發(fā)展到哪里 19量子軟件 量子算法 量子云平臺 20附錄：量子計算相關公司進展 23IBM（IBMUS） 23Google（GOOGLUS） 24IONQ（IONQUS） 24AtomComputing（未上市） 25Intel（INTLUS） 25Rigetti（RGTIUS） 26NVIDIA（NVDAUS） 27D-wave（QBTSUS） 28Quantinuum（霍尼韋爾＆劍橋量子未上市） 28本源量子（未上市） 29國盾量子（688027CH） 29國儀量子（未上市） 30風險提示 30免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。3為什么要關注量子計算：量子計算有望成為后摩爾時代計算能力跨越式發(fā)展的重要方案，2030年全球有望實現(xiàn)千億美元規(guī)模。我們認為量子計算發(fā)展的必要性主要考慮滿足算力持續(xù)提升的需求。以機器學習、深度學習、大數(shù)據(jù)等為代表的新興技術的快速崛起，對低功耗、小尺寸、異質(zhì)整合及超高運算速度的芯片架構(gòu)技術提出了更高的要求，在摩爾定律的前提下，以硅基為基礎的集成電路技術演進已接近物理極限，我們認為量子計算有望成為后摩爾時代計算能力跨越式發(fā)展的重要方案之一。目前國際學術界普遍認為未來5-10年有望陸續(xù)實現(xiàn)量子計算的商用落地。隨著2023年12月IBM超導量子芯片Condor的推出，量子計算已實現(xiàn)1000+量子比特突破。根據(jù)ICV預計，2027年后量子計算行業(yè)進入高速增長期，2030年全球有望實現(xiàn)千億美元規(guī)模。至于具體臨界點，尚待持續(xù)跟蹤。但較為確定的是量子計算有望助力人工智能實現(xiàn)算力大幅提高。在持續(xù)的探索下，國內(nèi)外量子計算相關公司的商業(yè)模式已初見雛形，并有望成為量子計算時代的算力送水人。我們建議當前關注量子計算芯片公司以及其他量子計算機核心部件生產(chǎn)商，相關公司包括：海外企業(yè)IBM、Google、IONQ、Rigetti、D-Wave等，國內(nèi)企業(yè)國盾量子、本源量子、國儀量子等。資料來源：清華大學AMiner、CSDN、華泰研究量子計算本質(zhì)原理：量子計算機實現(xiàn)并行計算指數(shù)級加速，形成量子優(yōu)越性。量子計算是遵循量子力學規(guī)律進行信息處理的新型計算范式，以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現(xiàn)并行計算，能在某些計算困難問題上提供指數(shù)級加速，是未來算力跨越式發(fā)展的重要方向之一。量子計算機相比于經(jīng)典計算機在算力增長上具有顯著的“量子優(yōu)越性”，具體而言，基于量子力學的疊加原理，一個量子比特可以同時處于0和1兩種狀態(tài)的相干疊加，使得QPU可以同時實現(xiàn)對2n個疊加的數(shù)進行并行運算，而CPU和GPU僅能分別實現(xiàn)對n和n2的數(shù)進行計算。例如，用每秒運算萬億次的經(jīng)典計算機分解一個300位的大數(shù)，需要10萬年以上；而利用同樣運算速率、執(zhí)行Shor算法（快速質(zhì)因數(shù)分解量子算法）的量子計算機，則只需要1秒。以2023年10月構(gòu)建的光量子計算機（255個光子）“九章三號”為例，其在求解高斯玻色取樣數(shù)學問題比目前全球最快的超級計算機快一億億倍。QPU的性能通常用所包含的量子比特表示，目前企業(yè)和學術界正在使用各種技術制造QPU內(nèi)的量子比特。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。4資料來源：英偉達官網(wǎng)，華泰研究量子計算可解決的問題：量子計算擅長解決大分子模擬、尋找大數(shù)質(zhì)因數(shù)等經(jīng)典計算無法模擬的領域，目前主要應用于化工、金融與制藥產(chǎn)業(yè)。通過對目前行業(yè)客戶參與量子軟件與算法研發(fā)的進展情況，市場普遍認為以下領域有可能是最先受益的行業(yè)：1）量子計算在化學合成、材料設計、能源開發(fā)等方面前景廣闊，能夠助力化工行業(yè)研發(fā)加速及降本增效。2）金融領域：量子計算所帶來的算力增長為開發(fā)新的金融服務和產(chǎn)品帶來了無限可能性，主要包括：投資組合優(yōu)化、高頻（量化）交易、模擬定價、風險預測以及欺詐偵測。3）制藥領域：重點針對某些醫(yī)學和生物學研究。ICV預計自2027年以后整個量子計算賽道迎來高速增長，截止2030年，化工/醫(yī)藥研發(fā)/金融/安防/物流/其他領域占比分別為33.4%/24.6%/15.8%13.9%/10.5%/1.8%。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。5注：規(guī)模結(jié)構(gòu)左圖為2030年，右圖為2035年。資料來源：光子盒研究院，ICV，華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。6量子計算多條硬件技術路線并行發(fā)展，超導、離子阱技術處于領先地位，中性原子技術異軍突起。量子計算硬件研發(fā)目前處于多種技術路線并行發(fā)展和開放競爭階段。當前，考慮到系統(tǒng)可擴展性和操控精度等因素，超導系統(tǒng)與離子阱處于領先地位，而中性原子量子計算路線在量子模擬中體現(xiàn)出的優(yōu)勢也愈發(fā)明顯。#1超導系統(tǒng)：系目前已知的可擴展性最好的方案，基于對超導約瑟夫森結(jié)構(gòu)進行改造，構(gòu)造出超導量子比特，并通過耦合結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)多個超導量子比特的兩兩近鄰耦合。目前IBM、谷歌、Rigetti、本源量子等公司選擇該技術路線。IBM2023年12月發(fā)布的1121超導量子比特芯片Condor（神鷹）是迄今為止公開發(fā)布的最高位數(shù)超導量子芯片；據(jù)其2023年12月發(fā)布的最新量子計算路線發(fā)展圖，IBM計劃在十年內(nèi)實現(xiàn)有用計算，到2033年，以量子為中心的超級計算機將包括1000個邏輯量子比特，全面釋放量子計算的能量。#2離子阱：離子阱是最早嘗試實現(xiàn)量子計算的物理體系，可提供穩(wěn)定且隔離程度良好的量子系統(tǒng)，但可擴展性有限。目前，IONQ、霍尼韋爾、啟科量子等公司選擇該技術路線。IONQ發(fā)布的Forte是世界上第一臺軟件可配置的量子計算機，擁有32個量子比特和29個算法量子比特（AQ代表了IONQ最大的單核量子處理器，且該產(chǎn)品用于現(xiàn)代汽車公司和空中客車。此外，霍尼韋爾的子公司Quantinuum也于2023年5月推出了第二代量子計算機H2，并利用它創(chuàng)造了非阿貝爾任意子，邁出了構(gòu)建容錯量子計算機的關鍵一步。#3中性原子：中性原子平臺使用激光來冷卻和控制原子，以提高量子比特的可擴展性和保真度；此外，中性原子的魯棒性可能較好。目前，AtomComputing、PASQAL選擇該技術路線。AtomComputing于2023年10月在其量子計算平臺中創(chuàng)建了一個1225個站點的原子陣列（目前填充了1180個量子比特并計劃于2024年推出這臺中性原子量子計免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。7量子計算(比特)技術原理及概況可擴展性落地時間適用范圍商業(yè)前景量子比特操作方式量子比特數(shù)主要支持者超導量子比特通過使用微波信號將無電阻電流置于疊加狀態(tài)來實現(xiàn)的。全電433IBM、谷歌、Rigetti、中國科大、本源量子、國盾量子、量旋科技、英特爾、NEC、QuantumCircuitsInc.、OxfordQuantumCircuits離子阱離子阱量子計算機的工作原理是捕獲離子電場并將它們固定在適當?shù)奈恢?。全?9(Aq)IONQ、Quantinuum、AlpineQuantum、Technologies、啟科量子光量子比特光量子比特是在硅芯片路徑上運行的光全光216PsiQuantum、Xanadu、中國科大、圖靈量子、玻色量子中性原子中性原子類似于離子阱，但不使用電離電荷來保持量子比特的位置，而是使用激光“鑷子”。-1225AtomComputing、PASQAL、QuEra硅量子比特通過向硅添加電子來制造離子。然后使用微波控制電子的狀全電QuantumComputing拓撲量子比特利用諸如馬約拉納費米子和任意子等奇異的新準粒子，以不同的原理運作。--微軟金剛石由一個取代碳原子的氮原子和相鄰一個空位（碳原子缺失）組成，是一種符合DiVincenzo標準的量子計算體系。--QuantumBrilliance、國儀量子量子退火機由一個取代碳原子的氮原子和相鄰一個空位（碳原子缺失）組成，是一種符合DiVincenzo標準的量子計算體系。--D-Wave、NEC、日本電報電話公司（NTT）、日立、富士通、Atos相干伊辛機可以用于解決組合優(yōu)化問題，并在有效時間內(nèi)求解，可用以作為“加速器”補足經(jīng)典計算機的短板。全光-NTT注：評分采用5分制，1為最差，5為最優(yōu)，○代表1分，●代表5分。綠色箭頭表示商業(yè)化發(fā)展情況較其他路線較好，黃色和紅色依次次之。資料來源：ICV、光子盒研究院、各公司官網(wǎng)、華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。8行業(yè)發(fā)展需要投入多少？NISQ時代2027年以前全球或至少需要累計投入164億美元，漫長的技術突破期與不良的現(xiàn)金流情況將對量子計算行業(yè)構(gòu)成挑戰(zhàn)。根據(jù)ICV研究，2027年以前量子計算仍處于NISQ（中等規(guī)模帶噪聲量子）時代的關鍵階段。從2018年到2022年，全球量子計算融資金額迅速增長，從0.61億美元增長到20.45億美元，五年增長33.5倍，CAGR達140.6%。2023年量子投融資金額出現(xiàn)回落，主要由于市場波動導致用于新興技術如量子計算的風險資本減少，23年量子初創(chuàng)公司成立數(shù)量也相較22年有所下降，市場更關注商業(yè)可行性和明確的盈利路徑。但市場對量子未來增長潛力仍然看好，根據(jù)IDC預測報告，客戶在量子計算領域的支出將從2022年的11億美元增長至2027年的76億美元，CAGR達48.1%；此外2023-27年間量子計算市場的投資將以11.5%的CAGR增長，截止2027年底投資累計達到164億美元（涵蓋公共和私人的投資，技術和服務供應商的內(nèi)部分配，以及公司外部資金）。目前，漫長的技術突破等待期與稀缺的付費用戶將構(gòu)成對量子計算行業(yè)持續(xù)的挑戰(zhàn)，如何將先進技術轉(zhuǎn)化為有效需求，并且獲得持續(xù)耐心的資金，是接下來量子計算行業(yè)所需關注的首要問題。（百萬美元）量子計算融資金額——yoy2,5002,0001,5001,0005000201820192020202120222023350%300%250%200%150%100%50%0%-50%資料來源：ICV，華泰研究量子計算融資美國獨占鰲頭，中國積極追趕，同時SPAC成為2022年量子公司上市的主要方式。量子計算是一個長周期的項目，并且資金需求量較大。波士頓咨詢曾認為量子計算的第一推動者是政府，目前美國處于第一梯隊，中國、英國和歐盟處于第二梯隊。從融資角度看，各方融資總金額差異較大，2018-2022年，美國量子公司融資約23.60億美元，其中2021年9月IONQ通過SPAC（特殊目的上市公司，其特點在于先發(fā)行上市，后通過并購取得未來的主營業(yè)務，為公募投資者提供一個投資于傳統(tǒng)私募產(chǎn)品的渠道）收購在紐約證券交易所上市，6.5億美元融資額刷新了量子科技公司單筆融資紀錄；中國融資合計3.35億元，全部來自風險投資，且金額偏少的部分原因是中國公司部分未披露金額。此外，SPAC成為2022年量子公司上市的主要方式，例如，2022年2月，D-Wave公司SPAC紐交所上市融資3.4億美元，當時估值約為16億美元；2022年3月，RigettiComputing公司SPAC納斯達克上市融資2.6億美元。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。9注：其他包括上市增發(fā)（1）、未披露（4）、贈款（3）、IPO（1）、第三方配售增資（1）、風投（1）、股權+贈款（2）、股權投資（1）、合并注資（1）、合同簽訂（1）、可轉(zhuǎn)換票據(jù)（1）、可轉(zhuǎn)換債券（1）、債務融資（2）、PIPE（2）資料來源：BCG，ICV，華泰研究近期的量子計算公司更多進展出現(xiàn)在基礎設施、工具鏈、實用化等方面。近期量子計算的進展不僅聚焦于量子比特數(shù)、量子體積、相干時間、保真度等傳統(tǒng)評價指標的提升，同時注重量子計算技術相對于經(jīng)典計算優(yōu)勢的實用落地以及產(chǎn)業(yè)鏈的基礎設施和工具鏈的布局。以2023年為例，波音公司與IBM基于量子計算開發(fā)了航天航空的腐蝕過程的模擬技術；谷歌Chrome瀏覽器部署抗量子密碼；IONQ與美國空軍研究實驗室（AFRL）簽訂了2550萬美元（約1.86億人民幣）的合同；巴斯夫等多家企業(yè)直接或間接地通過CUDAQuantum與英偉達開展合作。此外，近年來IBM積極布局產(chǎn)業(yè)鏈上游的稀釋制冷劑，并在2022年9月推出當時世界上最大的稀釋制冷機“黃金眼”(Goldeneye)；Rigetti積極參與量子計算基礎設施晶圓廠的建設，并用以為自身制造器件或為費米實驗室、美國空軍研究實驗室(AFRL)和普渡大學等其他機構(gòu)進行代工。量子計算機單機成本是多少？量子計算機成本涵蓋研發(fā)、硬件、軟件和算法開發(fā)、維護和運營等成本。1）R&D：研發(fā)階段涉及硬件、軟件、量子算法等開發(fā)；此外，由于需要專門的設備和設施，例如超導量子比特的超低溫實驗室，研發(fā)成本可能迅速上升。根據(jù)《JournalofQuantumInformationScience》2019年發(fā)布的研究報告《QuantumComputing:AFinancialOverview》（作者RománOrús等小型量子計算機的平均研發(fā)成本可達1,000-1,500萬美元。2）硬件（量子芯片量子比特（芯片）可以由超導電路或離子阱等相關技術材料制成，根據(jù)《JournalofQuantumComputing》的報告《TheCostofQuantumComputingHardware》，單個超導量子比特的成本為1,000-2,000美元；3）其他硬件組件：量子門、制冷系統(tǒng)和糾錯模塊等其他硬件組件將增加成本，例如超導量子技術所需的稀釋制冷機的成本或高達50萬美元。4）軟件和算法開發(fā)：目前開發(fā)量子算法的平均成本為20-50萬美元。5）維護和運營：量子計算機的維護和運營成本包括冷卻系統(tǒng)的電力成本、定期硬件升級和軟件更新等；目前，小型量子計算機的年度運營成本約為100-200萬美元。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。10在其他硬件組件中，稀釋制冷劑和微波控制電路系統(tǒng)是超導或硅量子比特技術計算機的核心設備。在硬件系統(tǒng)中，除量子芯片外，mK級稀釋制冷機（包括GM脈管預制冷設備）和微波控制電路系統(tǒng)（包括一體化量子計算測控系統(tǒng)、射頻微波線纜、低溫電子器件、射頻微波儀器等）是超導或半導體量子（硅量子比特）計算機的核心設備。射頻微波線纜（如同軸電纜、柔性電纜）用于連接處于低溫的量子芯片和處于室溫的測控系統(tǒng)；而低溫電子器件則包括低溫耦合器、低溫低通濾波器、低溫隔離器、紅外濾波器和低溫放大器等細分組件。其中，關于量子比特的控制和測量，根據(jù)技術路線的不同，量子計算測控系統(tǒng)主要分為兩種類型：1）光學系統(tǒng)（包含光子源、單光子探測器、激光機等主要用于光量子、離子阱以及中性原子等路線量子計算的測控；2）微波控制電路系統(tǒng)（主要包含任意波形發(fā)生器、鎖相放大器等主要用于超導以及半導體量子（硅量子）計算的測控（也可用于如離子阱、中性原子、金剛石NV色心等路線的控制）。資料來源：Yole，華泰研究預計一臺400超導量子比特計算機成本約1545萬美元，銷售單價約5150萬美元。商業(yè)量子計算機可供希望投資量子計算的企業(yè)使用，但價格目前昂貴。根據(jù)QuantumZeigeist2023年8月報告QuantumComputersAvailableRightNowfromAffordabletoExpensive，單臺商用量子計算機的成本從1,000-5,000萬美元不等，具體取決于其功能和規(guī)模。我們通過對400超導量子比特計算機成本測算，量子計算機整機成本約1545萬美元。結(jié)合IONQ、Rigetti、D-wave3家量子上市公司2022年毛利率估算，400超導量子比特計算機單價約5,150萬美元。脈沖冷卻管超導同軸線混合室低溫光電量子限制參量放大器量子芯片處理器資料來源：IBM，QUANTUMZEITGEIST，iFind，華泰研究預測免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。11預計2030年全球量子計算有望突破千億美元規(guī)模。ICV認為，2022-2027年為NISQ時代的關鍵階段：1）各大公司將較大概率完成各自的技術路線圖目標，通用量子計算機將在比特數(shù)與保真度等方面實現(xiàn)技術突破，但通用量子計算機仍只能用來滿足科研實驗室以及極少部分云平臺的商業(yè)需求，緩慢而穩(wěn)定地增長；2）專用量子計算機有可能實現(xiàn)部分應用以處理組合優(yōu)化、量子化學、機器學習等特定問題。根據(jù)ICV研究，2022年全球量子產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到12.9億美元，預計2030年前后從NISQ（含噪聲量子計算）時代進入ECQ（容錯量子計算）時代，并于2030年實現(xiàn)千億美元規(guī)模。目前全球各主要量子計算機公司營收以政府和軍方為主要采購方的模式或要持續(xù)數(shù)年，產(chǎn)業(yè)投資在難以獲得預期回報的背景下，企業(yè)將壓縮技術和人才的投資，更多的產(chǎn)業(yè)推動將來自政府和科研院所。資料來源：ICV，華泰研究2023年北美、歐洲、亞太地區(qū)占據(jù)全球量子計算市場規(guī)模90%左右，NISQ時代硬件部分仍然是市場的主力。根據(jù)ICV研究，1）地區(qū)結(jié)構(gòu)拆分：北美/歐洲/中國/亞太地區(qū)（除中國）/其他地區(qū)預計分別從2023年14.1/18.0/7.1/5.9/1.9億美元增長至2035年的2264.6/3287.4/1647.8/665.6/251.6億美元，各地區(qū)基本同步發(fā)展，但技術爆發(fā)后其他地區(qū)（如非洲地區(qū)）市場占比可能會受到擠壓。2）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)拆分：在NISQ時代，硬件投入仍然是市場的主力，2021年硬件市場占比達93%；但預計至2025年會迅速降至70%，屆時軟件和應用合計占到30%。從趨勢上看，隨著量子計算的發(fā)展，軟件研發(fā)和初步應用會逐漸勢大，到EQC時代，軟件與應用合計預計占市場72%左右。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。12資料來源：ICV，華泰研究趨勢#1：從技術架構(gòu)上看，混合量子計算或量超融合或成為未來新趨勢。隨著量子計算機在未來幾年的成熟，其計算能力將不斷提高，可應用于更多場合，并在特定的實際領域提供幫助。但量子計算機在未來可預期的3-5年或存在局限性，例如：QPU組織和訪問內(nèi)存方面不如CPU，在渲染復雜圖形方面不如GPU。因此，經(jīng)典系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)準備、可視化和糾錯等任務，而量子系統(tǒng)處理復雜的計算，這樣混合量子計算架構(gòu)或成未來新趨勢。目前在業(yè)界中，IBM認為，計算的未來是以量子為中心的超級計算機，其中QPU、CPU和GPU都在一起工作以加速計算；AWS于2021年宣布推出亞馬遜Braket混合作業(yè)功能，旨在幫助用戶設置、監(jiān)控和高效運行混合量子-經(jīng)典算法；NVIDIA于2022年推出了混合量子系統(tǒng)編程的開放平臺QODA；美國微軟公司AzureQuantum量子云服務于2023年3月推出了一項新功能，首次將量子計算和經(jīng)典計算在云中無縫集成，并允許開發(fā)者將經(jīng)典代碼和量子代碼混合使用，甚至使用經(jīng)典代碼控制量子計算機。資料來源：亞馬遜AWS，華泰研究資料來源：英偉達官網(wǎng)，華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。13趨勢#2：從競爭格局上看，目前布局超導技術與離子阱技術的IBM、Google、IONQ、Rigetti、Quantinuum處于行業(yè)領先地位，NVIDIA推出的CUDAQuantum研發(fā)進展較快。1）從技術分類或產(chǎn)業(yè)鏈布局上看，超導與離子阱技術持續(xù)保持領先，量子系統(tǒng)布局公司或?qū)⒅厮芰孔赢a(chǎn)業(yè)生態(tài)。2）各領域典型公司上看，i）超導技術：大規(guī)模超導量子比特的集成化有望加速；ii）離子阱技術：IONQ作為離子阱技術的行業(yè)龍頭，在商業(yè)上已取得一定進展；iii）中性原子技術：AtomComputing于2023年10月宣布有望于2024年推出1225量子比特的中性原子量子計算機，有望實現(xiàn)中性原子技術的加速趕超；iv）布局量子計算系統(tǒng)：NVIDIA正在與其合作者基于CUDAQUANTUM開展涉及軟硬件等各方面合作，未來或有望重塑量子產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。趨勢#3：行業(yè)尚處于早期，但量子計算公司及科研院在積極探索自身商業(yè)模式。當前全球范圍內(nèi)的量子計算整機仍然以原型機為主，我們?nèi)蕴幱贜ISQ時代的早期階段，可驗證到的應用基本都是在量子計算模擬器上進行的。盡管如此，全球領先的量子計算機公司及科研院所仍在積極探索自身盈利模式，我們看到目前包括以下幾種方式：1）提供量子計算芯片/整機：目前購買芯片/整機的主要是軍方和國家科研單位，例如量子計算上市公司IONQ曾在業(yè)績報中披露，與美國空軍研究實驗室達成2550萬美元的量子協(xié)議，主要用于量子網(wǎng)絡研究和應用開發(fā)部署兩個鋇量子系統(tǒng)。2）提供行業(yè)的量子解決方案：量子計算公司與行業(yè)客戶共同開展課題研究，幫助下游垂直行業(yè)客戶提供整套解決方案，包括量子算法、模型優(yōu)化等。IONQ就與UMD國家量子實驗室簽訂合同為其提供量子計算服務和設備接入，三年內(nèi)支付1400萬美元款項。3）大部分具備量子計算硬件的公司均開發(fā)了云平臺，通過云計算的方式為潛在客戶提供算力，IONQ部分收入就來自QCaaS服務，為用戶提供量子系統(tǒng)的方案及維護支持。海內(nèi)外多方玩家積極布局，百舸爭流加速技術變革。量子計算行業(yè)目前處于早期探索階段，核心參與者不多，產(chǎn)業(yè)鏈上下游較為清晰，目前量子計算的主要參與者可分為四大類：第一類是國際科技巨頭，例如IBM、谷歌、霍尼韋爾、本源量子等；第二類是量子計算初創(chuàng)公司，例如Rigetti、IONQ等；第三類是國家科研院所，例如美國費米國家實驗室（Fermilab）、美國阿貢國家實驗室（ArgonneNationalLaboratory）、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院；第四類是高水平研究型大學，例如劍橋大學、中國科學技術大學、哈佛大學等。主要公司技術路線代表產(chǎn)品性能相關應用IBM超導量子比特Osprey433量子比特QExperience、QiskitGoogle超導量子比特Sycamore70量子比特OpenFermion-Cirq、TensorFlowQuantumIONQ離子阱Forte29算法量子比特-本源量子超導量子比特WY-SC64-20064量子比特本源司南硅量子比特玄微XW-S2-2002量子比特Intel超導量子比特硅量子比特TangleLakeTunnelFalls49量子比特2量子比特-Quantinuum離子阱SystemModelH232量子比特LambeqAtomComputing中性原子Phoenix100量子比特-微軟拓撲量子比特--AzureQuantum資料來源：光子盒研究院、各公司官網(wǎng)、華泰研究量子計算已實現(xiàn)1000+量子比特突破。上世紀90年代末以來實驗室僅能控制數(shù)個比特，2021年IBM突破100量子比特，2023年12月IBM推出了擁有1,121超導量子比特芯片Condor。IBM副總裁兼IBM研究員杰伊·甘貝塔（JayGambetta）在2023年量子峰會上表示：“生成式人工智能和量子計算都正在達到一個拐點，這為我們提供了一個機會，利用watsonx的可信基礎模型框架簡化量子算法的構(gòu)建，以進行公用事業(yè)規(guī)模的探索。這是朝著拓寬量子計算的訪問方式，并將其作為科學探索工具交到用戶手中邁出的重要一步?！泵庳熉暶骱团兑约胺治鰩熉暶魇菆蟾娴囊徊糠?，請務必一起閱讀。14資料來源：Yole，華泰研究量子計算領域，美國科技公司領跑，中國公司積極追趕。根據(jù)IPRdaily統(tǒng)計，截至2022年10月18日，全球量子計算技術發(fā)明專利top100企業(yè)主要來自18個國家和地區(qū)，美國占比40%，中國占比15%，日本占比11%。其中來自美國的科技公司IBM以1323件專利位列第一，美國科技公司Google和加拿大量子計算公司D-Wave分別以762件專利、501件專利排名第二位和第三位；而中國公司本源量子以234件專利，在該榜單上位列第排序企業(yè)簡稱國家/地區(qū)在全球公開的量子計算技術發(fā)企業(yè)簡稱國家/地區(qū)截至2022年10月18日在全球公開的量子計算技術發(fā)明專利申請量/件明專利申請量/件排序1IBM美國1323Toshiba852Google美國762Honeywell美國823D-Wave加拿大501NEC784Microsoft美國496IQM芬蘭765NorthropGrumman美國26220NTT736本源量子23421HP美國617Intel美國22122BullSAS法國558百度網(wǎng)訊23Hitachi529IONQ美國24Psiquantum美國51Rigetti美國25華為50ZapataComputing美國26阿里巴巴集團45NSI澳大利亞9627Unisearch澳大利亞45浪潮9528Accenture愛爾蘭44騰訊科技9329IsisInnovation英國421QBit加拿大9030Equal1.Labs美國37資料來源：IPRdaily、華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。15產(chǎn)業(yè)鏈逐漸清晰與完善。隨著量子計算機各個路線研發(fā)工作的逐步推進，整機所需的上游硬件設備與器件選型逐漸清晰，同時，量子計算機的軟件系統(tǒng)也在不斷跟進，整個產(chǎn)業(yè)鏈上下游各環(huán)節(jié)的構(gòu)成逐漸清晰與完善，各環(huán)節(jié)的參與者也在逐漸增多。具體來看，上游涵蓋可分為稀釋制冷劑、測控系統(tǒng)、低溫組件、真空系統(tǒng)、激光器、光學探測器等硬件以及軟件開發(fā)工具包；中游產(chǎn)業(yè)涵蓋整機、系統(tǒng)軟件、應用軟件等；下游涵蓋量子云平臺以及國防軍事、航天航空、金融、醫(yī)藥、汽車、交通、化工、材料等各方應用合作。資料來源：光子盒，華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。16量子計算已進入實用化應用場景探索的新階段，化工、金融和制藥有望率先受益。量子計算硬件的飛速發(fā)展推動百位量子比特的含噪聲中等規(guī)模量子計算機（NISQ）時代到來，以NISQ樣機為基礎的實用化應用場景探索逐漸成為業(yè)界的研究熱點。目前應用探索主要集中在量子模擬、量子組合優(yōu)化和量子線性代數(shù)三大方向。量子模擬可以在原子尺度模擬微觀系統(tǒng)相互作用，應用集中在物理模型、生物制藥、材料研究等領域，發(fā)展趨勢從提供物理現(xiàn)象的定性演示向為應用問題提供解決方案演進；量子組合優(yōu)化是使用量子算法來解決組合優(yōu)化問題，這類問題通常是NP難問題，在經(jīng)典計算中難以獲得全局性最優(yōu)解。量子組合優(yōu)化可以提升優(yōu)化方案的效率和準確性，應用于涉及復雜多變量組合優(yōu)化的量化金融、交通規(guī)劃、氣象預測等領域；量子線性代數(shù)基于量子計算機解決涉及矩陣和向量的線性代數(shù)問題，量子機器學習、密碼破譯等領域是主要應用方向。目前量子計算的應用處于發(fā)展早期階段,多領域探索廣泛開展但應用尚未落地。根據(jù)技術成熟度與潛在價值來看，化工、金融和制藥有望率先受益。注：評分采用5分制，1為最差，5為最優(yōu)，○代表1分，●代表5分。資料來源：中國信通院、ICV、華泰研究量子計算在化學合成、材料設計、能源開發(fā)等方面前景廣闊，能夠助力化工行業(yè)研發(fā)創(chuàng)新、降本增效、綠色發(fā)展。首先，量子計算能夠加快化工行業(yè)的研發(fā)進程。在化工領域，微觀結(jié)構(gòu)的變化對于宏觀效果的呈現(xiàn)具有較強影響。為了精確模擬微觀結(jié)構(gòu)，需要匹配復雜度極高的計算，傳統(tǒng)計算機算力有限，逐漸成為化工研發(fā)加速的瓶頸之一。量子計算能夠創(chuàng)造大量算力，通過構(gòu)建更高精度的模型，研發(fā)人員能夠更好掌握和優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)與化學反應機理，這為新材料、新配方的開發(fā)奠定了基礎。其次，量子計算能夠?qū)崿F(xiàn)化工領域的降本增效。采用量子計算，可以研發(fā)出更高效的催化劑，將其應用在化工領域，能夠提高反應效率、降低原料消耗，從而為企業(yè)節(jié)省大量成本。2019年本源量子推出化學應用系統(tǒng)ChemiQ，是國內(nèi)首個針對量子化學的算法應用程序，其量子計算解決方案能夠用于二氧化碳催化過程的模擬、甲烷催化過程的模擬，幫助化工企業(yè)尋找更為高效的催化劑；進行鋰電池材料模擬，從而開發(fā)出新型鋰離子電池，對傳統(tǒng)產(chǎn)品進行更新迭代。在海外，2020年IBM推出了RoboRXN人工智能模型，用于原料成分和反應程序的預測；2020年Google也利用其Sycamore量子處理器成功模擬了二氮烯分子異構(gòu)化反應過程及結(jié)合能，實現(xiàn)了當前最大規(guī)?；瘜W反應模擬計算。據(jù)此，量子計算對于化學領域有所裨益，未來滲透率還將進一步提升。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。17金融是量子計算的“第一波產(chǎn)業(yè)”，量子計算將革新投資組合優(yōu)化、模擬定價、欺詐偵測等多種能力。根據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)，在量子計算創(chuàng)造短期價值的100個案例中，金融領域占了28個，是所有行業(yè)中最多的，且具有較高的中長期潛在價值。優(yōu)化、模擬和機器學習是量子計算將革新的能力。在優(yōu)化方面，投資組合優(yōu)化存在“維度詛咒”：即數(shù)據(jù)維度和量的迅速增加導致數(shù)據(jù)分散且難以聚類，而量子計算的量子退火（D-Wave的系統(tǒng)）和基于門的模型（IBM的設備）等可以解決這一問題；在模擬方面，量子計算通過加速蒙特卡洛方法減少估計誤差，被應用于普通期權、多資產(chǎn)期權和路徑依賴型期權等多種衍生品定價，也能夠以較高的精度確定風險價值（VaR）和風險評估工具條件風險值（CVaR）從而更好地防范金融風險；在機器學習方面，量子計算顯著有效地加速大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡中的深度學習，徹底解決銀行的“計算能力瓶頸”，深化人工智能在銀行業(yè)信用評分、反洗錢、智能營銷等領域的應用。此外，長期來看，古典和新古典經(jīng)濟學理論的基礎是均衡，而量子理論將價格視為不確定的數(shù)量，量子金融遠期更大的貢獻可能是改變金融領域問題的形成、結(jié)構(gòu)和建模的方式。金融機構(gòu)合作機構(gòu)量子金融研究方向摩根大通IBM、ChicagoQuantumExchange等投資組合優(yōu)化、交易策略、資產(chǎn)定價和風險分析BBVAMultiverse、埃森哲、富士通等套利、信用評分、蒙特卡羅模擬渣打銀行NASA、USRA、Rigetti等投資組合優(yōu)化花旗銀行1QBit、QCWare等交易算法、欺詐檢測、投資組合優(yōu)化和風險管理巴克萊銀行IBM2017年創(chuàng)建了內(nèi)部量子計算工作組，建模人員在IBM的量子云上運行程序，合作開發(fā)可用于證券交易結(jié)算的量子算法高盛集團D-Wave、QCWare風險評估、模擬定價畢馬威事務所微軟、AzureQuantum量子算法、量子生態(tài)系統(tǒng)德意志交易所JoSQuantum量子算法類研究，解決計算交易所業(yè)務風險模型中存在的挑戰(zhàn)工商銀行中國科技大學2015年率先實現(xiàn)基于量子通信技術的同城和異地數(shù)據(jù)加密傳輸，在電子檔案和網(wǎng)上銀行等領域落地試點；2019年率先完成了量子隨機數(shù)的場景試點建設銀行旗下建信金科本源量子共建量子金融應用實驗室，聯(lián)合發(fā)布“量子期權定價算法”與“量子風險價值計量算法”，相關參數(shù)明顯優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，實現(xiàn)了國內(nèi)量子金融算法0的突破新華財經(jīng)本源量子新華財經(jīng)App上線共同發(fā)布的“量子金融應用”產(chǎn)品光大科技玻色量子、北京量子信息科學研究院量子計算投資組合產(chǎn)品：天工經(jīng)世量子計算量化策略平臺資料來源：《量子金融白皮書》（2022年本源量子華泰研究量子計算賦能制藥各個環(huán)節(jié)，更高效且精準。藥物研發(fā)的起點是靶點識別，分子結(jié)構(gòu)預測是其中的重要內(nèi)容。對于傳統(tǒng)的計算機輔助藥物設計（CADD）和新興的AI輔助藥物設計（AIDD）而言，由于算力限制和缺乏數(shù)據(jù)支撐，很難得到動態(tài)、精確的構(gòu)造過程。以蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測為例，在缺乏實驗數(shù)據(jù)時，Alphafold可以通過比較序列相似性預測得到蛋白結(jié)構(gòu)，但卻無法得到蛋白在體內(nèi)的動態(tài)變化過程。而量子計算可以利用從頭計算法，模擬氨基酸之間、分子同環(huán)境之間的相互作用，得到較為精確的蛋白靶點的結(jié)構(gòu)變化。藥物研發(fā)中期主要聚焦于藥品的化學表現(xiàn)和分子設計，需要大量運算模擬，是量子計算未來可重點切入的市場。目前量子計算在制藥領域應用的大部分工作就是研發(fā)中期的篩選化合物和化合物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在藥物研發(fā)后期的臨床試驗環(huán)節(jié)，量子計算能更準確地模擬藥物在人體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄過程，可以避免人類作為測試載體。藥物研發(fā)的投入高、周期長，根據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)，新藥從開始研發(fā)到推向市場平均需要二十億美元和十年以上的時間，而量子計算可以賦能制藥各個環(huán)節(jié)，使目標識別、藥物設計和毒性測試不再依賴試驗和錯誤，大幅提升效率和精準性。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。18資料來源：光子盒，IBM、本源量子、Quantimuum、Qu&Co、PhoreMost官網(wǎng)，華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。19對于實際問題的解決，需要協(xié)同硬件與軟件、算法和云服務的發(fā)展。與經(jīng)典計算機一致，量子計算機生態(tài)需圍繞操作系統(tǒng)、編譯軟件、開發(fā)工具和應用算法與軟件而存在。從各國量子計算機系統(tǒng)軟件、量子算法和量子軟件技術發(fā)展水平上來看，2022年美國相關技術和應用仍然遙遙領先，而中國、日本、加拿大則緊隨其后。1）量子軟件：糾錯技術是系統(tǒng)軟件的主要進展之一，硬件廠商也均發(fā)布各自編譯軟件，未來社區(qū)開源發(fā)展將成為主流模式。2）量子算法：可加速某些計算問題的解決，并降低基礎設施的成本。3）量子云平臺：可應用于量子研究、量子教學和量子開發(fā)等領域，推動量子技術的發(fā)展和應用。量子軟件是構(gòu)成量子計算系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)，目前主流量子計算機采用經(jīng)典+量子混合體系。硬件是量子計算應用的基礎，但解決實際問題離不開軟件的發(fā)展。量子計算軟件系統(tǒng)可以分為三層：基礎層軟件主要作用是實現(xiàn)量子算法的運行，同時提供對量子芯片運行維護服務的支持，與硬件緊密相關，是量子計算軟件技術的發(fā)展核心；開發(fā)層軟件提供了研究量子算法、開發(fā)量子應用的工具鏈體系，包含了眾多量子編程語言和量子軟件開發(fā)工具；應用層軟件是量子技術走向應用的關鍵，通過算法和應用程序匹配行業(yè)需求，解決特定領域問題。當前的量子計算機是從經(jīng)典計算機體系中衍生出來的，主流的商業(yè)化量子計算機采用“混合量子/經(jīng)典”層來加速計算。在量子軟件系統(tǒng)架構(gòu)上，應用層和開發(fā)層的軟件都是在經(jīng)典計算機中實現(xiàn)和運行的，而位于基礎層的軟件主要用于維護和驅(qū)動量子芯片及其附屬糾錯和測控系統(tǒng)的運行。資料來源：趙勇杰，吳偉.量子軟件與量子云[J].信息通信技術與政策,2020(7):49-57、華泰研究量子算法可加速某些計算問題的解決，并降低基礎設施的成本。量子算法是運行在量子計算現(xiàn)實模型上的一套邏輯程序。量子算法設計的核心在于利用干涉現(xiàn)象，通過線性酉算子操控量子態(tài)演化，使目標態(tài)概率最大。根據(jù)量子算法運行的物理環(huán)境，量子算法可以分類為以下3類：1）純量子算法：運行在量子計算機或其模擬環(huán)境中的算法；2）量子-經(jīng)典混合算法：核心部分由量子計算機計算，其他部分由經(jīng)典計算機運行的算法，又稱變分量子算法；3）量子衍生算法：一種借用量子力學思想來增強的經(jīng)典算法，無需在量子計算機上運行。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。20資料來源：AIoT物聯(lián)網(wǎng)研究院，華泰研究Shor算法、Grover算法和HHL算法不斷加速解決計算問題，未來或有望進一步助力機器學習、人工智能等技術突破。在量子算法研究上，Shor算法（質(zhì)因數(shù)分解算法）、Grove算法和HHL算法為三大里程碑式算法。1）1992年提出的Deutsch-Jozsa量子算法是量子并行計算理論的基石，其演示了量子計算的優(yōu)越性，Shor算法即是以此為基礎。2）1994年貝爾實驗室的Shor提出利用量子計算機自身的并行運算能力，在可企及的時間內(nèi)將一個大的整數(shù)分解為若干質(zhì)數(shù)乘積，用以破解RSA加密。3）1996年貝爾實驗室的Grover提出量子搜索算法，用以從大量未分類的個體中，快速尋找出某特定個體；例如，對于100萬條的路線搜索，量子計算機僅需1000次即可完成。4）2008年，麻省理工學院的三位學者聯(lián)合開發(fā)了一種求解線性系統(tǒng)的量子算法，例如在一個N×N的矩陣中，若采用高斯消元法可在O(N3)時間內(nèi)求解，HHL算法則可以在O(log2N)時間內(nèi)求解，從而達到加速的目的。由于線性系統(tǒng)是很多科學家和工程領域的核心，因此，HHL算法或?qū)⑹俏磥砟軌蛟跈C器學習、人工智能科技得以突破的關鍵性技術。量子云平臺成為量子計算商業(yè)化進程的有力助推。由于量子計算機硬件尚不成熟，占用空間大、制造成本昂貴、環(huán)境要求嚴苛、維護難度高、無法滿足個人用戶本地部署的要求，近年來量子計算云平臺逐漸成為量子計算算力輸出的主要形式。量子云服務是指通過云計算平臺提供的量子計算能力，使個人或企業(yè)用戶在無需自己擁有物理量子計算機的情況下可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問量子計算資源。具體來說，下游用戶通過客戶端操縱云端經(jīng)典計算機，計算任務轉(zhuǎn)化為量子計算控制/測量指令，并在量子計算機中完成計算操作并通過測量返回計算結(jié)果。綜合了量子計算與云計算優(yōu)勢的量子云平臺已經(jīng)成為量子計算科普教育、算法開發(fā)以及應用創(chuàng)新的試驗床，將長期持續(xù)助力量子計算的商業(yè)化進程。三類量子云平臺，采用者的選擇從Q-SaaS向Q-PaaS和Q-IaaS轉(zhuǎn)變。量子云平臺服務類型分為量子基礎設施即服務（QuantumInfrastructureasaService，Q-IaaS）、量子平臺即服務（QuantumPlatformasaService，Q-PaaS）和量子軟件即服務（QuantumSoftwareasaService，Q-SaaS）。Q-IaaS將量子計算機的硬件及配套設施在量子計算云平臺上提供給用戶，用戶可以低成本調(diào)用量子計算機、量子計算模擬器、經(jīng)典服務器、存儲器等硬件而無需對其進行維護。這類平臺主要面向底層開發(fā)和科學研究人員。Q-PaaS將量子計算相關基礎設施和中間件組成的開發(fā)平臺在量子計算云平臺上提供給用戶，用戶可以在云平臺上進行特定的軟件開發(fā)。Q-SaaS將打包好的應用服務方案在量子計算云平臺上提供給用戶，主要面向大型企業(yè)。沒有人真正知道什么樣的量子硬件戰(zhàn)略會勝出，因此早期采用者通常會尋求最大程度上不依賴硬件的平臺，即Q-SaaS或Q-PaaS。目前大部分量子云平臺的服務以Q-SaaS為主，因為使用它的技術壁壘不高，大多數(shù)企業(yè)可以通過和Q-SaaS的合作開發(fā)并完善適合自身的軟件。預計隨著量子開發(fā)人員增長和量子硬件的完善，采用者會由于保障數(shù)據(jù)安全和差異化戰(zhàn)略等因素，完成由選擇Q-SaaS到Q-PaaS和Q-IaaS服務的逐漸轉(zhuǎn)變。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。21資料來源：中國信通院，華泰研究量子計算云平臺服務提供商多元化發(fā)展，競爭與合作并存。目前云平臺供應商主要分為兩類，第一類供應商自身參與量子計算硬件的研發(fā)，將自研的量子計算機等硬件放在云平臺，典型企業(yè)包括IONQ、PASQAL、Rigetti、本源量子等；第二類供應商則接入其他公司的量子計算硬件或軟件系統(tǒng)，提供云平臺供用戶使用，典型企業(yè)包括Microsoft、Amazon、Strangeworks等。也有一些企業(yè)兩者能力兼具，比如最早于2016年就推出商業(yè)化量子計算云平臺的IBM，除了能夠調(diào)用AQT、IONQ等量子計算硬件資源，還自研多款超導量子計算芯片。公司云平臺軟件提供優(yōu)化服務（eg：在線開發(fā)、外接服務超導量子比特離子阱光量子比特中性原子量子退火機IBMQExperience√√√IBMQiskit√谷歌OpenFermion-Cirq&TensorFlowQuantum√D-waveLeap√AmazonAmazonBraket√√√AmazonQatalyst√MicrosoftAzureQuantum√√√XanaduXanaduQuantumCloud√Honeywell√QuTechQuantumInspire√Strangworks√√√華為HiQ√本源√百度量脈&量槳&量易伏√√√騰訊SiMhub√阿里巴巴太章√√量旋金牛座√北京量子院Quafu√√量子創(chuàng)新研究院量子計算云平臺√國盾量子“祖沖之號”量子計算云平臺√資料來源：中國信通院、各公司官網(wǎng)，華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。22相較于直接使用量子計算機，云平臺使用成本更低。量子計算機由于價格昂貴且制造難度較大，并未向公眾廣泛提供。TheVerge曾在2017年向D-Wave購買了2000Q量子計算機，花費約1500萬美元。IQM近期發(fā)布了一臺預裝有5量子比特的超導量子計算機，售價不到100萬歐元（約合796萬人民幣）。目前，微軟和AWS等科技巨頭提供一整套量子計算服務解決方案。其中，微軟定價主要采用AzureQuantum額度模式，根據(jù)不同單位從額度中扣減使用量，客戶也可以選擇其他的即用即付和訂閱模式。而AmazonAWSBraket的定價包括任務和執(zhí)行兩個部分，每次任務的價格對所有QPU都是相同的，為0.3美元一次，每次執(zhí)行的價格取決于所使用的QPU類型，價格區(qū)間在0.00035-0.03美元/一次。假設一位科學家使用AmazonBraket在Rigetti量子計算機上運行量子機器學習算法。這個作業(yè)包括50次迭代，每次迭代有2個任務，每個任務有100次執(zhí)行。那么運行此作業(yè)的最低價格為50次迭代x2次任務x0.30美元/任務+50次迭代x2次任務x100次執(zhí)行x0.00035美元/次，總計33.5美元。資料來源：微軟官網(wǎng)、AWS官網(wǎng)、華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。23IBM（IBMUS）IBM是全球最早布局量子計算的公司之一，超導量子技術領域始終遙遙領先，目前正在開創(chuàng)以量子為中心的超級計算機時代。2001年，IBM先后在5位NMR量子計算機、7位NMR量子計算機上成功運行了Shor量子算法，這是人類首次在硬件上實現(xiàn)Shor算法。2016年，隨著量子計算云平臺IBMQExperience的問世，IBM成為全球第一個推出量子云服務的公司。2019年1月，在國際消費電子展上，IBM推出了“世界上第一個專為科學和商業(yè)用途設計的集成通用近似量子計算系統(tǒng)”——QSystemOne，該高度集成的模塊化系統(tǒng)的推出，意味著通用超導量子計算機開始走出實驗室。2020年9月，IBM首次發(fā)布量子技術路線圖，并據(jù)此分別在2021年、2022年和2023年相繼推出“鷹”（Eagle）、“魚鷹”（Osprey）和“神鷹”中性原子，2023年可實現(xiàn)1121個量子比特的量子計算機“神鷹”是全球迄今最大的量子計算機。此外，2022年9月IBM將當時世界上最大的稀釋制冷機“黃金眼”(Goldeneye)冷卻到工作溫度(~25mK)。2023年IBM量子峰會，IBM副總裁兼IBM研究員杰伊·甘貝塔認為量子計算正在到達拐點。展望未來，IBM認為計算的未來是以量子為中心的超級計算機，其中QPU、CPU和GPU都在一起工作以加速計算。注：為IBM已完成的部分資料來源：IBM官網(wǎng)，華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。24Google（GOOGLUS）谷歌量子計算技術持續(xù)保持全球領先，量子比特數(shù)的增加與量子糾錯協(xié)同推進。2012年成立專門的量子實驗室。2014年谷歌招募了加州大學圣塔芭芭拉分校JohnMartinis團隊以在量子計算方面發(fā)力。2019年，超導量子計算機“懸鈴木”問世，JohnMartinis團隊一舉將“量子計算優(yōu)越性”變?yōu)楝F(xiàn)實，在該量子計算機上進行了53比特、20層的量子隨機線路采樣，200秒可進行100萬次采樣，最終結(jié)果的保真度有0.224%。2020年9月，谷歌發(fā)布了量子計算路線圖，并預計在2029年前實現(xiàn)包含100萬個物理量子比特、具備糾錯能力的計算機。2021年谷歌基于“懸鈴木”實現(xiàn)了量子計算錯誤抑制的指數(shù)級增長。2022年7月，谷歌突破了量子糾錯的盈虧平衡點，首次實現(xiàn)量子計算機的錯誤率隨著比特數(shù)增加而降低，證明了超導量子比特系統(tǒng)的性能足以克服增加量子比特數(shù)量帶來的額外錯誤。2023年8月，谷歌Chrome瀏覽器宣布部署抗量子密碼?？傮w而言，在谷歌量子計算發(fā)展的路線規(guī)劃中，量子比特數(shù)的增加和量子糾錯是協(xié)同推進的。注：M為里程碑（Milestone）資料來源：GoogleQuantumAI，華泰研究IONQ（IONQUS）IONQ：離子阱量子計算巨頭，商業(yè)化進程較快。IONQ是馬里蘭大學量子計算的核心人物ChrisMonroe于2016年同JungsangKim一起組建的量子計算公司，并于2021年10月成功上市，主要聚焦于離子阱量子計算。2018年12月，IONQ公布了兩個新型離子阱量子計算機，它具有160個存儲量子比特和79個量子比特；2023年5月，IONQ宣布，其量子計算機IONQAria系列的最新旗艦量子系統(tǒng)，正式在AWS量子計算云平臺AmazonBraket上線，其算法量子比特（AQ）高達25，是當前世界上較強大的商用量子計算機之一；目前，IONQ性能最高的量子計算系統(tǒng)IONQForte擁有32個量子比特和29個算法量子比特（AQ）。2023年量子世界大會上，IONQ發(fā)布ForteEnterprise和Tempo的2臺企業(yè)級機架式系統(tǒng)，計劃于2024和2025年實現(xiàn)35和64量子比特。根據(jù)INOQ管理層公告宣布，24年1月ForteEnterprise系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)35量子比特。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。25注1：算法量子比特定義為典型算法的有效量子比特數(shù)注2：2025-26年采用16:1糾錯編碼；注3：2027-28年采用32:1糾錯編碼資料來源：ICV，華泰研究IONQ積極構(gòu)建開放技術生態(tài)。目前IONQ可通過三大云平臺——AWS的AmazonBraket、微軟的AzureQuantum和谷歌的CloudMarketplace進行訪問；與此同時，IONQ擴展量子計算技術的應用領域，并與現(xiàn)代汽車、空中客車和埃森哲等行業(yè)領袖以及美國空軍研究實驗室（目前已簽訂2250萬美元合同）開展合作。IONQ的未來展望不僅僅在于技術突破，還在于將量子計算帶入更多的領域，推動科學、工程和商業(yè)應用的前進。AtomComputing（未上市）AtomComputing有望基于中性原子技術于2024年推出全球首臺1225量子比特計算機。AtomComputing成立于2018年，是第一家用光鑷捕獲中性原子原子陣列并從中創(chuàng)建核自旋量子比特的公司。AtomComputing認為，原子具有獨特的性質(zhì)，使其有可能擴展大量量子比特，從而可以在相對較長的時間內(nèi)保持量子態(tài)；量子態(tài)保持的時間越長越好，因為它能讓計算機運行更復雜的問題——這也為糾錯提供了更多時間。AtomComputing第一代基于門的量子計算機平臺Phoenix，它使用了100個光學捕獲量子比特。2023年10月，公司發(fā)布公告稱，2024年將推出1225個站點的原子陣列（目前填充了1180個量子比特）的量子計算平臺。Intel（INTLUS）英特爾技術轉(zhuǎn)向硅基自旋量子，目前已實現(xiàn)12量子比特。芯片巨頭英特爾于2017年成功測試17位量子超導計算芯片，并于2018年的CES上高調(diào)宣布已經(jīng)成功設計、制造和交付49量子比特（量子位）的超導測試芯片TangleLake。但此后英特爾將技術轉(zhuǎn)向硅基自旋量子比特領域。英特爾指出，相比超導量子比特，硅基自旋量子比特有著顯著優(yōu)勢，例如每個量子比特的裸片面積縮小了幾個數(shù)量級。這在英特爾的最新研究成果中得到了驗證：在2021年11月實現(xiàn)了在單個300mm的硅晶圓上集成了超過10,000個硅基自旋量子比特陣列。2023年，英特爾發(fā)布包含12個硅自旋量子比特的全新量子芯片TunnelFalls，該芯片是英特爾迄今為止研發(fā)的最先進的硅自旋量子比特芯片。此外，基于制造TunnelFalls的經(jīng)驗，英特爾已經(jīng)開始研發(fā)下一代量子芯片，公司預計將于2024年推出。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。26Rigetti（RGTIUS）Rigetti已實現(xiàn)84量子比特多芯片Ankaa-1，2025年計劃突破1000+量子比特。Rigetti成立于2013年，自2017年以來一直在云上運行量子計算機，并于2022年3月通過SPAC在納斯達克上市。Rigetti是全棧量子計算的先驅(qū)，并擁有量子計算平臺QCS。目前，公司已推出單芯片Aspen-X、多芯片Aspen-M-X、多芯片Ankaa-1等多顆超導量子產(chǎn)品，并于23年12月推出84量子比特的Ankaa-2系統(tǒng)，未來還將繼續(xù)開發(fā)84比特的Ankaa-3系統(tǒng)。此外，根據(jù)Rigetti于2022年5月發(fā)布的QPU路線圖，在推出84量子比特處理器后Rigetti計劃推出336量子比特處理器Lyra，該處理器有4個Ankaa芯片組裝于一個載體襯底上；并且分別計劃在2025年和2027年推出1000+和4000+量子比特的QPU。資料來源：Rigetti，華泰研究Rigetti自建量子晶圓廠以自用或為其他機構(gòu)代工。Rigetti的制造策略與其他大多數(shù)量子創(chuàng)業(yè)公司的競爭對手截然不同。從早期起，他們就決定建立自己的晶圓廠來制造芯片，而非依賴于大學的無塵室或試圖與像GlobalFoundries這樣的大型半導體代工廠合作。因此，于2017年5月，Rigetti在弗里蒙特開設了業(yè)界首個專用和集成的量子器件制造工廠Fab-1。Rigetti使用自身的工廠能夠在5-15周內(nèi)完成設計；而若選擇外部半導體代工廠，預計需要22-40周以上的時間。目前Rigetti不僅為自己制造器件，而且還為費米實驗室、美國空軍研究實驗室(AFRL)和普渡大學制造器件，2023年9月Rigetti宣布與美國空軍研究實驗室（AFRL）信息局簽訂了一份為期五年的不定期交付、不定數(shù)量（IDIQ）合同，為其研究人員提供量子代工服務。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。27資料來源：Rigetti，華泰研究NVIDIA（NVDAUS）英偉達積極推出量子計算與經(jīng)典計算交互產(chǎn)品。英偉達于GTC2022開發(fā)者大會推出用于加速量子計算的cuQuantum軟件開發(fā)包，并在同期積極開發(fā)量子編譯器nvq++以用于量子計算機與經(jīng)典計算機的交互。2022年7月，英偉達發(fā)布統(tǒng)一計算平臺——NVIDIA量子優(yōu)化設備架構(gòu)（QODA以加快在人工智能（AI）、高性能計算（HPC）、醫(yī)療、金融和其他學科的量子研發(fā)突破。GTC2023開發(fā)者大會，英偉達發(fā)布全球首個GPU加速的量子計算系統(tǒng)NVIDIADGXQuantum，該系統(tǒng)有助于集成量子處理單元與經(jīng)典處理單元，其結(jié)合了NVIDIAGraceHopper超級芯片和theQuantumMachinesOPX+控制系統(tǒng)，從而以最高性能運行混合算法、量子糾錯、校準和控制；此外，DGXQuantum使用PCIeGen5互連在GPU和QPU之間以提供亞微秒級的低延遲，進而加速Q(mào)PU相干時間內(nèi)的量子糾錯等基本工作負載。資料來源：英偉達官網(wǎng)，華泰研究資料來源：英偉達官網(wǎng)，華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。28CUDAQUANTUM社區(qū)不斷擴大，助力數(shù)字中心加速計算或為未來趨勢。SC23大會上，英偉達公司高性能計算和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心業(yè)務副總裁伊恩·巴克表示過去兩年時間內(nèi)英偉達量子計算平臺已經(jīng)積累了120多家合作伙伴。CUDAQuantum是一個用于CPU、GPU和量子計算機（也稱為QPU）編程的平臺，英偉達與其合作者主要基于該平臺。目前，英偉達已經(jīng)與AnyonSystems、AtomComputing、IONQ、ORCAComputing、OxfordQuantumCircuits、羅爾斯-羅伊斯和QuEra合作，將CUDAQuantum整合到