量子計算特性、工作步驟、指標、技術路線與發展背景如何？

量子計算主要技術路線眾多，但逐步收斂。

1.何為量子計算？

區別于經典計算，量子計算利用量子比特 （Qubit）的疊加性與糾纏性突破經典二進制限制。量子計算的基礎是量子比特（Qubit），它不僅能像經典比特那樣表示0或1兩種狀態，還能以疊加態的形式同時兼具兩者特性。1）對于傳統計算的算力瓶頸：由于量子比特可同時處于|0〉和|1〉的疊加態， 同時糾纏態使多比特間形成非局域關聯，使得量子計算機擁有指數級并行計算能力，使其在特定問題（如大數分解、復雜系統模擬等）上的計算效率遠超經典計算機；2）對于量子隧穿現象：量子計算主動擁抱量子效應。特別地，在超導量子計算方法中，結成庫珀對的電子采取量子隧穿的方式通過約瑟夫森結，最終構建出超導量子比特以實現量子計算。 3）對于散熱問題：量子計算處理信息的方式是可逆的，因此可以解決熱耗散效應的問題。

2.量子計算工作步驟及主要指標

量子計算核心四大工作步驟：1）量子態初始化：通過激光或微波 脈沖將量子比特重置到基準態。超導量子比特需在接近絕對零度的 環境中“凍結”熱噪聲，離子阱則通過電磁場懸浮原子并初始化其 能級；2）量子門操作與糾纏構建：應用微波/激光脈沖操控量子比 特狀態，并通過通過CNOT等受控門使量子比特間產生糾纏；3） 量子并行計算：將計算問題映射到量子態的演化中；4）量子態測 量與結果輸出：對量子比特進行重復運行多次采樣測量，通過統計 高頻結果獲取最終解。

量子計算重點指標為保真度與易擴展性。1）保真度：量子計算機 進行基本運算時的正確率。由于量子系統的不穩定性，量子比特會 不可避免地與環境（溫度、電場、磁場甚至無處不在的宇宙射線） 發生相互作用，進而導致計算過程的正確率降低，保真度下降。2） 易擴展性：量子比特數量直接決定了量子計算機的算力上限。每增 加一個量子比特，量子計算機的并行處理能力就翻一倍——10個量 子比特能同時處理1024種可能性，而50個比特就能超越傳統超級計 算機的算力邊界。

3.三類主要量子計算技術路線對比

量子計算主要技術路線眾多，但逐步收斂。量子計算可分為超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體、拓撲量子等路線，前三項技術路線進展最快。具體說來，超導量子由于高保真、高比特數（即易擴展性）、高運算速度三大特性繼續領跑量子計算技術路線；離子阱路線具備最高的保真度，但擴展性不佳，因此在進度上略遜于超導量子計算路線；中性原子路線近年迎來爆發期，雖然其具備最優秀的易擴展性，但在大規模原子陣列中實現高保真度的量子門操作的問題依舊無法攻克，因此進度落后于超導與離子阱路線。

4.為什么在這個時間點上討論量子計算？

全球主要科技強國均將量子計算視為戰略制高點，且近年來投入力度不斷加大

截至2025年8月，全球主要科技強國均將量子計算視為戰略制高點，且近年來投入力度不斷加大。2025年9月23日，美國白宮管理與預算辦公室（OMB）與科技政策辦公室（OSTP）聯合向各聯邦部門與機構發布《2027財年政府研發預算優先事項及跨領域行動》備忘錄，將人工智能與量子信息科學與技術置于2027年研發預算優先級首位。白宮備忘錄指出，量子科技正處于從實驗室走向產業化應用的關鍵拐點。

量子技術進口受到限制，我國量子計算產業必須自立自強

量子技術進口受到限制，我國量子計算產業必須自立自強。歐美及日本等發達國家均已經在近兩年發布對量子技術的限制措施，我國量子計算關鍵零部件/設備受阻。以量子計算核心設備稀釋制冷機為例，自2022年美國宣布禁止對中國出口系列用于量子計算的稀釋制冷機及其相關零配件后，行業龍頭Bluefors和Leiden Cryogenics公司設備已不對中國出售，我國量子計算產業必須自立自強。

產業化不斷推進，量子計算云平臺不斷接入&擴大投入

產業化不斷推進，巨頭企業相繼取得成果。自2007 年D-WAVE研發首臺量子退火機以優化特定問題， 量子硬件從實驗室走向工程化以來，Intel、IBM、 Google、Microsoft等一系列巨頭企業相繼對量子 計算進行研發并取得一定成果。

量子計算云平臺不斷接入&擴大投入，中美歐三足 鼎立。云平臺布局方面，中美歐數十余家云服務商 通過自主研發的量子計算機或基于經典計算資源的 量子模擬器以及集成外部量子系統的方式向用戶量 子計算接入與算力服務用以滿足不同用戶的需求。 擴大投入方面，以微軟為例，公司2025FY Q4 云收 入467億美元，YOY+ 27%，公司在業績會上宣布 量子計算將成為云技術的下一個大型加速器，會繼 續以十年為周期進行戰略思考和投資布局。

產業化不斷推進，2027-2029年或為關鍵節點

據IBM量子計算Roadmap，預計2029實現大規模容錯量子計算機。據IBM官網（2025/6），公司計劃在2025年推出一款量子芯片——Quantum Loon，其具有更強連接能力和相應架構；預計于2026年推出第一個量子處理器模塊化Kookaburra，將容錯系統擴展到單個芯片之外；預計于2027年實現兩個Kookaburra模塊間的纏繞，從而像連接大型系統中的節點一樣將量子芯片連接在一起；預計于2028年，Starling系統將驗證多模塊魔法態注入。最終預計于2029年，將Starling擴展至支持1億量子門和200邏輯量子位的系統，成為全球首個大規模容錯量子計算機。

Bluefors 簽署歷史最大氦-3采購協議：2025年9月16日，稀釋制冷機龍頭企業Bluefors在其官網上宣布與Interlune達成采購協議，據特氣快訊公眾號，協議規定Interlune將在 2028 年至 2037 年期間每年向Bluefors提供 10,000 升氦-3。氦-3可提供低于10 毫開爾文的超低溫，是稀釋制冷機實現制冷的關鍵原材料。按中科富海公眾號統計，稀釋制冷機單位設備對氦-3 年需求為20-100L，則該采購協議預計可支撐每年100-500臺新設備需求。

英偉達連續參投3家不同路線量子計算企業：英偉達于2025年9月4日、9月9日、9月10日，先后投資霍尼韋爾旗下Quantinuum、QuEraComputing、PsiQuantum，覆蓋離子阱、中性原子、光量子三大路線。

量子計算產業或將迎來第一輪快速增長，2024-2030年產業規模CAGR達87.66%

量子計算產業或將迎來第一輪快速增長，2024-2030期間CAGR達87.66%。根據光子盒公眾號， 2024年全球量子計算產業規模為50.37億美元，較2023年增長7.46%，預計2027年產業規模將達111.75億美元，2030年將陡增到2199.78億美元，后續在2034年之后進入第二輪增長。下游驅動方面，量子計算產業目前最大下游為科研領域，預計2035年量子計算主要受金融、化工、國防、醫藥等下游應用拉動。分地區來看，2024年北美為量子計算產業規模最大市場，占全球比重約在30%左右，并將持續領跑至2035年。中國2024年量子計算市場規模約12.7億美元，占全球比重25.30%，預計2035年將達到2382.1億美元，占全球比重29.49%。