盤點2025｜量子信息：三大領(lǐng)域技術(shù)持續(xù)演進(jìn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展未來可期

飛象網(wǎng)訊（易歡）以量子計算、量子通信和量子精密測量為代表的量子信息技術(shù)是挑戰(zhàn)人類調(diào)控微觀世界能力極限的世紀(jì)系統(tǒng)工程，是對傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性創(chuàng)新，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。量子信息既是量子科技重要組成部分，也是培育未來產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建新質(zhì)生產(chǎn)力、推動高質(zhì)量發(fā)展的重要方向之一。經(jīng)過四十余年發(fā)展，量子信息領(lǐng)域進(jìn)入科技攻關(guān)、工程研發(fā)、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培育一體化推進(jìn)發(fā)展關(guān)鍵期。

目前，量子信息技術(shù)已經(jīng)成為大國間開展科技、經(jīng)濟、軍事等領(lǐng)域競爭，維護(hù)技術(shù)主權(quán)與發(fā)展主動權(quán)的戰(zhàn)略制高點。30余個國家/地區(qū)發(fā)布或更新量子信息領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略，不完全統(tǒng)計總投資超過350億美元，國際競爭日趨激烈。與此同時，量子信息領(lǐng)域建設(shè)科技力量、加快技術(shù)攻關(guān)、打造基礎(chǔ)設(shè)施、推動應(yīng)用探索、培育生態(tài)體系、培養(yǎng)人才梯隊，已成為各國發(fā)展規(guī)劃共識。

現(xiàn)狀：量子信息領(lǐng)域進(jìn)入一體化推進(jìn)發(fā)展關(guān)鍵期

近年來，量子信息三大領(lǐng)域科技創(chuàng)新與應(yīng)用成果不斷涌現(xiàn)，企業(yè)數(shù)量和市場投融資增長迅速，量子計算明星企業(yè)成為市場追捧對象，突破量子糾錯能力是未來競爭焦點，量子計算與人工智能的融合創(chuàng)新與雙向賦能成為關(guān)注熱點，量子保密通信在電信運營商和行業(yè)專網(wǎng)等推動應(yīng)用探索，抗量子加密算法標(biāo)準(zhǔn)研制與升級遷移漸成趨勢，量子精密測量在能源電力、生物醫(yī)療等領(lǐng)域加快應(yīng)用落地。

我國高度重視量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，加快推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合，在政策布局、科研攻關(guān)、產(chǎn)品研發(fā)、應(yīng)用示范和產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育等方面，取得了一系列重要進(jìn)展和成果。一是多地加快先行先試。安徽、北京、粵港澳、湖北、上海等地在量子信息領(lǐng)域開展先行先試布局；二是科技力量初具規(guī)模。合肥國家實驗室、粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心、北京量子院等新型研發(fā)機構(gòu)成為我國量子信息領(lǐng)域的戰(zhàn)略科技力量代表；三是科研兩點成果頻現(xiàn)�！白鏇_之號”、“九章”、“天元”、“量子號”等，整體水平處于全球第一梯隊；四是產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育步伐加快。大型央企、科技領(lǐng)軍企業(yè)等投入力度持續(xù)加強，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟推動生態(tài)建設(shè)，為培育未來產(chǎn)業(yè)奠定良好基礎(chǔ)。

現(xiàn)狀1：量子計算多種技術(shù)路線并行發(fā)展，尚未實現(xiàn)“殺手級”應(yīng)用

量子計算作為業(yè)界關(guān)注度最高和競爭態(tài)勢最激烈的量子信息方向，當(dāng)前，已實現(xiàn)多種技術(shù)路線并行發(fā)展，科研探索與原型機研發(fā)進(jìn)展迅速，處于技術(shù)攻關(guān)快速推進(jìn)、應(yīng)用探索蓄勢待發(fā)的發(fā)展加速期。

具體而言，硬件存在超導(dǎo)、離子阱、中性原子、光量子、硅半導(dǎo)體、拓?fù)涞榷喾N技術(shù)路線并行發(fā)展，尚未實現(xiàn)收斂。近年來，樣機比特數(shù)、邏輯門保真度等性能指標(biāo)迅速提升，但仍有諸多科學(xué)問題和工程難題有待突破。超導(dǎo)、離子阱路線是各方重點關(guān)注的“種子選手”，中性原子、拓?fù)渎肪�近期發(fā)展迅速，有望成為“黑馬”�；�于量子糾錯實現(xiàn)長相干時間、高保真度邏輯量子比特，是下一步量子計算技術(shù)攻關(guān)的重點里程碑。

量子計算應(yīng)用探索在金融、化工、電信、交通等領(lǐng)域廣泛開展，但主要是原理概念和應(yīng)用可行性驗證，尚未實現(xiàn)實用化落地。實現(xiàn)“殺手級”應(yīng)用，需要突破量子優(yōu)越性、案例實用性、硬件可實現(xiàn)性的”不可能三角“。未來3-5年，可能在組合優(yōu)化、化學(xué)模擬等領(lǐng)域問題空間維度較小，運算精度不高場景中，產(chǎn)生有實用化價值的計算加速應(yīng)用。

現(xiàn)狀2：量子保密通信科研多方向探索，抗量子加密遷移成為共識

量子通信是基于量子疊加與糾纏等效應(yīng)，在經(jīng)典信道輔助下實現(xiàn)密鑰分發(fā)或量子信息傳輸?shù)男滦屯ㄐ欧绞��；�于通信密匙分發(fā)的量子保密通信作為量子通信領(lǐng)域進(jìn)入實用化的技術(shù)方向，在新型協(xié)議研究、安全性證明、系統(tǒng)實驗探索，現(xiàn)網(wǎng)試驗驗證等方面的科研持續(xù)。在星地實驗、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、項目投資等方面我國處于領(lǐng)先。

多種協(xié)議類型的QKD系統(tǒng)在國內(nèi)外已經(jīng)實現(xiàn)商用，初步形成產(chǎn)業(yè)鏈，但產(chǎn)品技術(shù)工程化水平有待提升，量子加密應(yīng)用場景、市場規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化前景較為有限，未來需進(jìn)一步提升產(chǎn)品性能指標(biāo)和工程化水平，探索拓展有效應(yīng)用場景。

量子信息網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是實現(xiàn)量子信息系統(tǒng)的互聯(lián)組網(wǎng)，進(jìn)一步提升量子計算機運算處理能力和量子傳感器測量精度和靈敏度，是量子計算、量子通信和量子精密測量三大領(lǐng)域未來融合發(fā)展演進(jìn)方向。量子信息網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前主要處于技術(shù)方案探索和試驗驗證階段，實現(xiàn)實用化需要突破高性能量子糾纏光源、實用化量子存儲等瓶頸。近年來，國內(nèi)外量子信息網(wǎng)絡(luò)科研保持高度活躍，在項目規(guī)劃、協(xié)議方案、核心器件和組網(wǎng)實驗等方面取得諸多進(jìn)展和成果，部分性能指標(biāo)得到提升。

抗量子加密通過升級底層數(shù)學(xué)難題，設(shè)計新型加密算法，抵抗量子計算破解攻擊，已成為應(yīng)對量子計算信息安全威脅的主流方案和全球共識。其中，我國為應(yīng)對量子計算威脅，啟動PQC算法征集，推動新一代商用密碼算法標(biāo)準(zhǔn)制定。

現(xiàn)狀3：量子精密測量技術(shù)路線多、應(yīng)用范圍廣，創(chuàng)新應(yīng)用不斷拓展

據(jù)信通院發(fā)布的《量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告(2025 年)》顯示，量子精密測量呈現(xiàn)出技術(shù)路線多、應(yīng)用范圍廣的顯著特點，通過對微觀粒子系統(tǒng)中量子態(tài)制備、調(diào)控與觀測，開發(fā)和運用量子疊加、量子糾纏、量子非經(jīng)典關(guān)聯(lián)等獨特量子物理現(xiàn)象，實現(xiàn)對多種物理量更精準(zhǔn)、更穩(wěn)定、可溯源的測量與傳感，測量精度、靈敏度和分辨率等核心指標(biāo)相比傳統(tǒng)技術(shù)顯著提升。量子精密測量的技術(shù)路線或測量“探針”可分為原子、離子、固態(tài)自旋、超導(dǎo)、光子等，測量物理量可包括時間頻率、磁場、重力、角速度、電場、溫度、應(yīng)力應(yīng)變、位移/相位等。

量子精密測量技術(shù)具有軍民兩用特性，例如時間頻率、電磁場、重力場等關(guān)鍵信息測量，以及目標(biāo)探測識別和自主慣性導(dǎo)航等核心能力，對于高價值目標(biāo)探測、戰(zhàn)場態(tài)勢感知和運載平臺測控等方面具有重要價值。高精度重力測量和磁場測量等技術(shù)，將在深部資源勘探和心腦血管疾病診斷與治療等領(lǐng)域帶來深刻變革。

量子精密測量技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用也在不斷拓展，為未來發(fā)展開辟新道路。原子鐘憑借高精度的數(shù)據(jù)和解決方案，有望在衛(wèi)星導(dǎo)航、航天、通信、金融科技等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。此外，量子時頻基準(zhǔn)、磁力計、重力儀等逐步走向商用化，實現(xiàn)產(chǎn)品迭代。量子慣導(dǎo)和目標(biāo)識別等處于技術(shù)萌芽期，距離產(chǎn)品化較遠(yuǎn)。

目前，量子精密測量產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)已具雛形，相關(guān)企業(yè)數(shù)量近150家，但大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還需突破技術(shù)成熟度、成本、場景拓展與市場接受度等瓶頸。

挑戰(zhàn)：規(guī)�；瘜嵱没�落地，仍需突破多重瓶頸

當(dāng)前，量子信息在硬件研發(fā)、糾錯技術(shù)、通信應(yīng)用、算法軟件、安全倫理及產(chǎn)業(yè)生態(tài)等方面仍存在諸多瓶頸，制約其規(guī)�；�、實用化落地。

挑戰(zhàn)1：核心硬件面臨規(guī)模化與穩(wěn)定性雙重制約

量子硬件是量子信息發(fā)展的基石，當(dāng)前面臨退相干、可擴展性、極端環(huán)境適配三大核心難題。具體而言，退相干與噪聲干擾方面，量子比特的相干性是量子計算的核心前提，但量子比特極易受溫度、電磁輻射、振動等環(huán)境因素干擾，相干時間普遍較短，超導(dǎo)量子比特相干時間多處于微秒級。

此外，實用化量子計算需百萬級量子比特支撐，而當(dāng)前全球最高水平僅突破千比特規(guī)模。隨著量子比特數(shù)量增加，比特間串?dāng)_問題凸顯，制冷系統(tǒng)、控制電路的復(fù)雜度呈指數(shù)級上升，硬件成本與能耗隨之飆升。此外，超導(dǎo)、離子阱、量子點等主流技術(shù)路線各有局限，超導(dǎo)體系依賴極低溫環(huán)境，離子阱擴展性較弱，光子量子比特源效率不足，缺乏通用化、低成本的規(guī)模化方案。

量子硬件對制造工藝精度要求極高。同時，不同技術(shù)路線均需配套特殊控制設(shè)備，如超導(dǎo)量子計算機需液氦制冷至接近絕對零度，設(shè)備體積龐大、維護(hù)成本高昂，限制其商業(yè)化普及。

挑戰(zhàn)2：量子通信在傳輸與產(chǎn)業(yè)化方面仍存短板

量子通信憑借其無條件安全性在保密通信領(lǐng)域具有獨特優(yōu)勢，但在遠(yuǎn)距離傳輸、速率提升、商業(yè)化落地等方面仍存在顯著短板。

遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)受限。光纖傳輸中光子損耗隨距離增加呈指數(shù)增長，導(dǎo)致量子密鑰分發(fā)（QKD）的有效傳輸距離受限。量子中繼技術(shù)作為突破傳輸距離的核心手段，目前仍處于實驗室研發(fā)階段，尚未實現(xiàn)工程化應(yīng)用，無法支撐廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

速率與成本制約產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)前QKD系統(tǒng)的實際密鑰生成速率較低，難以滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)加密的需求。同時，量子通信核心器件成本高昂，設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化程度不足，不同廠商設(shè)備間互操作性差，制約其在金融、政務(wù)等領(lǐng)域的規(guī)模化部署。

器件安全漏洞風(fēng)險。實際應(yīng)用中，量子通信設(shè)備的光源、探測器等器件存在非理想特性，可能被攻擊者利用形成安全漏洞，對量子通信的無條件安全性構(gòu)成挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)3：技術(shù)發(fā)展的規(guī)范缺失帶來安全與倫理挑戰(zhàn)

量子信息技術(shù)在重塑信息安全格局的同時，也帶來安全威脅與倫理挑戰(zhàn)。在安全領(lǐng)域，量子計算的超強算力對現(xiàn)有RSA、ECC等基于大數(shù)分解和離散對數(shù)問題的公鑰密碼體系構(gòu)成顛覆性威脅，一旦通用量子計算機實現(xiàn)實用化，將導(dǎo)致大量現(xiàn)有加密數(shù)據(jù)面臨破解風(fēng)險。而后量子密碼的研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化與全球范圍的技術(shù)遷移，需要高昂的成本與漫長的周期。在倫理層面，量子信息技術(shù)的濫用風(fēng)險、數(shù)據(jù)隱私保護(hù)、技術(shù)壟斷等問題尚未形成明確的倫理規(guī)范與監(jiān)管體系，可能引發(fā)新的科技倫理爭議。

挑戰(zhàn)4： 當(dāng)前產(chǎn)業(yè)生態(tài)存在諸多系統(tǒng)性障礙

量子信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建涉及產(chǎn)業(yè)鏈、人才、標(biāo)準(zhǔn)等多個維度，當(dāng)前存在諸多系統(tǒng)性障礙。產(chǎn)業(yè)鏈方面，核心器件如高精度量子探測器、專用制冷設(shè)備等依賴進(jìn)口，上下游產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同不足，缺乏自主可控的產(chǎn)業(yè)體系。人才方面，量子信息作為交叉學(xué)科，需要兼具量子物理、計算機科學(xué)、微電子等多領(lǐng)域知識的復(fù)合型人才，當(dāng)前全球范圍內(nèi)此類人才缺口巨大。標(biāo)準(zhǔn)方面，量子比特性能評測、量子通信安全認(rèn)證、量子算法兼容性等關(guān)鍵領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，制約技術(shù)迭代與產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。

趨勢：三大領(lǐng)域技術(shù)持續(xù)演進(jìn)，應(yīng)用場景進(jìn)一步拓展

趨勢1：量子計算與人工智能交叉融合雙向賦能

量子糾錯是推動量子計算從實驗室走向現(xiàn)實應(yīng)用的關(guān)鍵支撐，新型編碼方案研究和邏輯比特構(gòu)建實驗驗證等方面進(jìn)展迅速，但距離長相干時間、極低錯誤率的實用化要求仍有差距。量子計算軟件技術(shù)體系初步形成，測控、編譯和應(yīng)用軟件將是未來軟件生態(tài)發(fā)展與競爭和核心。量子計算云平臺在國內(nèi)外快速發(fā)展并形成一定服務(wù)能力，未來有望成為支撐量子計算實現(xiàn)商業(yè)化落地和應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

與此同時，《量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告(2025 年)》稱，量子計算與人工智能（AI）交叉融合與雙向賦能已成為前沿科技領(lǐng)域關(guān)注熱點。量子計算的并行計算優(yōu)勢將成為AI 時代滿足算力爆炸式需求的有效解決方案，而大模型、機器學(xué)習(xí)等AI 技術(shù)則可能為量子計算芯片和糾錯編碼設(shè)計和系統(tǒng)優(yōu)化等方面提供助力。

趨勢2：PQC+QKD融合加密是未來探索的可能方向

量子通信領(lǐng)域，我國啟動 PQC 算法標(biāo)準(zhǔn)化工作，PQC+QKD融合加密是未來探索的可能方向，但推廣應(yīng)用前景仍不明確。量子信息網(wǎng)絡(luò)使能組件研發(fā)、存儲中繼方案設(shè)計、量子芯片互聯(lián)、組網(wǎng)試驗驗證等前沿研究發(fā)展迅速，但距離實用化落地仍有很大差距。

趨勢3：量子精密測量與AI融合有望引領(lǐng)技術(shù)與行業(yè)變革

量子精密測量與 AI 融合有望成為引領(lǐng)技術(shù)與行業(yè)變革方向，將 AI 用于量子精密測量數(shù)據(jù)的后處理分析，如噪聲抑制、信號提取和測量數(shù)據(jù)分類等，有望進(jìn)一步提升性能和應(yīng)用范圍。未來，量子精密測量需進(jìn)一步提升技術(shù)成熟度，突破體積、功耗、成本和任務(wù)環(huán)境適應(yīng)性等瓶頸。通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同推進(jìn)上游核心硬件標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化，緩解供應(yīng)鏈整合難題。中游同步技術(shù)路線梯度化發(fā)展，成熟產(chǎn)品持續(xù)拓展應(yīng)用，前沿技術(shù)加速工程化突破。

《量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告(2025 年)》強調(diào)，未來五到十年將是量子信息領(lǐng)域技術(shù)路線競爭、應(yīng)用轉(zhuǎn)化賦能和產(chǎn)業(yè)化培育發(fā)展關(guān)鍵期，我國也面臨激烈國際競爭和復(fù)雜外部環(huán)境，發(fā)展不進(jìn)則退、慢進(jìn)亦退。面對機遇與挑戰(zhàn)，需加快推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合，進(jìn)一步強化基礎(chǔ)研究與核心技術(shù)攻關(guān)，推動重點產(chǎn)品研發(fā)與行業(yè)應(yīng)用示范，構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施與公共服務(wù)平臺，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用深度協(xié)同合作，培育完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。

結(jié)語

當(dāng)前，量子信息產(chǎn)業(yè)已邁入全球科技競爭的戰(zhàn)略核心賽道，我國憑借在量子通信領(lǐng)域的工程化優(yōu)勢與量子計算的局部突破，穩(wěn)居全球第一梯隊，千比特級專用量子計算云服務(wù)落地、“祖沖之三號”刷新算力紀(jì)錄等成果，標(biāo)志著產(chǎn)業(yè)正從實驗室走向商業(yè)化落地的關(guān)鍵階段。但產(chǎn)業(yè)仍面臨量子比特退相干與糾錯技術(shù)瓶頸待破，核心器件成本高企，實用算法稀缺，以及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同不足、復(fù)合型人才缺口等系統(tǒng)性挑戰(zhàn)。

未來，隨著超導(dǎo)、光量子等多技術(shù)路線并行發(fā)展，量子-經(jīng)典混合計算、“量子+AI”協(xié)同創(chuàng)新成為主流趨勢，量子通信提質(zhì)降本與后量子密碼融合應(yīng)用加速推進(jìn)，精密測量在多行業(yè)的場景化落地持續(xù)拓展，產(chǎn)業(yè)將在技術(shù)攻堅與生態(tài)完善中逐步釋放顛覆性價值，而產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)同、核心技術(shù)自主可控與國際標(biāo)準(zhǔn)共建，將是跨越挑戰(zhàn)、搶占產(chǎn)業(yè)制高點的關(guān)鍵所在。