问AI · 主流技术路径未收敛如何影响上游产业格局？
本文转载自微信公众号：中信建投证券研究
文｜应瑛 张敏
主流技术路径尚未收敛，产业链中上游是发展重点。量子计算产业链上游主要涵盖量子芯片、环境与测控系统以及其他关键元器件，主流技术路径尚未收敛导致产业链上游尚未形成清晰竞争格局。产业链中游主要涵盖量子计算机整机以及软件算法，基于整机成本高企及软件算法复杂性考量，云平台或将成为量子计算向下游加速渗透的关键环节。产业链下游主要涵盖科研、金融、化工、制药等众多领域，目前尚未展现出指数级加速或量子优越性方面的规模化突破，从理论研究到商业化落地有望进一步探索。
主流技术路线尚未收敛，产业链中上游是发展重点
量子计算产业是以量子力学原理为理论基础，围绕量子计算机的研发、制造、应用及生态构建而形成的综合性产业体系。从产业链来看，量子计算上游主要包括量子芯片、环境与测控系统以及其他关键元器件，中游主要包括量子计算整机制造以及软件算法环节等，下游主要覆盖金融、化工、制药、交通等多个领域。
1.产业链上游：量子芯片、关键设备及核心材料
量子计算上游是量子计算产业生态发展的基础支撑，涵盖量子芯片、关键设备、核心材料三大类，主要包括稀释制冷机、真空设备等环境系统，以及微波测控系统、光学探测器等测控系统，以及量子芯片、高性能激光器等其他关键元器件。由于量子计算产业中游多种路线并行推进，导致上游各产线市场竞争相对分散。
（1）量子芯片。量子芯片作为操控量子比特的核心载体，是执行量子计算和量子信息处理的硬件装置，制造过程主要包括生产量子点、加工成量子芯片。2024年，全球相关领先机构均发布了新一代量子处理器，如谷歌“Willow”量子处理器与中国“祖冲之三号”芯片相继问世，标志着量子计算正式进入中美双极竞速的新纪元。
当前，基于全球量子计算的主流计算路径，形成了超导、离子阱、中性原子以及光量子等主流量子芯片。超导量子芯片厂商如国外的IBM（Condor；1121比特；HeronR2-156比特），Google(Willow；105比特)，RigettiComputing（Ankaa-3；84比特）。中国厂商/机构如中科大（祖冲之三号；105比特）（天衍504-504比特），本源量子（本源悟空；72比特）。离子阱量子芯片厂商如国外的Quantinum(SysemModel；32/56比特)，IonQ(Forte；36比特)。中国离子阱芯片厂商如华翊量子（HYQ-A37/B100；37比特）、幺正量子（UQM1；30比特）。中性原子量子芯片厂商如国外的QuEraComputing(Aquila；256比特)，AtomComputing(Phoenix；100比特)；国内的中科酷原（汉原一号；100+比特）。光量子芯片厂商如国外的Xanadu(Borealis；216比特)，QCi(Dirac-3,949比特/变量数)。国内厂商/机构中国科大（九章三号；255比特）。
（2）环境与测控系统，是支撑量子计算系统运行的“基础设施”，其中稀释制冷机、测控系统、激光设备最为关键。
稀释制冷机是超导路线商业化“卡脖子”设备，大冷量、定制化成为主流发展趋势。稀释制冷机能为超导、半导体、拓扑量子计算机提供10mK左右的极低温极低噪环境，是量子计算的核心设备之一。稀释制冷机商业化成熟，但欧美国家立法对我国限制出口，导致稀释制冷机是超导路线商业化的“卡脖子”设备。我国稀释制冷机研发起步相对较晚，在大冷量与定制化仍待加快步伐。欧美代表厂商如芬兰Bluefors、英国OxfordInstruments、荷兰LeidenCryogenics为首的欧洲企业目前处于国际领先地位，重点聚焦产品定制、模块化设计、提高可拓展性以及增大样品空间、提升制冷功率等，主要以产品迭代、提供定制化服务为主。中国企业厂商/机构如中国电科16所、量羲技术、知冷低温、中船鹏力超低温、中科量仪、国盾量子及集焓仪器，重点聚焦国产替代与性能提升，各项关键指标已经达到国际一流水准。
测控系统主要通过高保真度量子门操作、高效纠错编码与高速反馈控制，实现对量子比特的精准操控与信号读取，是实现容错量子计算的核心支撑。主要分为固态量子体系测控系统（超导、半导体量子比特的测控）和非固态量子体系测控系统（离子阱和中性原子量子比特的测控），正向自动化、低温化、混合化以及集成化方向发展。其中，固态量子体系测控系统主要如美国Keysight、瑞士ZurichInstruments；中国中微达信、中国耐数电子等。中游量子整机厂商自研测控系统，如美国IBM、美国Google；中国国盾量子等。非固态量子体系测控设备主要由中游整机企业采购元器件后设计、组装、调试，如美国IonQ、法国Pasqal等。
（3）激光设备主要在光量子、离子阱路线中，用于产生单光子或冷却/操控离子的关键设备。主要包括单频光纤激光器、飞秒激光器、半导体激光器、钛宝石激光器等。美国语法规则用以协调和约束编译操作。代表企业如英伟达发布量子电路模拟软件cuQuantum23.10版本；IBM推出更新版Qiskit软件；Intel发布量子软件开发工具包1.1版本。
3）测控软件，主要用于量子计算硬件的控制、处理和运算，支持结果反馈以及芯片校准功能。企业代表，如是德科技将Q-CTRL Boulder Opa软件优化功能集成到量子控制系统；QuantrolOx发布量子比特控制软件QuantumEdge。
4）EDA软件，主要提供量子芯片设计、优化布局、仿真验证、制造测试等功能。企业代表，如是德科技推出超导量子处理器设计EDA仿真工具QuantumPro,实现电路原理图设计等功能。
（3）算法方面，当前量子计算机硬件不足以提供实际可用的算力，因此难以在短期内实现可行的量子算法，所以量子应用算法仍以含噪中等规模量子（NISQ）算法为主，比如量子-经典混合算法、量子退火算法、量子模拟算法等。
（4）量子云平台，主要通过云端集成与远程接入技术，实现量子计算资源的网络化共享与便捷访问，汇聚全球多种技术路线的通用量子计算处理器以及量子退火机等专用量子计算处理器，有望成为实现量子能力输出的重要载体。其中，超导技术路线占比59.3%,离子阱和光量子技术路线占比分别为14.8%和9.3%。截至2025年8月底，全球量子计算云平台接入量子处理器数量已经超过50台。此外，量子云平台发展展现出以下发展态势：1）量子计算与经典计算呈现出协同融合、共同演进的发展态势，旨在突破单一技术栈的性能瓶颈。2）全球化部署加速，呈现出多区域协同发展态势，如韩国Norma与美国Rigetti合作推出84量子比特超导量子云服务。3)量子计算云平台的产业生态逐步完善，QasS成为主流服务模式，开源生态逐步丰富。
3.产业链下游：应用领域众多、发展潜力大
量子计算下游应用领域众多，如在科研、金融、化工、交通、制药、军工、电力等不同领域具有可观的应用前景。但总体来看，目前量子计算机在下游尚未实现规模化的商业落地，仍处在早期探索阶段，科研领域为量子计算机商业落地的主要领域，如IBM、IQM为代表的超导量子计算企业在全球合计销售超100台商用设备，客户主要集中于高校、国家实验室以及大型科技公司。当前，量子计算在各个领域积极探索应用。量子计算在各领域应用潜力巨大，但目前尚未展现出量子计算在指数级加速或量子优越性方面的突破，从理论探索到商业化落地有待进一步探索。
（1）金融领域。量子计算在金融领域具有巨大的应用潜力，主要系其复杂非线性的系统特性和对大规模数据处理的迫切需求。量子计算将有望革新投资组合优化、模拟定价、欺诈侦测等多种能力。根据麦肯锡数据，在量子计算创造短期价值的100个案例中，金融领域占了28个，在众多行业中位列第一。IBM、PsiQuantum以及玻色量子等公司在金融领域凭借技术实力和商业化落地成果处于行业领先地位。如，作为全球量子计算硬件与解决方案的核心供应商，IBM在金融领域的量子应用布局极具标杆性。公司与汇丰银行合作中，借助IBM公司最新的Heron量子处理器优化欧洲场外债券市场交易流程，让报价成交概率估算效率提升34%，创下债券交易领域首个量子应用案例。玻色量子作为国内相干光量子计算的领军者，先后与光大科技、平安银行、华夏银行等达成深度合作，比如和光大科技推出“天工经世”量子量化平台，其量子CIM策略相较传统模拟退火算法收益提升12.7%，面对500只以上的股票池，量子处理器仅需47分钟就能完成最优仓位配比。
（2）化工领域。量子计算在化工领域的应用主要体现在对分子结构和反应过程的精确模拟上，为化学品的设计与开发提供了全新的研究视角和技术支撑，在化学合成、材料设计、能源开发等方面前景广阔，能够助力化工行业研发创新、降本增效、绿色发展。D-Wave、谷歌、本源量子、KipuQuantum等公司联合巴斯夫、埃克森美孚等全球化工巨头积极探索量子计算在化工领域的应用。其中，D-Wave联合巴斯夫研发了混合量子计算应用，旨在让量子与经典计算协同优化生产计划，这一应用的设计目标包括减少不同产品之间的切换时间、加快液体储罐卸载速度、并最大限度地压缩产品交付延迟。通过实际验证，该混合量子计算应用表现远超传统工业求解器，将后者耗时10小时的生产排程运算，压缩至仅5秒即可完成。本源量子推出的量子计算化学模拟仿真软件ChemiQ，可计算分子单点能、势能曲线等关键性质，支持元素周期表前111号元素和18种键型的分子模型搭建，能满足化工材料合成中化学反应特性探究的核心需求。
（3）生物领域。量子计算在生物领域的应用主要包括基因诊断、药物研发、基因组学研究、蛋白质结构预测等关键环节。如量子计算在药物研发中的靶点识别、分子预测与设计等过程中，实现获得动态、精确的构造过程。根据麦肯锡数据，新药从开始研发到推向市场平均需要二十亿美元和十年以上的时间，而量子计算可以赋能制药各个环节，使目标识别、药物设计和毒性测试不再依赖试验和错误，大幅提升效率和精准性。当前，应用于生物医药的量子算法的开发和优化仍处于初级阶段，许多算法尚未经过充分验证。IBM、谷歌、玻色量子、图灵量子以及本源量子等在生物领域积极布局。其中，本源量子联合中科大、合肥综合性国家科学中心人工智能研究院，成功实现全球首个基于量子编码技术的药物分子性质预测应用，该技术推动HIV抗2