量子信息技术发展与应用研究报告（2025年）-中国信通院-71页

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No.202505 中国信息通信研究院 2025年11月 量子信息技术发展与应用 研究报告 (2025 年) 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。 转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的， 应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，本 院将追究其相关法律责任。 前 言 以量子计算、量子通信和量子精密测量为代表的量子信息技术， 是量子科技的重要组成部分，有望带来重大技术范式变革和颠覆性 创新应用，已成为培育新质生产力、打造创新发展新动能的重要方 向。量子信息发展已进入科技攻关、工程研发、应用探索与产业培 育相互带动、一体化推进的关键期。全球 30 余个国家和地区制定发 布量子信息领域战略规划或法案，投资总额超 350 亿美元。 近年来，量子信息三大领域科技创新与应用成果不断涌现，企 业数量和市场投融资增长迅速，量子计算明星企业成为市场追捧对 象，突破量子纠错能力是未来竞争焦点，量子计算与人工智能的融 合创新与双向赋能成为关注热点，量子保密通信在电信运营商和行 业专网等推动应用探索，抗量子加密算法标准研制与升级迁移渐成 趋势，量子精密测量在能源电力、生物医疗等领域加快应用落地。 我国高度重视量子信息技术发展与应用，加快推动科技创新和产业 创新深度融合，在政策布局、科研攻关、产品研发、应用示范和产 业生态培育等方面，取得了一系列重要进展和成果。 自 2018 年起，中国信息通信研究院连续八年发布《量子信息技 术发展与应用研究报告》，成为管理部门和业界掌握量子信息国内外 发展动态的重要参考。本报告对近一年来全球量子信息领域总体发 展态势、最新技术研究与应用进展、行业发展趋势和热点问题进行 分析探讨，为凝聚业界发展共识合力持续贡献力量。 目 录 一、量子信息领域总体发展态势................................................................................1 （一）量子科技为信息技术赋能，引领未来产业变革.....................................1 （二）量子信息技术是全球关注热点，国际竞争激烈.....................................3 （三）量子信息领域科技创新活跃，中美处第一梯队.....................................6 （四）量子企业数量持续增长，市场投融资热度高涨.....................................9 二、量子计算研究与应用进展..................................................................................13 （一）硬件多技术路线竞相发展，亮点成果不断涌现...................................13 （二）量子纠错研究持续推进，距离实用化尚有差距...................................18 （三）软件与云平台开放探索，技术成熟度仍需提升...................................20 （四）应用场景探索广泛开展，跨领域融合备受关注...................................25 （五）产业生态初步形成，基准测评体系是重要支撑...................................28 三、量子通信研究与应用进展..................................................................................33 （一）量子保密通信科研多方向探索，实验成果丰富...................................33 （二）量子保密通信拓展应用场景，提质降本是关键...................................36 （三）抗量子加密迁移成为共识，我国启动标准研制...................................39 （四）量子信息网络前沿研究活跃，实用化仍有差距...................................43 四、量子精密测量研究与应用进展..........................................................................47 （一）技术路线与应用领域丰富多样，战略价值突出...................................47 （二）传感测量精度持续提升，物理量范围不断拓展...................................50 （三）应用探索多点开花，能源与医疗领域进展迅速...................................54 （四）产业生态格局逐步完善，与 AI 融合受业界关注.................................58 五、量子信息领域发展前景展望..............................................................................61 （一）三大领域技术持续演进，应用场景进一步拓展...................................61 （二）量子信息技术与产业发展动能集聚，未来可期...................................63 图 目 录 图 1 美国 NQI 项目量子信息各领域投资分布.........................................................4 图 2 量子信息各领域（a）科研论文（b）发明专利年度增长趋势......................6 图 3 量子信息各领域全球科研论文数量前十位国家..............................................7 图 4 量子信息各领域全球科研论文数量前十位机构..............................................7 图 5 量子信息各领域我国专利申请数量前十位省市..............................................8 图 6 全球量子信息企业（a）技术领域分布（b）年度增长趋势..........................9 图 7 全球量子信息企业（a）国家分布（b）技术领域分布................................10 图 8 量子信息领域企业投融资事件数量与金额年度变化趋势............................11 图 9 量子计算主要技术路线核心指标发展趋势....................................................14 图 10 谷歌 Willow 超导量子计算芯片表面码纠错实验........................................18 图 11 量子计算软件技术体系架构..........................................................................21 图 12 国内外开放服务的主要量子计算云平台概况..............................................23 图 13 欧美量子计算产业生态体系概况..................................................................29 图 14 中国信息通信研究院更新发布量子计算测评体系 2.0................................32 图 15 新型协议 QKD 系统实验（a）TF-QKD（b）MP-QKD.............................33 图 16 QKD 应用场景探索（a）英国现网实验（b）我国无人机实验................. 37 图 17 美国 NIST 抗量子加密（PQC）标准化发展历程....................................... 40 图 18 荷兰代尔夫特理工提出量子网络操作系统 QNodeOS................................ 47 图 19 量子精密测量主要技术路线和物理量..........................................................48 图 20 量子精密测量技术体系框架..........................................................................49 图 21 量子精密测量技术在生物医疗领域应用场景..............................................57 图 22 量子精密测量产业发展成熟度......................................................................58 表 目 录 表 1 全球主要国家量子信息领域战略规划与投资概况...........................................3 表 2 全球量子信息领域 2025 年企业融资金额前十事件.......................................12 表 3 全球光钟领域代表性研究成果.........................................................................51 表 4 量子精密测量技术产品在电力行业典型应用.................................................55 量子信息技术发展与应用研究报告（2025 年） 1 一、量子信息领域总体发展态势 （一）量子科技为信息技术赋能，引领未来产业变革 量子科技基于量子力学原理，通过对微观物理系统量子态的精 确制备、调控和测量，利用量子叠加、量子纠缠、量子隧穿等独特 物理现象，助力发现新物态、构筑新结构、开发新材料，与信息、 通信、材料、能源等领域交叉融合，催生颠覆性技术与应用创新。 量子信息技术是量子科技重要组成部分，主要包括量子计算、量子 通信和量子精密测量三大领域，利用量子调控技术实现信息的感知、 计算与传输，在提升计算复杂问题运算处理能力、加强信息安全保 护能力、提高传感测量精度等方面，具备超越经典信息技术潜力， 有望成为重塑科学探索范式、变革信息技术体制、推动数字经济演 进的发展新动能。 量子计算是以量子比特为基本单元，利用量子叠加与干涉等实 现并行计算的新型计算范式，具备求解计算复杂问题实现指数级加 速的潜力，是推动算力跨越式发展的重要方向。当前，多种技术路 线并行发展，科研探索与原型机研发进展迅速，量子优越性获得实 验演示，应用探索广泛开展但尚未实现“杀手级”应用突破。突破量 子纠错构建可容错逻辑量子比特，明确通用量子计算技术路径，在 实用化问题中验证量子计算加速能力并推动商业化落地是发展方向。 量子通信是基于量子叠加与纠缠等效应，在经典信道辅助下实 现密钥分发或量子信息传输的新型通信方式。以量子密钥分发 量子信息技术发展与应用研究报告（2025 年） 2 （QKD）、量子随机数发生器（QRNG）等为代表的量子保密通信初 步实用化，样机产品与示范应用逐步落地，产业发展需推动产品服务提 质降本。未来发展方向是基于量子隐形传态、量子存储中继和量子态转 换等关键技术，构建连接量子计算机和量子传感器的量子信息网络， 当前仍处于前沿探索和原型实验阶段，距离实用化有很大差距。 量子精密测量通过对物理量变化引起的量子态演化进行调控与 观测，实现超越经典技术极限的高精度传感测量，测量分辨率、灵 敏度与稳定性等指标带来数量级提升，主要包括时频基准、电磁场 测量、重力测量、惯性测量、目标识别、痕量检测等技术方向。微波原 子钟、冷原子重力仪、光量子雷达、量子磁力计等已实现商业化应用， 光学原子钟、原子陀螺仪、原子天线等开展样机研发与应用验证，在国 防军工、航空航天、生物医疗、资源勘测等领域应用前景广阔。 量子信息技术开辟未来产业新赛道。量子信息领域已进入科技 攻关、工程研发、应用探索和产业培育相互带动、一体化发展关键 阶段，推动核心技术攻关突破、加快科技成果落地转化、培育产业 生态体系，是打造未来产业竞争力的核心。2025 年我国政府工作报 告1提出：建立未来产业投入增长机制，培育生物制造、量子科技、 具身智能、6G 等未来产业。量子科技与产业领域的发展规划、总体 方案、产业行动与细分领域发展意见等政策体系持续完善，发展目 标和重点任务进一步明确。合肥、北京、上海、粤港澳大湾区等地 1https://www.gov.cn/yaowen/liebiao/202503/content_7013163.htm 量子信息技术发展与应用研究报告（2025 年） 3 积极推动量子科技未来产业布局先行先试，打造量子产业聚集区。8 月，北京市启动和发布了量子-人工智能协同创新联合体、北京量子 计算产业创新中心、量子信息专利池、“量子星座”新质产业生态社 区等协同创新平台2，打造资源整合、能力互补、开放共享的量子科 技产业生态。 （二）量子信息技术是全球关注热点，国际竞争激烈 量子信息技术挑战人类调控微观世界能力极限，兼具基础性、 颠覆性特征，将对国防安全、信息安全等关键领域产生深远影响， 已成为全球主要国家开展科技、经济等领域综合国力竞争，维护国 家技术主权与发展主动权的战略重点之一。截至 2025 年 8 月，全球 30 余个国家和地区制定或更新量子信息领域的发展战略规划或法案 文件。据公开信息不完全统计，投资总额已超过 350 亿美元，如表 1 所示，量子信息领域的国际竞争日趋激烈。 表 1 全球主要国家量子信息领域战略规划与投资概况 时间 战略/规划/法案 国家/地区 投资规模（美元） 2014 国家量子技术计划 英国 10 年投资约 12.15 亿 2018 量子旗舰计划 欧盟 10 年投资约 11 亿 2018 国家量子倡议法案 美国 7 年累计投资达 60.78 亿 2019 量子技术发展国家计划 荷兰 7 年投资约 7.4 亿 2019 国家量子技术计划 以色列 5 年投资约 3.3 亿 2019 国家量子行动计划 俄罗斯 5 年投资约 5.3 亿 2020 国家量子技术投资计划 法国 5 年投资约 19.6 亿 2020 量子计算机研发计划 日本 10 年投资约 17.5 亿 2021 量子系统研究计划 德国 5 年投资约 21.7 亿 2022 国家量子计算平台 法国 投资约 1.85 亿 2022 芯片与科学法案 美国 4 量子项目 5 年投资 7.65 亿 2https://www.bjnews.com.cn/detail/1755672637129878.html 量子信息技术发展与应用研究报告（2025 年） 4 2023 国家量子战略 加拿大 7 年投资约 3.6 亿 2023 国家量子战略 英国 未来 10 年投资 31.8 亿 2023 国家量子战略 澳大利亚 2030 年前投资 6.4 亿 2023 国家量子技术战略 丹麦 5 年投资约 1 亿 2023 量子科技发展战略 韩国 2035 年前投资 17.9 亿 2023 量子 2030 爱尔兰 已投资 0.24 亿 2024 国家量子任务 印度 2030 年前投资 7.26 亿 2024 国家量子战略 新加坡 5 年投资约 2.19 亿 2024 能源部量子领导法案 美国 5 年计划投资约 25 亿 2025 国家量子技术战略 芬兰 10 年投资 4.69 亿 2025 量子技术战略 西班牙 5 年投资 9.17 亿 2025 量子欧洲战略 欧盟 投资规模未公布 来源：中国信息通信研究院（截至 2025 年 8 月） 美国在量子信息领域的投资规模全球领先。2018 年，美国通过 《国家量子倡议（NQI）》法案，在量子信息领域形成了科学研究探 索、基础设施建设、公司部门合作、产业生态建设、人力资源培养、 维护国家安全、促进国际合作七个方面的体系化布局，通过能源部、 国家科学基金会、国家标准与技术研究院等机构开展项目部署。近 七年来，仅 NQI 项目在量子信息领域的累计投资已达 60.78 亿美元。 来源：《NQI 项目 2025 年度预算报告》 图 1 美国 NQI 项目量子信息各领域投资分布 量子信息技术发展与应用研究报告（2025 年） 5 《NQI 项目 2025 年度预算报告》显示3，近四年来美国量子信 息领域政府投资均达到 10 亿美元/年，如图 1 所示，投资范围主要 涉及五大领域：量子计算（QCOMP）和量子传感与计量（QSENS） 两个领域投资规模最高，占比近三分之二；量子网络（QNET）重点 支持连接量子计算机的量子信息网络前沿研究；量子基础促进 （QADV）包括量子信息科学研究项目资助和基础设施平台投资； 量子技术（QT）主要支持原型机工程化研发、供应链建设和应用场 景开发，还包括推动抗量子加密（PQC）研究与应用投资。此外， 《NQI 再授权法案》4在美国会参议院持续讨论，计划未来进一步追加投资 27 亿美元。 欧洲是推动量子信息技术产业发展的另一重要力量。7 月，欧盟 发布《量子欧洲战略》5报告，指出过去五年间，欧盟成员国在量子 信息领域的投资超过 110 亿欧元，其中 20 亿欧元支持量子科研项目， 90 亿欧元用于量子-经典计算中心建设、量子企业孵化、人才培育和 国际合作等。报告指出，欧盟成员国量子领域政策与资金布局分散， 在技术商用化方面处于落后，产业生态系统缺乏足够市场前景和持 续资金支持。针对上述问题，报告提出量子欧洲战略愿景，重点推 动以下五个领域工作：巩固欧洲量子科学领先地位，共建共享基础 设施，加强欧盟量子生态系统、将量子技术纳入欧洲的空间、安全 3https://www.quantum.gov/wp-content/uploads/2024/12/NQI-Annual-Report-FY2025.pdf 4https://www.congress.gov/bill/118th-congress/house-bill/6213/text 5https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/library/quantum-europe-strategy 量子信息技术发展与应用研究报