全球量子计算产业发 展展望 2025/02 全球量子计算产业 发展展望 2025/02 量子科技年度系列报告 2025 当人类文明迈入21世纪第三个十年，量子计算已不再是实验室里的科 学畅想，而是成为重塑全球科技版图的核心变量。2024年，谷歌"Willow" 量子处理器与中国"祖冲之三号"芯片的相继问世，标志着量子计算正式进 入中美双极竞速的新纪元。2025年，这场关乎未来技术主权的博弈将迎来 权的博弈将迎来 历史性转折——技术突破、产业融合与地缘战略的交织，正在为全球量子 计算格局写下新的注脚。 美国凭借其深厚的芯片技术积淀与算法创新能力，构建了量子计算领 域的"技术护城河"。从IBM的量子体积突破到谷歌的纠错算法迭代，美国企 业依托顶尖人才池、资本聚合效应和开放的创新生态，持续巩固硬件与软 件的双重优势。然而，技术壁垒并非不可逾越的高墙。中国以举国体制为 支撑，在量子网 开辟了一条"量子-智能"协同 发展的独特路径。 当下，全球量子计算的竞争逻辑已悄然改变：算力竞赛的终点不再是 单一的物理比特数，而是量子计算与人工智能、网络通信、产业场景的深 度耦合能力。值得警惕的是，量子计算的产业化进程正面临"技术理想主义 "与"商业现实需求"的撕裂。超导与光量子技术路线的分野、专用与通用量 子计算机的博弈、短期场景落地与长期战略投入的权衡，都在考验各国政 府的战

全球科技与产业版图的战略变量。过去一年中，谷歌“Willow”量子处理器 和中国“祖冲之三号”芯片的相继亮相，不仅象征着量子计算从实验室变量 向“文明常量”的转变，也预示着全球科技竞争正迈向一个全新的阶段。在 这一历史性节点上，量子计算、量子安全与量子传感三大领域的技术突破 和融合发展，共同构筑起未来科技竞争的核心支柱。 量子计算领域，美国依托深厚的芯片技术和算法创新，构建起硬件与 软件双重优势，而中国则以举国体制推动在超导、离子阱、量子网络等多 实现了跨越式进化， 即国际计量标准量子化，目前各项传感技术正从传统的单点应用向网络化 协同迈进。 本报告综合了从北美、欧洲、中国到亚太各区域的全球量子科技产业 发展现状与趋势，系统梳理了量子计算、量子安全与量子传感三大核心领 域的核心技术进展、产业融合以及政策布局情况，深入剖析了当前技术理 想与商业现实之间的矛盾与挑战。报告不仅关注单独硬件的提升，更强调 量子技术与人工智能、网络通信及各产业应用的深度耦合，以及探讨各机 域发生的重要事件，涉及数据及信息以公开资料为主，以及对公 开数据的整理。并且，结合发布之时的全球经济发展状态，对短 期未来可能产生的影响进行预判描述。 03 本报告重点关注2024年度量子计算细分行业发生的相关内容，以 当地时间报道为准，以事件初次发布之时为准。对同一内容或高 度相似内容的再次报道，若跨年度，不视为2024年发生的重要事 件。 04 本报告版权归光子盒研究院所有，其他任何形式的使用或传播，

8 （二）我国能源化工行业向高端化、智能化、绿色化演进 ... 8 三、工业互联网赋能体系架构 ...........................10 （一）设备边缘层提供物联设备接入和边缘计算能力 ...... 10 （二）资源层提供底层基础设施支撑能力 .................12 （三）平台层提供基于数据模型贯通的技术服务能力 ...... 14 （四）应用层提供场景化解决方案服务能力 型升级、新兴产业加速发展壮大。 近年来，工业互联网在实体经济数字化转型中扮演着愈发 重要的角色。作为数字经济与实体经济融合的重要载体，工业 互联网深入能源、化工、交通等多个领域，提供强大的网络连 接、计算处理和数据分析等新型能力支撑，通过优化资源配置 和促进产业链协同，推动各行业研发模式创新与生产流程优化， 助力传统工业制造体系和服务体系的重构。 如今，新一轮科技革命深入发展，技术创新进入了前所未 应用为传统工业发展带来全新范式。汇聚了算力、数据、算法 及知识的工业互联网，已经成为人工智能技术落地的重要载体。 通过工业知识注入，实现工业机理与通用人工智能大模型的有 机结合，一系列具备工业文本生成、知识问答、理解计算、代 码生成及多模态处理等核心能力的工业大模型不断涌现，进一 步助力实体经济的数字化转型。 （二）全球工业互联网的发展 工业互联网概念由 GE 公司于 2012 年首次提出。GE 将工业

. . 考虑 AI 法规对 能源使用。 使用 AI 使政府运营脱碳。 关于 AI 的能量使用和碳排放的事实 准确估算 AI 的能源使用和碳排放 系统在其生命周期中具有挑战性 ， 因为这些计算 取决于许多复杂的因素 ， 包括有关芯片的详细信息 ， 冷却 使用的系统、数据中心设计、软件、工作负载和能源 用于发电。这个问题不是 AI 独有的。作为一组 能源研究人员在一篇文章中描述了这个问题Annual 纽约到旧金山可产生约 2, 000 磅的 CO2 每位乘客的排放量。研究人员还估算了碳 用于训练用于神经架构搜索 (NAS) 的 AI 模型的发射 自动寻找一个或多个神经网络的技术 给定任务的体系结构 - 计算最复杂的体系结构之一 机器学习中的问题。具体来说 ， 他们评估了能量 使用 NAS 来创建更好的英语 - 德语机器 翻译模型。11 研究人员估计 ， 训练模型 问题产生了 626, 155 磅的 CO2排放量 但批评人工智能的团体一再引用 最初的不正确研究他们要求决策者减少 对大规模计算资源的投资。例如 ， 美国 公民自由联盟 （ ACLU ） 致信科学和 2021 年 10 月的技术政策 (OSTP) 抱怨 白宫计划中的国家人工智能研究的 “环境成本 ” 资源 (NAIRR) ， 并认为 “NAIRR 应该专注于提供 替代关注数据和计算的应用程序 许多工业和研究实验室。 “20 同样 ， 人工智能中心和 数字政策在

第六章 总结与展望 48 总指数 分指数 数字生活指数 中国联通智慧足迹数据科技有限公司总经理 李振军 社会纠纷搜索指数 华院计算技术（上海）股份有限公司社会治理算法负责人 于祥雨 低碳排放综合指数 北京大学工学院教授、北京大学长沙计算与数字经济研究院副院长 宋 洁 城市交通健康指数 高德云图城市交通业务总监 林云青 数字出行绿色指数 滴滴出行资深技术总监 杨 毅 长三角一体化发展指数 成全球规模最大的一体化算力网络，智能算力总规模达 90EF，数据存储规模约达 1580EB。未来建议在 新疆、内蒙古、青海等电力低成本供给区，重点部署智算万卡级集群，对接湖南、广东等地计算产业打 造绿色智能计算生态；在长三角、粤港澳等产业集聚区，布局边缘算力节点满足实时响应需求，“全国 一盘棋”布局规模以上算力基础设施。做优做强全国一体化算力网络体系。布局新一轮“东数西算”国 家枢纽节点， 数字规制是影响主体的四类关联要素。其中前三 类是物质性的资源要素，也是数字化的前提，可大致对应算力、算法和数据。数字规制是符号性的制度要素。 具体看来，基础设施是数字化的前提条件，保障数据收集、计算、传输、存储的算力设施是数字时代基 础设施的硬件底座。技术创新是数字化的驱动力量，其中硬件技术创新与算力关联，软件技术创新在很 大程度上体现为算法创新。数据资源是数字生态的核心要素。数字规制指立法或行政主体针对数字化施

纤维素基纳米发电机规模化制备工艺及装备。 2.1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读 2.1.2.1 船舶数字孪生系统 迈入 21 世纪，船舶数字化、智能化、网络化转型逐渐成为全球船舶工业发展的重要趋势。随着云计算、 物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的发展与成熟，船舶工业迎来转型发展的新机遇。以转型升 级为目标，各国相继出台政策推动智能船舶发展。其中，船舶数字孪生系统作为推动船舶工业信息物理融合、 备的迅速发展，以及神经网络等 AI 基础算法性能的大幅提升，基于深度图像的场景解析技术的精度和稳 定性都得到了显著提高，成为感知领域的热门技术。 为了应对高质量数据的稀缺性、现实环境的多样性、计算资源的有限性等问题，提高弱标注或无标注 数据的利用率、增强跨域过程中兼顾记忆力和泛化性的能力、网络结构轻量化和提高时域信息关联能力已 成为当前基于深度图像的场景解析领域的研究热点。相关研究主要分为以下三个方面： （5）基于图像特征的高精度距离识别技术 基于图像特征的高精度距离识别技术是利用目标图像中的特征信息分析来获取目标距离、深度和定位 26 全球工程前沿 Engineering Fronts 全球工程前沿 2024 的技术，它是计算机视觉和机器学习领域的一个重要分支，应用于精密机器测量、机械手高精度运动定位 与控制、交通建筑变形沉降等地质灾害实时检测、飞船对接、危险环境的机械手自动化作业引导、目标在 空间的高精度定位等。

战略演进。在国家数字化战略的引领下，能源领域已成为技 术创新和应用的先锋。2022年1月发布的《“十四五”现代能 源体系规划》中明确了数字化和智能化在能源产业升级中的 核心地位，倡导利用人工智能、云计算、区块链、物联网和 大数据等前沿技术实现能源系统的全环节智能协同。2023年 相继发布的《数字中国建设整体布局规划》和《关于加快推 进能源数字化智能化发展的若干意见》强调了能源等关键领 域加 动能源产业清洁低碳转型、支持新型电力系统建设、促进油 气行业绿色低碳发展以及构建数字能源生态系统中的关键作 用。这一规划的发布标志着中国能源战略正向智能化和自动 化的深层次发展迈进，旨在通过新一代信息技术，如人工智 能、云计算、区块链、物联网和大数据，实现能源系统的高 效预测、预警、联合调度和远程控制。2024年7月，随着《加 快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》的发布， 新型电力系统的建设目标被进一步细化。该方案围绕“清洁 用，促进能源生产、运输、 消费等各环节智能化升级， 推动能源行业低碳转型 2022.01 2022.06 2023.03 2022.03 2023.02 2024.07 加强新一代信息技术、人工智能、 云计算、区块链、物联网、大数据 等新技术在能源领域的推广应用。 适应数字化、自动化、网络化能源 基础设施发展要求，建设智能调度 体系，实现源网荷储互动、多能协 同互补及用能需求智能调控 加强电网基础设施建设及智能化升

战略演进。在国家数字化战略的引领下，能源领域已成为技 术创新和应用的先锋。2022年1月发布的《“十四五”现代能 源体系规划》中明确了数字化和智能化在能源产业升级中的 核心地位，倡导利用人工智能、云计算、区块链、物联网和 大数据等前沿技术实现能源系统的全环节智能协同。2023年 相继发布的《数字中国建设整体布局规划》和《关于加快推 进能源数字化智能化发展的若干意见》强调了能源等关键领 域加 动能源产业清洁低碳转型、支持新型电力系统建设、促进油 气行业绿色低碳发展以及构建数字能源生态系统中的关键作 用。这一规划的发布标志着中国能源战略正向智能化和自动 化的深层次发展迈进，旨在通过新一代信息技术，如人工智 能、云计算、区块链、物联网和大数据，实现能源系统的高 效预测、预警、联合调度和远程控制。2024年7月，随着《加 快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》的发布， 新型电力系统的建设目标被进一步细化。该方案围绕“清洁 用，促进能源生产、运输、 消费等各环节智能化升级， 推动能源行业低碳转型 2022.01 2022.06 2023.03 2022.03 2023.02 2024.07 加强新一代信息技术、人工智能、 云计算、区块链、物联网、大数据 等新技术在能源领域的推广应用。 适应数字化、自动化、网络化能源 基础设施发展要求，建设智能调度 体系，实现源网荷储互动、多能协 同互补及用能需求智能调控 加强电网基础设施建设及智能化升

人机交互、系统集成等共性技术和协同设计、智能排产、个性化定制等应用技术。支持企 业开展设备更新，推广应用可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）等工控 系统和工业机器人、智能检测装备、计算机辅助设计（CAD）、制造执行系统（MES）、 供应链管理系统（SCM）等智能装备和工业软件。 3.加快工业互联网平台部署。鼓励大型企业、地方等结合行业和区域优势，培育综合 型工业互联网平台， 加大科创类债券投资配置力度，推动保险机构投资资产支持计划等证券化产品。 政策法规汇编 4 月刊 — 40 — 五、加强科技金融专业能力建设 （十）强化数字赋能。鼓励金融机构加大数字化转型投入，运用云计算、大数据、人 工智能、机器学习、隐私计算等技术，研发数字化经营工具，集成展示科技型企业评价、 评估结果，增强企业识别和筛选能力，提升经营管理质效和风险防控水平。支持 GB 18030 《信息技术 中文编码字符集》运 础设施标准研制。开展风电装备产业标 准体系研究。完善第五代移动通信（5G）标准体系，推动 5G 轻量化、5G 毫米波、天通卫 星功能等智能终端标准制定。 （八）加强新兴产业标准建设。优化完善云计算、大数据、区块链、北斗导航等新一 代信息技术标准，统筹推进新一代信息技术基础通用、关键技术、产品服务、行业应用、 安全治理等标准制定，助力突破一批面向融合应用的新一代信息技术应用产品。加快构建