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 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 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

处理能力的智能图像传感器、支持多种气体同时检测的 MEMS 传感器阵列、基于量子技术的超高灵敏度磁场传感器等。这些新型传感器不仅 在性能指标上有显著提升，更重要的是从设计之初就考虑了与 AI 系统的深度集成，支 持模型的在线更新、参数的动态调整、数据的智能预处理等功能。 展望未来，多模态智能将向着更加自然、更加智能的方向演进。随着脑机接口、量子 传感等前沿技术的成熟，人类将能够感知和理解更加丰富的信息维度。同时，多模态 业。同时，国际 合作也将持续深化，不同国家和地区的卫星系统开始互联互通，共同构建全球化的服 务网络。 展望未来，星地融合网络将继续向着更高性能、更低成本、更广覆盖的方向发展。随 着激光通信、量子通信等新技术的应用，星地之间的数据传输速率将达到 Tbps 级别。 同时，在轨服务、在轨制造等新模式将进一步降低卫星运营成本。更重要的是，星地 融合将与人工智能、区块链、元宇宙等新技术深度结合，创造出全新的应用场景和商 全、通信测试 认证、运维服务等。这些技术和服务确保了通信网络的高效运行和持续演进。 展望未来，通信技术将继续沿着更快、更广、更智能的方向演进。6G 研发已经全面启 动，太赫兹通信、可见光通信、量子通信等前沿技术正在从实验室走向原型验证。通 · 16 信将不仅连接人与人、人与物、物与物，还将连接虚拟与现实、地球与太空、现在与 未来。通信技术将成为构建智能社会的神经网络，支撑人类文明向更高维度发展。在

如以 CPU/GPU 为核心的通用计 算、以 AI 加速芯片为代表的智能计算、以超级计算中心为载体的高性能计算，以及尚处于 探索阶段的量子计算。其中，量子计算凭借量子叠加与纠缠特性，在大数分解、量子模拟等 特定领域展现出经典计算难以企及的潜力，却受限于量子比特稳定性等技术瓶颈，暂无法独 立承担通用计算任务。这些算力平台架构各异、生态割裂，难以实现统一系统下的高效协同 和支撑未来科技范式变 面对这一系统性挑战，“四算一体”被视为构建全域算力协同体系的关键方向，其核心 愿景是构建支持通算、智算、超算与量子计算的统一编程、统一调度、统一互联的协同架构， 使不同计算范式在共享资源池中各尽所长、协同工作。未来的“四算一体”系统，将使得 AI 任务能动态调用最适合的计算资源，既可借助智算完成大模型推理，也可调度超算加速 科学模拟，甚至通过量子计算处理特定超复杂问题。在这一范式下，计算将不再是孤立平台 的能力叠加，而是

光本位智能科技（上海）有限公司 华为技术有限公司 昆仑芯（北京）科技有限公司 沐曦集成电路（上海）股份有限公司 摩尔线程智能科技（北京）有限责任公司 锐捷网络股份有限公司 上海曦智科技有限公司 上海图灵智算量子科技有限公司 苏州盛科通信股份有限公司 苏州奇点光子智能科技有限公司 无锡芯光互连技术研究院有限公司 新华三技术有限公司 中兴通讯股份有限公司 面向大规模智算集群场景光互连技术白皮书 (2025) ，缺乏统一标准 面向大规模智算集群场景光互连技术白皮书 (2025) 21 导致集成成本高。未来产业可通过采用晶圆级光学技术集成微透镜阵 列，并结合先进封装方案，将系统损耗降低；光源侧可采用量子点光 频梳激光器，减少光纤用量并降低功耗并通过标准化统一光源电气与 机械参数，进一步优化能效与互操作性。  基于VCSEL的光引擎方案 VCSEL方案依托垂直出光结构带来的光路设计灵活性，以及高密度 电路键合， 为短距互连带来一种能效与密度兼具的潜力方案。 图 2-17 AVICENA MicroLED的光引擎方案示例 基于Micro-LED的光互连方案技术趋势着重于优化驱动电路、改进 量子阱材料结构、延长激光源使用寿命以适配大规模集群的高可靠性 需求。 总体来看，硅光方案因其性能优、CMOS工艺集成高等特性已形成 较成熟的产业和标准牵引，VCSEL阵列依托既有的短距应用在NPO方案

能力突出、能耗低等优势，突破电子计算在速度、功耗、带宽上的瓶颈，满足高 算力场景下的高效计算需求。 按照计算原理的不同，光计算可以分为光量子计算和光经典计算。 光量子计算利用光的粒子性（如叠加、纠缠等），对光子进行操控及测量来 实现量子计算。目前，光量子计算技术处于早期发展阶段，主要以技术探索和解 决特定问题为主。 光经典计算利用光的波动性（如衍射、干涉等）实现电子计算机的功能。与 电

（二）布局量子计算与后量子密码 量子计算的发展将对供应链金融中的加密技术和风险控制产生颠覆性影响。 一方面，量子计算的强大算力理论上可以破解目前广泛使用的 RSA 等公钥加密算 法，对供应链金融中的数据安全和隐私保护提出了严峻挑战。为此，金融机构和 科技平台需要提前布局后量子密码（Post-Quantum Cryptography, PQC），即研 发和部署能够抵抗量子计算机攻击的新型加密算法，如基于格、哈希或编码理论 发和部署能够抵抗量子计算机攻击的新型加密算法，如基于格、哈希或编码理论 的密码学方案，确保未来数据传输和存储的安全。 另一方面，量子计算在风险控制领域也蕴含着巨大的赋能潜力。供应链金融 的风险评估涉及处理海量、高维度的复杂数据，需要模拟多种市场情景和信用事 件。量子计算的超强并行计算能力可以极大地加速这些复杂模型的运算，实现对 金融市场波动、信用违约概率、操作风险等更精确、更快速的模拟和预测。例如， 它可以高效地模拟极

数，优化实验流程和候选对象。 总之，人工智能可以有效整合不同学科 的数据和知识，打破学科壁垒，促进多学科 深度融合，解决学科的挑战性问题。跨学科 合作不仅拓展了各学科的研究边界，还催生 了计算生物学、量子机器学习、数字人文等 新兴学科。 1. P. Berens. et al. AI for science: an emerging agenda. arXiv Preprint, https://arxiv 跨尺度数据融合、大规模优化的稳定性等问 题。这些前沿挑战的解决将促使二者进一步 深度融合，可能颠覆传统深度学习框架，催 生更高效、稳定、可解释的新一代计算方法 与技术。同时，人工智能算法必须与底层硬 件（如类脑、光计算、量子计算等新型架构） 深度匹配，才能充分释放高性能计算机的算 力，为大规模模型训练和推理提供保障，从 而持续推动人工智能与科学计算协同进步。 5. 复杂系统 非线性科学和复杂性研究涉及多学科交 数据驱动的模式识别、复杂系统建模和高效 算法优化等方面展现了强大的潜力。AI 与物 理学的交叉研究旨在通过将人工智能技术与 物理学研究相结合，发现新物理规律、优化 实验设计、加速材料发现和推动理论创新。 在计算物理、量子物理、天体物理和生物物 理学等领域，AI 已经显示出革命性的应用潜 力。 1.2 最新进展 1.2.1 计算物理的范式革新 基 于 图 神 经 网 络 (GNN) 等 模 型 的 应 用，

4 — 推进，不同链之间有效实现轻节点验证和跨链状态同步，将跨链 结算时间压缩至毫秒级，大幅提升互操作性。在安全可靠方面， 抗量子技术通过升级加密算法、优化密钥管理及增强异构链兼容 性，抗量子签名算法，通过桥接器生成目标链密钥对，为跨链生 态构建了抵御量子威胁的“安全底座”。 隐私保护与区块链技术融合应用方面，2024 年我国首个区块 链专用计算硬件开放架构 BUDA“菩提”正式发布隐私计算技术，

记录故障信息 • 历史参数可查可追溯 • 实现售后的降本增效 • 沉淀知识库 3.13 . 网络和数据安全 制造业的数字化进程推动了 OT 与 IT 的 深度融合，但是物联网、5G、量子计算和区 块链等新技术的广泛应用，也带来了网络和 数据安全的新挑战。尤其是物联网领域，它 现在正成为网络攻击的重点。西门子作为全 球领先的科技企业，在全球运营近百家工 厂，涉及数字化工业、交通、智能基础设

.................. 165 图 49：2023-2024 年服务业领域用户规模 .................................. 165 图 50：5G 和量子通信领域专利示意图 ..................................... 166 图 51：数据技术全景图 ................................. 性能逐年翻倍等。人工智能、大数据、云计算、可信数 据空间、区块链、隐私计算等数智技术表现出迭代周期更短、 技术性能更强等方面特点，并且数智领域的颠覆性技术出现 概率更大，人工智能大模型技术、脑机接口技术、量子技术 等颠覆性技术的突破，已使得过去默默无闻的小企业由于掌 握了颠覆性数智技术而一夜成名，而长期领先于业界的知名 企业也可能顷刻间跌落神坛，如 OpenAI 公司采用了大模型 技术路线推出 ChatGPT 基础产业、新兴产业和未来产业。领航产业包括先进计算产 业、智能终端产业、超高清视频产业、网络安全产业等。关 键基础产业包括集成电路、基础电子元器件、基础软件和工 业软件等。新兴产业包括云计算、大数据、人工智能、区块 链、量子信息、北斗卫星产业等。未来产业包括未来网络技 术、碳基芯片、类脑计算等。 2024 年 12 月 6 日，山东省科学技术厅等 18 部门发布 《山东省人工智能产业科技创新行动计划（2025—2027