通信行业新质生产力系列报告：量子信息技术乘风起，加速产业链发展变革

量子信息技术乘风起，加速产业链发展变革——新质生产力系列报告长城证券产业金融研究院分析师 侯宾执业证书编号： S1070522080001分析师 姚久花执业证书编号： S1070523100001证券研究报告时间：2024年5月29日强于大市（维持）◆ 核心观点◆ 量子通信、量子计算和量子测量是量子信息的三大主要应用方向。当前各国也在加快在量子信息技术产业的布局，在政府主导下，中国量子信息技术的基础科学和系统研发力量正快速成长，并成为与美欧并驾齐驱的竞争者。◆ 量子通信产业处在量子通信保密第一阶段，中国量子通信基础设施处于领先水平：量子通信主要包括：量子密钥分发、量子安全直接通信、量子隐形传态、量子数字签名等多种通信技术。目前量子密钥分发有较多的应用案例、量子安全直接通信零星实践、量子隐形传态传输未知量子态，近期取得学术的研究突破，量子数字签名目前处于学术研究验证阶段。我国目前已经建成基于光纤的量子骨干网和城域网，并发射量子通信卫星，初步形成天地一体的广域网量子密钥分发网络。根据Coherent Market Insights数据，2030年全球量子通信产业规模预计达到78.5亿美元。◆ 量子计算硬件多技术路线并行发展：量子计算主要分类两大类：以超导和硅半导为代表的人造粒子路线，第二是以离子阱、光量子和中性原子为代表的天然粒子路线。人造粒子路线可重用半导体集成电路制造工艺，在比特数量扩展方面有一定的优势，但是在提升逻辑门精度等指标方面受到基础材料和加工工艺等限制。天然粒子具有长相干时间和高逻辑门精度等优势。IDC预测，2022年量子计算的销售额将达到11亿美元，并将以48.1%的复合年增长率增长，到2027年达到76亿美元。◆ 投资建议：网络运营/平台：中国移动、中国联通、中国电信；软件平台：神州信息；量子计算/通信：国盾量子；量子芯片：国芯科技；光纤光缆：亨通光电；元器件：腾景科技、光迅科技◆ 风险提示：技术研发不及预期风险；监管政策不确定性风险；供应链不稳定风险；宏观经济环境波动风险。2www.cgws.com第一章：什么是量子信息技术？www.cgws.com 量子：量子（Quantum）即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为“量子”。量子是构成物质的最基本的单元，也是能量和动量等物理量的最小单位，比如光量子、电量子。 波粒二象性：基本粒子，包括原子和分子在内的任何量子都既有粒子的性质又有波的性质。是微观粒子的基本属性之一。 量子信息定义：量子力学和信息学科的交叉学科，是基于量子力学原理对光子、电子等微观粒子系统及其量子态进行人工观测和调控，借助量子叠加和纠缠等独特物理现象，以经典理论无法实现的方式获取、传输和处理信息的一门技术。1.1 量子：最小不可分割的基本单位数据来源：光子盒，《2021年全球量子信息发展报告》，《量子力学的真相》，中国电信博物馆，中科院物理所，长城证券产业金融研究院www.cgws.com4图表：波粒二象性照片图表：量子信息的物理基础和基础不可克隆性未知量子态不可以被精确复制，是的每个复制比特与初始量子比特相同，这个是量子密码安全性的基础，也是信息提取不可逾越的障碍01非局限性两个相互纠缠的微观粒子存在非局域关联，对其中之一施加作用，另一粒子瞬间感应到这种影响，并发生相应的状态变化。02量子态的叠加微观粒子的各种观测量（位置、动量、能量等）一般不具有确定值，量子世界的粒子状态必须满足态的叠加原理。从根本性上赋予量子计算“并行计算”的能力。031.2.1 量子信息中基础概念一：量子比特◆ 量子比特：1992年被发明使用，经典计算机的基本运算单位是比特（Bit），计算机的基本单元是量子比特（Qubit），也叫作量子位或者量子元。◆ 量子比特是0和1的叠加态：比特只有两个可能的状态，即0和1。而量子比特是一种叠加态，它有两个本征态，即|0>和|1>，它们形式地对应于经典的0和1。但是，一个量子寄存器在任何时刻的状态|y>，不是“之一”，而是两种本征态的叠加。◆ 布洛赫球面：量子比特可能的状态有无穷多，因为布洛赫球面上有无穷多个点，每个点都是一个叠加态。但比特和量子比特也有相同之处：任何时刻所处的状态只是一个。www.cgws.com5数据来源：墨子沙龙，长城证券产业金融研究院图表：比特和量子比特1.2.2 量子信息中基础概念二：量子叠加量子叠加：一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上，在量子系统重，量子态是指微观粒子所处的一系列不连续的恒稳运动状态。薛定谔作为经典物理学派的代表，将量子物理学派信封的微观世界的“概率性”，关联放大到宏观世界中，来违反人们生活中的常识，但是薛定谔的猫的试验还是存在一定的漏洞：1、微观世界的概率性特性，不应该对应着宏观世界的具体事物，存在失效的边界。2、实验中的“毒气释放装置”需要探测到放射性物质发生衰变，才能够出发并导致猫的死亡，只有大量放射性物质衰变的时候，才能够超过探测器阈值，而大量衰变事件仍属于一个宏观事件。3、探测器来探测放射性物质是否发升衰变本身就是一种观察方式，无论是否打开盒子。www.cgws.com6图表：薛定谔的猫数据来源：墨子沙龙，众诚智库，科学大院，长城证券产业金融研究院◼ 薛定谔的猫的试验◼ 在薛定谔的思想实验中，一个封闭的盒子内装有一只猫，一瓶毒药和一个在实验过程中有50%的机会衰变的放射性原子。◼ 有50%的几率放射性原子不会衰变，猫会活下来。根据量子理论，猫在同一时间既是活的又是死的——只有当我们打开盒子查看时，它才真正成为其中的一个状态1.2.3 量子信息中基础概念三：量子纠缠◼量子纠缠：当几个粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性以综合成为整体特性，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质。如果两个量子比特构成一个量子纠缠态，无论携带两个量子比特的粒子相距多远，只要一个量子比特的测量状态发生改变，另一个状态也马上发生改变。www.cgws.com7图表：量子信息的三个重要方向数据来源：前瞻产业研究院，《2021年全球量子信息发展报告》，长城证券产业金融研究院量子通信量子计算量子传感与测量技术原理量子力学原理，通过移动量子态来实现信号、信息和量子态的转移和传输遵循量子力学规律来调控量子信息单元进行计算的新型计算模式基于量子体系纠缠、压缩、高阶关联登特向实现对量子态的操控和测量应用场景量子密钥分发量子隐形传态技术量子处理器量子时频同步、量子重力测试、量子磁场测量、量子定位导航、量子目标识别等。具体行业军事国防、国家政务、金融交易、互联网云服务、电力系统等领域的信息安全保障服务生物制药、材料研发、分子化学、资源勘测等；在AI、量化金融、密码解析、交通优化等大规模计算领域，加速机器学习和大数据处理能力等军事国防、航空航天、生物医学、能源勘测、交通运输、灾害预警等。1.3 产业联盟兴起，各国加快产业布局www.cgws.com8图表：全球代表性量子信息产业联盟概况数据来源：《量子计算发展态势研究报告（2023年）》，前瞻产业研究院，长城证券产业金融研究院◼全球多国相继成立量子信息领域产业联盟，成员涵盖量子企业、研究机构以及行业用户，持续推