【东北电子 · 深度】量子科技深度报告:打破算力瓶颈,开启量子计算新纪元

量子计算基于量子叠加、纠缠等机制，能够实现相对经典计算的指数级加速，是突破摩尔定律边际放缓、应对AI时代算力需求爆发式增长的重要补充路径；在国家战略引导与产业资本投入共振下，量子计算行业正由实验室验证阶段向产业化落地快速演进。

战略定位明确，行业空间高弹性。“十五五”规划将量子科技列为未来产业首位，《政府工作报告》连续三年关注；全球量子计算市场规模由2021年8亿美元增长至2024年50.37亿美元，2030年预计达2199.78亿美元，对应CAGR达87.64%。

传统算力缺口扩大，量子计算提供新范式。AI时代算力需求愈加放大，在制程演进放缓与功耗密度约束的背景下，未来算力供需缺口或将加大；量子计算凭借叠加与纠缠带来指数级加速能力，有望成为算力供给新范式。

多技术路线并行，中美引领行业发展，海内外代差小。当前超导、光量子、离子阱、中性原子等路线并行迭代，其中超导因兼容半导体工艺、易扩展成为主流，中性原子有望成为黑马；中美在资金投入、论文与专利占比、企业数量等维度领先；国内“祖冲之三号”“九章三号”等原型机性能已实现对标国际先进水平，海内外代际差持续缩小。

产业链中上游设备或率先释放。量子计算产业链中上游包括稀释制冷机、测控系统、量子芯片等合计占比约86%，为产业链核心环节；在欧美对稀释制冷机与高端测控设备等严格管制背景下，国内企业自主创新与国产替代进程加速，部分技术已对标海外龙头。中游整机竞争激烈，我国虽起步较晚，但后来居上，多技术路线发展迅速。

应用端加速拓展，产业化落地仍需时间。下游应用在金融风控、生物医药研发、化工材料设计等领域具备相对优势，未来十年相关应用市场规模合计有望超千亿美元。

四大投资主线：政策端，从“十四五”到“十五五”持续强化战略地位，并通过政企协同推动产业化；竞争端，美国采取严管制加高投入，倒逼我国量子计算领域持续突破；产业端，量子计算机高价值量叠加国产替代优势，使中上游环节更具弹性，量超融合云服务有望商业落地；市场端，扩容潜力大且头部企业产业化与资本化进程加速。

风险提示：技术迭代进度不及预期；核心设备国产替代进展不及预期；下游应用场景验证与商业化节奏不及预期；政策支持力度变化。

量子是对参与相互作用，并呈现量子力学效应的物理系统的抽象描述。量子并非特指某一类粒子；在不同物理实现与应用场景下，电子、光子、原子都可被作为“量子”来定义与操控。根据世界经济论坛对量子技术的常见划分，量子科技以量子力学基本原理为理论基础，主要覆盖量子计算、量子通信和量子传感三大方向，其中量子计算通常被认为是产业化空间与资本投入最为集中的赛道，2024年占据63%的产业规模。

量子计算通过量子的叠加、纠缠等特性实现对特定问题的并行计算。量子计算可缓解经典计算在组合优化、复杂系统模拟等场景中的效率瓶颈，在金融交易、生物医药、化工材料等方面具备产业价值。量子通信依托量子纠缠、量子密钥分发、后量子密码学等技术体系，面向高安全等级场景提供以物理机制与密码体制共同支撑的安全通信能力，主要服务国防、政务与金融等关键基础领域。量子传感可提供高精密度、灵敏度和稳定性的传感测量，在军事应用、航空交通与深空探测等场景中价值突出。

量子计算正经历从理论奠基到逐渐落地的快速发展。回顾全球量子计算的发展历程，过往总体可以分为三大阶段：1）理论奠基阶段：量子计算源于1981年理查德・费曼首次提出用量子系统模拟量子现象的设想，随着不断的理论探索与数学模型构建，包括戴维・多伊奇的“通用量子计算机”概念、Shor算法、Grover算法的相继提出，奠定了量子计算的理论基石。2）起步探索阶段：该阶段不断有机构突破量子比特的实现方式，多种技术路径逐步成型，标志性事件包括IBM成功运行Shor算法以及推出云端量子计算平台、D-Wave推出首款商用量子退火机、发布量子比特超导原型机Sycamore。3）技术突破阶段：2020年后，量子计算进入多技术路线并行发展和实用化探索的新阶段，中科大团队实现“九章”光量子计算原型机，并在此后陆续推出“九章二号”“九章三号”；Google也于2024年发布了105量子比特的超导芯片“Willow”，进一步提升了量子系统的规模和性能。

在AI时代的驱动下，算力结构的重心正逐渐从训练端转向推理端。训练端是聚焦于模型的研发与迭代环节，通过向模型输入海量数据，依托高性能算力集群持续优化模型参数、修正算法偏差；推理端则聚焦于模型的应用环节，利用训练好的模型接收输入数据并快速输出预测结果。推理算力的核心需求是低延迟、高吞吐量、高性价比，随着大模型逐渐成熟，算力结构重心正逐渐向推理端迁移。从国内数据看，2023年训练端算力占比为59%，该数据到2024年已降至35%，到2028年预计将降至27%，而推理端的算力市场规模有望从2024年的175亿元攀升至2028年的2931.2亿元，CAGR达102.25%。

海内外大厂Token调用量增长迅速，算力需求缺口将持续扩大。大模型的核心价值在于以统一的模型栈承载多模态与复杂任务，高度依赖大规模的Token调用，各大厂近年来的调用量飞速攀升，推理端算力需求激增：海外方面，Google在2025年9月实现1300万亿的月Token调用量，较2024年9月实现了19倍增长，相比同期4月更高达129倍；微软在FY25Q4电话会中也表示，其Azure AI在2025年全年实现Token调用量超500万亿，同比增长超7倍。国内方面，字节火山引擎冬季FORCE原动力大会披露，截至2025年12月豆包大模型实现日均Token消耗量已突破50万亿以上（月均1500万亿以上），是24年12月的12.5倍，5月的417倍，基本达到海外第一梯队水平。与此同时，随着大模型的持续迭代，训练端的算力需求同样因模型参数量的增长与多模态融合而持续攀升，进一步扩大算力缺口。

从需求侧看，算力缺口的形成往往并非线性。当下大模型处理的任务日益复杂，从推理端吞吐量与时延这两个核心指标出发，长上下文、多模态、工具调用与多步推理的综合使用会显著抬升单任务Token调用量；为在既定体验目标下维持同等吞吐与低时延，通常需要配置更多算力硬件并叠加更高效的推理算法，以持续外推大模型服务的性能边界；而当算力供给增速难以同步需求扩张时，在相同算力配置下任务复杂度继续提升、叠加Agentic AI等新调用模式带来的多轮交互与更长生成链路，将使Token吞吐压力与尾延迟问题进一步突出，从而倒逼所需算力相对Token调用规模呈倍数放大。在此背景下，英伟达CEO黄仁勋在2025年GTC期间提到“Agentic AI与推理将使计算需求提升100倍”，判断未来3-5年推理端有望成为算力需求的核心增量来源之一。量子计算基于其在特定任务上的优势，有望在供给侧提供新的效用曲线，对现有计算基础设施在并行处理能力、延迟响应速度等维度形成补充。

量子计算源于量子的叠加、纠缠两大特性。量子计算在计算范式上与经典计算存在本质不同：1）计算单元：量子计算利用量子比特进行计算，利用量子叠加特性可同时处于0和1的叠加态；经典计算基于冯诺依曼架构采用二进制比特，每个比特只能处于0或1的确定状态；2）数据处理：量子计算通过叠加特性实现并行计算，n个量子比特可同时处理2ⁿ种可能性，大幅提高运算效率，而经典计算按逻辑门规则对信息进行处理，单次计算只能处理1次任务；3）算力性能：量子计算依托叠加态赋予的并行计算能力与量子纠缠构建的强关联特性，算力随量子比特数量的增长呈指数级扩容，在特定复杂问题中存在指数级加速效果，而经典计算的算力提升与晶体管密度、频率呈现近似线性正相关关系，边际收益受制于能效与互连瓶颈，体现出量子优越性。

经典算力受摩尔定律和功耗限制陷入发展瓶颈。AI时代算力需求爆发，经典计算机依赖晶体管微型化实现算力提升，随着摩尔定律逐步放缓，晶体管尺寸微缩难度加大，先进制造工艺发展受阻，导致算力供给增长乏力；与此同时，由于计算密度的急剧提升，电子元器件的发热密度也越来越高，带来高成本和低能源利用效率，尤其是AI时代下，GPU需同时处理更多数据信息以提升计算效能，例如英伟达Blackwell B200单颗芯片的TDP达1000W；模组层面，由一颗Grace CPU和两颗Blackwell GPU组成的GB200模组TDP高达2700W。高功耗密度下，过高的温度会降低芯片内部的电子迁移率，最终以降频的形式体现为算力损失，从而抬升规模化部署门槛。

量子计算优越性在于能够实现高效并行计算，在特定问题领域提供指数级效率提升。不同于经典计算的运算逻辑，即处理“0”或“1”离散化的经典二进制数据，遵循确定性的运算逻辑，例如求解“1+1”时，无论重复多少次运算，结果均严格等于“2”；量子计算以量子比特为信息载体，通过对量子态的数据进行并行演算和模拟，提高获得“正确答案”的置信度，从而以指数级速度突破经典计算的效率限制。

量子计算能够有效突破经典计算框架。在经典框架下，计算的复杂程度往往会随着变量数、约束数或维度的增加呈指数级膨胀，即便硬件继续堆叠，时间与能耗也可能在实际运作中难以承受，使得解决此类问题的难度大幅上升。虽然光计算、存算一体等新型计算架构确实可以显著改善数据搬运、带宽瓶颈与能效，但仍然遵循经典信息处理规则，解决的是系统层面的常数项与工程效率问题，无法突破复杂度瓶颈。量子计算能够从原理层面重构计算范式，实现多路径并行求解和指数级加速，突破经典计算的算力极限。

量子计算市场已进入加速扩张周期，规模持续提升且增长潜力凸显。量子计算的增长动力源于三个方面：一是AI推理与智能体应用带动的算力需求持续外溢，二是量子云服务、专用量子计算机等下游交付形态逐步从科研走向产业化试点，三是各国在基础研究、产业化平台与生态建设层面的政策与资金支持持续加码。从市场规模来看，根据ICV数据，全球量子计算市场从2021年的8亿美元快速增长至2024年的50.37亿美元，三年实现规模扩张超5倍，预计2030年将进一步增长至2199.78亿美元，期间CAGR达87.64%；伴随2035年行业进入通用容错量子计算阶段，市场规模有望达到8077.50亿美元。中国市场方面，在政策引领与企业研发投入加码的双重驱动下，产业规模扩张更为显著——国内量子计算市场规模从2021年的个位数亿元级别跃升至2024年的90.4亿元，同比增速约82.1%，显著高于全球增速。

量子计算技术路线基于量子比特的物理实现方式，呈现出多硬件技术并行发展的局面。由于量子比特的不稳定性，需要采用物理学领域的亚原子粒子来执行复杂的并行计算，从而取代传统计算机系统中的晶体管。目前主要技术路线尚未收敛，大体上可以分为两类：一是人造粒子路线，包括超导和硅基半导体，优势在于可利用半导体制造工艺进行比特数量扩展，但在提升逻辑门精度等指标方面受到材料及工艺限制，前者为当前量子计算的主流方案，第二是天然粒子路线，包括离子阱、光量子和中性原子等，其可直接操控微观粒子，在相干时间和逻辑门精度上具有优势，但难以扩展比特数量，近期发展速度较快。

超导：基于超导电路构建量子比特，通过约瑟夫森结（Josephson junction）实现量子态的相干操控，通过微波脉冲调节量子比特的能级、耦合强度与量子态转换。该路线最大的优势在于与传统集成电路工艺高度兼容，可复用半导体行业的光刻、薄膜沉积等成熟制造设备，大幅降低了规模化制造的门槛。目前，IBM、谷歌等公司均采用此技术路线，其中IBM已实现127量子比特芯片，谷歌的Willow芯片实现了105个量子比特。

光量子：以光子作为量子信息的核心载体，通过高性能单光子源发射单个光子，将光子的偏振、路径或时间等自由度定义为量子比特，再将光子输入光量子电路。光子输入光量子电路后，通过调控光子的传播路径、相位关系与相互作用来执行量子门操作，最终借助高灵敏度单光子探测器读取量子态信息。该路线具有量子比特相干时间长、操控简单、与现有光纤通信技术高度兼容、无需极低温环境等优势。中国“九章三号”光量子计算原型机已实现255个光子的量子优越性。

离子阱：利用Paul阱或Penning阱产生的梯度电场，将同种带电离子约束在超高真空环境中，再通过激光或微波进行相干操控，具备相干时间长、量子比特物理全同、操控精度高的优势，且支持全连接的量子门操作。我国的华翊量子的第二代原型机HYQ-B100已能够实现100个比特的相干操控。

中性原子：通过激光冷却技术与磁光阱、光镊阵列等捕获手段，将中性原子（如铷、铯原子）精准束缚在多维阵列中，借由冷原子的可延展性，实现门模型量子计算机的规模化。相较于其他路线，中性原子路线成果较少，QuEra已开发出256原子量子比特的类比量子计算机，我国的中科酷原也于2024年推出了首台原子量子计算机汉原1号。

硅半导体计算路线：硅半导体量子计算依托成熟的硅基集成电路工艺，在三维空间中将一个电子与外部隔离来消除其他电子对该电子的影响的机制实现量子计算，优势在于原子阵列可编程性强、相干时间长、易于扩展至大规模量子比特。

当前超导仍为量子计算的主流路径，多个技术路线竞争激烈且未收敛。当前量子计算各技术路径竞争激烈，实现融合尚需一定时间，但从产业投入与工程成熟度看，超导路线仍处于相对领先位置，其技术优势主要体现在易扩展、操控性好以及兼容半导体工艺等，仍然是目前业界最为重点关注的路线。从全球分布看，选择超导技术的企业数量遥遥领先，共有25家，选择光量子、离子阱、中性原子、硅基半导体的企业数量相近，分别为15家、13家、10家和11家，选择拓扑路线的相对较少，仅为3家。从专利上看，超导技术路线的专利申请量和有效授权专利量显著高于其他技术路线，表明了超导路线在现阶段持续被看好的客观情况。与此同时，由于量子产业仍高度依赖专门化供应链与持续政策投入，主导范式尚未最终形成，多路线竞争仍将持续演进。

全球战略布局聚焦，中美仍是主导。量子计算已被主要经济体纳入国家级科技竞争与产业政策框架，各国纷纷加码资本投入与政策支持，加速技术研发与产业落地。美国通过《国家量子倡议（NQI）》持续加大投入，2019-2024年累计资金达50.8亿美元，平均每年8.47亿美元，2025年预算请求则进一步提升至9.98亿美元；欧盟在2025年7月发布的《欧洲量子战略》中明确推进路径，提出面向2030的体系化部署方向；中国以“十五五”规划已将量子科技列为未来产业首位、连续三年《政府工作报告》重点提及的政策力度，形成中美欧三足鼎立、中美领跑的全球竞争态势。

从四大核心维度看，中美稳居全球第一梯队：在科研产出维度，中美论文发文量及篇均被引频次远超其他国家，直观反映前沿科研活跃度；在技术专利维度，两国合计占据全球73.7%的专利份额，构筑核心技术壁垒；在产业生态维度，美国在政府支持、企业数量、产业链完整性、科研转化及国际合作五大方面全面领先，中国则在除国际合作外的四大领域跻身全球前列；在产业落地维度，美国凭借IBM、Google等领军企业的先发优势，截至2024年10月量子信息企业达176家，全球占比28.1%，中国以107家企业、17.1%的占比紧随其后，形成中美双雄主导、其他国家难以企及的产业格局。

量子计算厂商的分化更多发生在工艺层面，而非基础理论的代差。这种工艺差距具体体现在量子比特的相干时间控制、多比特协同集成精度、核心器件国产化工艺稳定性等方面，高度依赖长期工艺积累，很多关键参数属于技术机密，外部难以等效复现，需自行攻克工艺难题。因此，相关厂商逐渐通过向上游延伸制造能力，如IonQ在2026年1月宣布拟以约18亿美元收购半导体制造商SkyWater，以强化自有制造与供应链控制。

从产业活跃度看，欧美量子计算产业生态聚集度高，体现出更强的估值弹性。超导技术赛道由IBM、Google等科技巨头主导；离子阱领域的IonQ成为全球首家市值超百亿美元的量子企业；截至2025年8月，澳大利亚的PsiQuantum光量子公司也以67.5亿美元估值居于全球未IPO量子企业估值首位。除此以外，2025年全球量子企业融资金额中，排名前十的大部分均为欧美国家。

量子比特数量与质量并非完全对等。从工程实现看，可将量子比特可分为物理量子比特和逻辑量子比特。物理量子比特是量子计算中实际制造、可直接操控的最小量子单元，对噪声高度敏感且易出错；逻辑量子比特则是通过量子纠错编码将多个物理量子比特进行冗余组织，实现高保真、抗噪声的“有效量子比特”。

量子纠错决定了量子计算是否能够真正走向可用。在经典计算中，通过在多个比特上复制状态可以轻松实现纠错，但量子力学中的不可克隆定理禁止了直接复制量子态的可能，使得传统纠错方法无法直接应用于量子系统。量子纠错通过巧妙的编码和测量机制，在不破坏量子信息的前提下实现错误检测与纠正，是量子计算机发展必须要解决的问题。

量子纠错已从理论走向可验证的工程里程碑，但距规模化仍有明显差距。2023年，Google首次成功验证了增加量子比特数量可以有效降低量子计算中的错误率，并正式宣布量子纠错的可行性。随后，南方科技大学和耶鲁大学也相继宣布突破了量子纠错的平衡点。2024年12月，Google基于Willow芯片进一步给出“低于阈值”的表面码存储结果，通过增加码距实现了逻辑错误率的指数级抑制，并从原理上验证了表面码的可扩展性，为大规模运算奠定了基础。2025年9月，哈佛大学与QuEra联合提出“横向算法容错”量子纠错新架构，在保证通用容错能力的前提下，显著降低运行时间开销与执行路径上的拖累，以加速面向真实工作负载的容错落地；同年10月，IBM成功在AMD的FPGA芯片上实时运行量子纠错算法，加速了量子计算迈向产业化的进程。

总体而言，当前量子纠错的效率、容错阈值等关键指标与实现完全容错量子计算的实用化要求仍存在显著差距。若要实现大规模容错量子计算，逻辑错误率通常需要达到10-14-10-15甚至更低，这对量子比特的保真度、综合征提取效率、实时解码时延与系统工程稳定性提出了更苛刻的要求。如Google Willow的逻辑错误率最低仅能达到10-2，仍停留在原理验证阶段。

国内方面，中国科学技术大学团队基于超导量子处理器“祖冲之3.2号”在码距为7的表面码上实现了低于纠错阈值的量子纠错，逻辑错误抑制因子达到约1.40，使得我国达到了“低于阈值，越纠越对”的关键里程碑，为后续扩展至更大码距和更长纠错循环奠定了关键技术基础；同时该实验提出并实践了一种“全微波量子态泄漏抑制架构”，具有天然的频分复用特性，有利于提升硬件效率与可扩展性，为面向更大规模系统的纠错控制链路提供了一种更具优势的解决方案。

IBM、谷歌等头部科技大厂在量子计算路线图上持续按节点推进，实际产业化有望兑现。以IBM为例，2016年发布了5量子比特芯片Tenerife，是最早向公众开放的云量子处理器之一，2019年和2020年分别推出了Falcon（27比特）和Hummingbird（65比特），2021年再次发布首款突破了100比特的芯片Eagle（127比特），随后在2023年发布了Condor（1121比特）并上线Heron（133比特）等新一代处理器，在规模和性能上均有稳定进展。规划层面，IBM计划于2033年后实现在最高约2000量子比特规模上运行10亿量子门级电路，同时明确2029年交付大规模容错量子计算机Starling，引领量子计算进入全新发展阶段。

在“量子-经典”融合架构上，NVIDIA正通过NVQLink把加速计算引入量子计算堆栈，解决实时纠错与控制链路的算力瓶颈。NVQLink连接GPU与量子计算机测控系统中的FPGA，使GPU能够支持QPU本身的在线工作负载，使超节点成为量子处理单元环境的固有组成部分，从而加速量子硬件的计算能力，可用于“实时纠错”；当前已为17家QPU制造商、5家控制器制造商和9个美国国家实验室实现了量子和GPU计算的互联生态。

量子计算中上游占据绝大多数价值量。上游聚焦量子计算运行所必需的环境与测控，包括稀释制冷机、真空系统、低温器件与线缆、激光器以及测控系统等，是产业生态的基础底座；中游覆盖不同技术路线的原型机与整机系统（如超导、离子阱、光量子、中性原子等），并叠加软件层面的操作系统、编程语言、集成开发环境、量子算法和行业应用软件开发，是实现可用算力交付的核心环节；下游围绕量子云平台与金融风控、生物医药分子模拟、化工材料优化等垂直应用场景展开。其中，2024年全球量子计算市场规模结构中，上游凭借硬件刚需筑牢产业基础，占比约40%；中游依托技术突破维持高价值，占比约46%；下游虽短期规模有限，仅占14%，但长期随着应用场景的逐渐产业化，将成为拉动产业链增长的关键力量。

量子计算正处于从技术验证向产业化应用跨越的景气度关键窗口期。中游整机的大规模产业落地仍需技术迭代周期，需要量子纠错、系统集成与供应链成熟度的跟进，而上游环节由于具备明确的技术壁垒和硬件刚需属性，且在自主可控与国产替代背景下更容易形成订单与收入的前置兑现，利润端表现更具弹性，成为市场优先放量的核心赛道。根据光子盒预测，量子计算上游市场规模有望从2024年的20.24亿美元爆发式增长至2030年的725.7亿美元，期间CAGR高达78.3%，增长动能显著。

上游产业可进一步细分为量子比特环境、量子测控系统、量子芯片三大核心领域：在量子比特环境领域，尤其在超导路线中，稀释制冷机作为核心设备，全球市场长期被Bluefors、Oxford Instruments垄断，部分国产厂商虽已实现10mK级制冷机量产，但10mK以下仍然存在技术瓶颈；量子测控系统需实现对量子比特的高精度操控，其性能决定量子门操作的保真度与系统扩展能力；量子芯片领域呈现超导、光量子、离子阱等多路线竞争格局，不同路线在材料体系、工艺与器件结构上差异显著，其中部分领域我国技术成熟度已跻身全球第一梯队。

受欧美国家对稀释制冷机、高端测控设备等关键品类的出口立法限制，直接倒逼国内产业链加速自主研发与国产替代，推动上游供应链向本土集中。在上述外部约束与内生需求共振下，国内上游的生态和品类逐渐完善，截至2023年，我国上游企业数量合计85家，排名全球第一，覆盖测控系统、真空设备、稀释制冷机、激光器等多个关键品类，为上游环节后续的高景气预期奠定了产业基础。

稀释制冷机是超导量子计算不可或缺的极低温基础设施，核心价值在于把量子芯片长期稳定地置于毫开尔文环境中，以维持量子比特相干性、保障量子计算系统稳定运行，在超导路线中设备价值量最高，技术壁垒最强。

从工作原理看，稀释制冷机通过氦3-氦4混合稀释的精密热力学循环，经预冷、节流膨胀、热交换等多阶段流程，实现从室温到开尔文级再到毫开级的阶梯式深度制冷，制冷能力较普通低温设备提升3-4个量级，是目前唯一能大规模、长期稳定提供10-20mK极低温环境的成熟技术方案。稀释制冷机的核心部分为室温下的氦3循环泵、4K液氦池、1K池、节流元件、多个热交换器、混合室和氦3蒸发腔室。室温端的氦3循环泵负责实现氦3气体的闭环输送与压力调节，4K液氦池与1K池作为预冷单元完成工质初步降温，节流元件通过焦耳-汤姆逊效应将工质温度降至亚开尔文级，多级热交换器最大化减少制冷过程中的冷量损耗，混合室是氦3在氦4基质中稀释并吸收大量热量的核心制冷区域，氦3蒸发腔室则通过氦3蒸汽抽离进一步强化制冷效果，其制冷功率核心取决于混合室中稀释相氦3的摩尔体积与浓度分布，在100mK温区制冷量通常可达250-1000μW，20mK温区仍能稳定维持10-30μW制冷量，满足大规模超导量子芯片的低温需求。

稀释制冷机对量子计算产业化具有关键制约性，尤其针对当前以超导技术为主的背景。2024年全球稀释制冷机市场规模约2.83亿美元，其中欧洲厂商份额约81.86%，中国厂商约13.74%，合约2.80亿元人民币。竞争格局上，海外长期由Bluefors、Oxford Instruments等企业占据主导；但在对华出口受限后，国内供应逐步由本土厂商承接，呈现“龙头占优，多点开花”的态势，头部企业量羲技术占据了30.77%的市场份额，领先第二合肥知冷超15%，二者合计主导国内超45%的市场需求。

政策与供给约束是近两年国内产业加速的主导因素。在欧美技术封锁持续加码的背景下，我国加速从进口依赖转向全面国产替代。2022年美国将“可用于量子计算的敏感技术”的稀释制冷机纳入EAR出口管制清单，2024年BIS进一步发布临时最终法规，将量子相关的一批关键与新兴技术纳入出口管制框架，其中对特定性能门槛的稀释制冷机/制冷系统设定了控制条件；欧盟同步于2023年将高端稀释制冷设备纳入管制清单。供给端一系列的管制措施直接导致我国稀释制冷机进口量从2021、2022年的60、53台骤降至2023年的仅4台，2024年便出现断供。政策倒逼下，国内企业研发投入与产能建设全面提速。

在超导量子计算机的成本构成中，稀释制冷机属于价值量最高的单机设备之一，约占整机BOM的30%左右。以单台约1000万元的超导量子计算机为例，对应稀释制冷机价值量约300万元。在外部约束与内需共振下，国产厂商通过加速技术突破推动成本结构优化。根据禾信仪器的公告，2023年量羲技术仍以外采核心整机、再加工改装为主，进口整机采购成本较高，导致稀释制冷机销售均价约602.74万元/套；2024年起公司实现技术突破，转向自主设计与生产核心零部件、独立完成整机及配套部件加工，材料采购成本显著下降，销售均价相应调整至389.05万元/套，2025年上半年均价约394.43万元/套，分别下降35.45%和34.56%。

具体到性能对标层面，国内头部厂商核心参数上与国外企业差距已经减小：量羲技术推出了1000μW大冷量无液氦稀释制冷机Q-1000，可以搭载1536路高密度射频测量线路及与之匹配的高密度滤波、衰减模组等；本源量子的新一代稀释制冷机本源SL1000在空间容量、冷量上均有显著提升，可提供10mK以下的极低温环境及不低于1000μW@100mK的制冷量；国盾量子研发的ez-Q Fridge稀释制冷机，温度稳定在10mK以下，制冷功率达到450μW@100mK，已达到了国际主流水平。

测控系统是量子计算机的神经中枢，直接决定量子比特的操控精度与系统稳定性，确保计算机的可靠运行。量子测控系统的核心作用是衔接量子软件和量子芯片系统，主要包含以下仪器设备：任意波形发生器、微波源、矢量网络分析仪、原子钟、FPGA、高速网络交换机。

低温化是测控系统的重要发展方向之一。当前超导技术路线已成为量子计算的主流，IBM、Google以及国内头部厂商已成功突破百比特限制。因此，如何在未来的千比特级别实现量子计算测控系统与极低温制冷机内工作的量子计算芯片之间的大规模互连，并确保其稳定运行，已成为重点研究方向。量子测控系统的发展需要经历三个阶段——室温测控、低温测控和高温量子比特的低温测控，当前主流技术路线仍处于室温测控向低温测控过渡阶段。在室温测控条件下，工作于稀释制冷机极低温温区的量子比特，需要穿越复杂的电子线路和多层制冷机冷盘，才能与室温量子测控设备相连接，这带来了严重的复杂互联、热传导、噪声、串扰和反馈延迟问题。将测控系统逐步移至低温端，不仅能缩短信号传输路径，降低噪声干扰与热负载，还可提升系统集成度与扩展性，是突破当前架构瓶颈的关键路径。

量子测控系统凭借多技术路线适配性强、下游需求刚性高的特征，成为量子计算上游增长最为迅猛的细分赛道。一方面，多种技术路线并行意味着不同量子比特体系均依赖定制化测控方案，另一方面，量子计算机的迭代对测控系统提出了更高要求；根据光子盒，该产业有望快速扩张至2030年的217.4亿美元和2035年的996.2亿美元。

国内龙头在核心指标上与海外水平对齐。部分厂商如耐数电子和中微达信提供测控系统与组件，主要面向研究机构以及解决部分模块采购需求，而中游量子计算机整机厂商更倾向于围绕自身架构展开自研，如国盾量子于2025年6月发布的超导量子计算测控系统ez-Q Engine2.0，单机箱最高支持128数据比特及256耦合比特，8台就能完成千比特操控任务，在保持核心技术指标国际先进水平的同时，价格还不到国外产品的一半，且稳定性和精度已在我国单台比特数最多的超导量子计算机“天衍504”上得到充分验证。

量子芯片是量子计算的算力载体，其以量子比特为核心，通过量子门操作实现信息的并行计算和传输，为量子计算提供了更为高效和强大的计算能力。经典芯片以晶体管为基本单元，通过电流通断实现二进制逻辑；量子芯片则以具备明确物理载体的量子比特作为功能核心，如约瑟夫森结、光子偏振态、离子能级等，直接集成于芯片核心架构中，其逻辑门无实体电路形态，而是通过向特定量子比特发射参数可控的射频脉冲、激光束或微波信号，调控量子态演化完成逻辑运算。

量子芯片价值量高、研发制造成本重，需要超净环境、高度专业化的设备和精密工程，当前形成超导、光量子、离子阱三大主流技术路线，研发和生产成本高昂，只有少数公司有能力提供商业量子芯片代工和测试服务，市场供应稀缺，一颗研究级原型芯片的成本介于5万美元至50万美元之间。从市场规模看，2024年全球量子芯片市场规模仅有几亿美元，随着对量子计算性能需求的不断提升，市场对更先进、可扩展的量子芯片的需求有望持续扩张。根据光子盒数据，该产业的全球市场规模到2030年将扩张至333.2亿美元，2035年突破794.2亿美元，2024-2035年CAGR达62.3%。

量子比特的拓展是提升量子芯片算力的关键路径，当前存在综合制约因素。第一，环境的稳定性是影响量子计算正常运行的重要因素，离子阱与中性原子需要高真空、超导则需要超低温，建立这些理想环境需要大量的资金投入且维持成本高昂；第二，随着芯片上比特数量的增多，控制系统的复杂度急剧上升，控制线会占用容器的大部分空间，其布局和噪声控制等变得更加困难，同时存在量子比特间的串扰问题，导致退相干，影响运算的准确性；第三，量子芯片的校准和纠错需耗费大量计算资源与时间，制约有效可用算力。

整机能力决定量子计算能否走出实验室。国内量子计算的阶段性瓶颈更集中体现在中游整机：一是量子系统对外界噪声、漂移与串扰高度敏感，控制与校准能力一旦不足，便难以在维持稳定的前提下实现量子比特规模扩大、纠错等目标；二是器件与封装工艺不足，如超导量子比特的微纳加工精细度、材料结构设计达不到要求，导致高密度线路制作、片间长距离耦合纠缠保持等方案效果不佳。

全球整机竞争已进入产业兑现阶段。量子计算整机环节的竞争较为激烈，全球市场形成了层次分明的梯队。第一梯队以IBM、谷歌等国际科技巨头为核心，优势来源于长期的深厚积累且技术路线清晰，普遍采用超导量子技术路线，在量子比特稳定性、相干时间等核心技术指标上处于全球领先，凭借深厚的技术积累和广泛的合作网络，成为全球量子计算领域的绝对领军者。我国量子计算企业依托科研基础和大规模投入快速崛起，国盾量子、本源量子等在落地原型机方面已跻身全球前列，技术水平和核心指标具备竞争力。

通用机与专用机分化清晰，技术路线与产业化节奏不同。量子计算机按功能可明确划分为通用型与专用型两大赛道，二者基于不同技术逻辑实现计算能力，形成了鲜明的特性差异。通用量子计算机以门模型为主，最终目标是通过量子纠错获得可持续扩展的逻辑量子比特，也是推动量子计算实现通用化落地的关键。专用型量子计算机则更多使用量子模拟或量子退火等范式，用自然规律模拟自然本身来突破计算瓶颈，强调在特定任务上提供更强的规模与更快的落地交付。

通用量子计算机已成为全球科技竞争的核心战场。我国的“九章”与Google的“Sycamore”是该赛道的典型代表，二者虽基于不同技术路线，却共同验证了量子计算机在特定任务上超越经典计算机的能力——“九章”以光量子玻色采样为代表，在76光子取样下达到约1014倍于经典超级计算机的采样速率优势；“Sycamore”基于超导量子技术，在随机电路采样任务上实现约200秒完成一次采样，而经典超级计算机估算需约10000年量级，实现了量子优越性，并向全球提供量子云服务，为通用机的发展提供了重要技术参照。

专用量子计算机凭借比特拓展性强的特点，在特定领域展现出优势。以D-Wave的第一代Advantage为例，其量子比特数量已达到5000个，远超多数基于门的QPU——后者当前普遍仅能实现个位数到100左右的比特规模；其第二代Advantage2采用了全新的Zephyr拓扑结构，能够解决更复杂的实际应用问题。专用量子计算机无需依赖复杂的主动错误纠正机制，可支持庞大的比特数量，尤其适配特定领域需求，这使得专用机在处理组合优化、量子化学模拟等问题时表现出极高效率。

我国量子计算整机企业虽起步较晚，但依托深厚的科研基因实现了快速追赶。国内量子计算企业创始人多毕业于顶尖高校，部分团队形成传承有序的科研谱系，如潘建伟、郭国平、段路明均师从郭光灿院士，深厚的学术传承为技术创新奠定基础；在技术路线上，当前呈现出多方向布局，互相追赶，国盾量子、本源量子在超导量子领域领先，华翊量子深耕离子阱技术并提供量子云服务，玻色量子聚焦光量子路线，积极同科研机构和高校合作，推进场景验证。我国量子计算企业正以科研实力为支撑，在全球竞争中逐步缩小差距，成为推动行业发展的重要力量。

应用端仍处培育期，技术能力提升带来持续探索。当前量子计算较为典型的应用领域包括：1）金融服务：量子计算的强大计算能力赋予其在解决金融难题上的优越性能，在风险管理、投资组合优化等方面能够得到广泛应用，预计未来十年市场规模613.7亿美元；2）生物医药：量子计算的高效处理能力能够显著加速药物分子的模拟和筛选过程，从而大幅缩短研发周期和降低成本，预计未来十年市场规模286.6亿美元；3）化工材料：量子计算的强大多变量处理能力能够显著加速新材料的分子结构设计和性能预测过程，从而大幅缩短研发周期和降低成本，预计未来十年市场规模336亿美元。

中间层有望决定量子计算应用的落地效率。由于量子计算与经典计算的底层原理、指令体系存在本质差异，经典算法无法直接适配量子硬件，而量子算力的发挥又离不开经典计算在数据预处理、噪声补偿、结果优化等环节的支撑，因此具备经典算力和量子算力整合能力的中间解决方案层，成为决定“量子+”应用落地效率的核心枢纽，也是企业构建差异化竞争优势的关键。如弧光量子的量子程序设计与验证平台isQ，集设计、编译、验证与模拟于一体，可对接多种量子硬件（如亚马逊AWS Braket、IBM Quantum、国内超导量子芯片），降低量子程序开发的技术门槛，加速应用落地。

量子计算以产研联合加速推进落地。医疗领域，IBM与克里夫兰诊所合作，深入研究免疫治疗领域，通过量子机器学习算法预测免疫反应，发现更多有价值的靶点，临床数据表现良好；金融领域，汇丰披露其在欧洲公司债RFQ场景的历史数据测试中，采用IBM Heron量子处理器生成的特征与经典模型结合，在预测债券以特定价格交易的可能性方面实现了34%提升。

顶层政策连续加码，为量子计算产业化打开了确定性空间。在国家战略层面，“十四五”规划已将量子信息被列为八大前沿科技攻关首要任务，明确技术突破方向；“十五五”规划进一步将量子科技置于未来产业布局首位，定位为“新的经济增长点”，推动技术产业化落地。《政府工作报告》连续三年聚焦量子科技：2023年提及“量子信息等领域创新成果不断涌现”；2024年一方面肯定“人工智能、量子技术等前沿领域创新成果不断涌现”，另一方面提出“开辟量子技术等新赛道、创建未来产业先导区”；2025年进一步强调“建立未来产业投入增长机制，培育量子科技等未来产业”，政策表述从“成果肯定”到“赛道开辟”再到“机制建设”，彰显国家推动量子产业化的坚定决心与系统布局。

政策工具箱同步扩容，为行业发展保驾护航。工信部2025年《关于组织开展2025年未来产业创新任务揭榜挂帅工作通知》明确面向量子计算、量子通信、量子精密测量三大方向，部署17项量子科技专项任务；国务院办公厅2024年《关于优化完善地方政府专项债券管理机制的意见》将量子科技等新兴产业基础设施纳入专项债可用作项目资本金的正面清单范围，显著拓宽融资渠道，降低产业化门槛。

政企融合进入实质落地阶段，有望加速产业化进程。2025年1月，中国电信正式成为量子龙头国盾量子的控股股东，通过全资子公司中电信量子集团，以17.75亿元认购国盾量子2248.7万股，直接持有21.86%股份。同时与中科大资产经营公司、彭承志签订《一致行动协议》，合计控制40.43%表决权，国务院国资委成为实控人。本次入股源于央企深度参与国家战略科技的高度需求，体现了国家对量子科技产业化发展的坚定支持与战略布局，加快量子计算产业化进程。

量子计算已成为全球科技竞争的战略高地。从美国政策取向看，一方面持续加强对中管制措施，2024年9月BIS发布面向量子计算等先进技术的出口管制“临时最终规则”，2024年10月再次限制对中出口，美国商务部将量子计算相关技术列入出口管制清单，禁止美国人员向中方出口量子信息技术产品。另一方面逐年提高对量子计算的预算投入，2024年12月，美国通过《国家量子倡议再授权法案》，拟在2025-2029年追加9亿美元投入，预算拨款从18亿美元提升至27亿美元并将框架延长至2034年，重点支持量子计算硬件、算法及软件生态建设。

国内代差正在收敛，在中游整机的技术方面基本对标国际先进水平。我国在量子计算领域虽起步较晚但发展较快，如105比特的“祖冲之三号”性能优于Google的Sycamore，对标Willow，自“祖冲之二号”后再一次打破超导体系“量子计算优越性”纪录；第三代自主超导量子计算机“本源悟空”搭载72位自主超导量子芯片“悟空芯”，在量子比特数量、相干时间等关键指标上达到国际先进水平，真正实现了从硬件到软件全链条自主可控，截至2025年6月已为全球143个国家和地区的用户成功完成超50万个量子计算任务，国内头部量子计算机厂商已做到核心参数基本对标国际先进水平。

量子计算机技术壁垒较高，产业链的价值与利润释放更集中在中上游环节，整机与关键部件长期维持高单价区间。以超导路线为例，一台超导计算机的成本涵盖研发、量子芯片、稀释制冷机、测控系统以及低温线缆、低温元器件等核心模块。根据今年9月国盾量子与中电信量子集团签订的销售合同，280+比特超导量子计算项目包括超导量子计算机芯片、电子学测控设备、稀释制冷机、信号传输系统、低温器件等配套产品及服务，合同金额预计6305.40万元，并将接入其“天衍”平台；2023年公开招标的合肥超量融合计算中心项目披露合同估价约1.14亿元，采购2台超导量子计算机及1台离子阱量子计算机，若按总额对3台设备均摊，对应单台约3800万元量级。

海外对标进一步验证量子计算的高价值量属性，云服务提供长期变现的锚点。2025年10月，D-Wave与瑞士昆腾技术公司签署了部署Advantage2量子计算机的协议，合同金额1000万欧元，约合8000万人民币；本地或云端部署IBM的Quantum System One价格通常在1000万-1500万美元之间。云服务方面，IBM提供的公开量子计算最高售价为每分钟48美元（5200分钟起步），AWS则提供不同硬件商选择服务，按照每次执行费用和每项任务费用进行收费。对标海外高价区间与云化计费体系，国内在成本侧具备相对优势，若叠加政企场景导入加速，中上游环节的订单兑现与利润释放具备更高可见度。

存量稀缺是量子计算板块的重要定价因子。市场目前具备高度辨识度的纯量子标的数量非常有限，国盾量子是目前唯一一家量子科技上市公司，使得资金对相关主题的配置往往呈现结构性集中的特征。在此背景下，部分头部企业也在国家政策的大力支持下正加快推进上市进程，2025年9月本源量子宣布开展IPO辅导备案，而随着板块扩容，更多产业链公司进入市场，新晋标的便有望迅速承接市场的溢出存量。

基本面方面，本源量子2024年的营业收入9938.49万元，规模接近亿元级别；国盾量子在2024年的营业收入为2.53亿元，同比增长62.30%，归母净利润为-0.32亿元，同比大幅减亏。随着量子计算技术的持续突破与产业应用场景的不断丰富，相关行业生态正逐步完善，叠加多重政策催化与资本投入加码，标的扩容和盈利改善有望形成共振。

公司聚焦量子通信、量子计算、量子精密测量三大战略方向，形成覆盖技术研发、设备制造、系统集成及场景应用的全产业链布局。在量子计算领域，公司已掌握超导量子计算全栈技术能力，从稀释制冷机、微波测控系统到量子芯片封装测试均实现自主化突破。公司2025Q1-Q3实现营业收入1.9亿元，同比增长90.3%；归母净利润-0.26亿元，同比大幅减亏；2020至2024年量子计算业务收入CAGR高达82.7%。

项目进展方面，公司向中电信量子集团“天衍”万云平台提供的基于“骁鸿”芯片的504比特超导量子计算机已全部完成验收，为合肥超量融合计算中心“晁湖明月”提供的200比特设备部分完成验收。订单方面，截至2025Q3公司合同负债相比年初增长73.45%，去年同期该数据仅20.78%，总量同比增长17.96%，显示在手订单充足、确认节奏加快。

本源量子聚焦超导量子计算全栈，覆盖量子芯片、测控、操作系统与云平台等关键环节。公司研制的第三代自主超导量子计算机“本源悟空”于2024年1月上线运行，搭载72位自主超导量子芯片“悟空芯”，量子计算测控系统“本源天机”和量子计算机操作系统“本源司南”等，国产化率超过80%，体现出从硬件到软件的体系化能力。在软件生态方面，公司对外提供国内首款自主量子计算编程框架QPanda，用于构建、运行和优化量子算法，强化开发者与应用侧粘性，有助于形成“硬件—软件—云服务”联动的商业闭环。

国仪量子自成立以来专注于高端科学仪器的研发，面向量子科技、材料科学、化学化工、生物医药、先进制造等多个领域，基于NV色心传感器和光探测磁共振技术推出的量子钻石单自旋谱仪、宽场NV显微镜等量子信息技术系列产品，测量灵敏度和精度、分辨率和成像能力远超传统测量技术。自成立以来，公司产品已交付超过80所985/211高校、超过150家科研院所，作为行业代表企业累计承担或参与国家、省市级重大科研项目18项，其中牵头承担国家级项目4项。

频准激光聚焦高端光纤激光器及精密光源系统，主要面向离子阱、光量子等技术赛道，提供了强大的光源支持，满足量子计算对精准波长、频率稳定的激光的需求，助力更大逻辑比特规模和更高保真度的量子计算发展。当前公司产品已广泛应用于国内外量子计算机上，如哈佛大学3000个逻辑比特Rb原子量子计算机、加州理工学院6100个量子比特的Cs原子量子计算机、法国PASQAL公司Rb原子低温量子计算机，以及国内的“九章”系列量子计算原型机和量子科技2030项目等国家重大科研项目。

IBM在量子计算行业具有高度领先地位，以“硬件-软件-云-制造”全栈推进产业化。

在硬件端，156量子比特的Heron作为实用级主力处理器，System Two已在日本RIKEN部署并与超算Fugaku同址联动，能够运用以量子为中心的超级计算方法，开展基础化学问题等领域的高级算法研究；路线图层面，IBM明确提出至2029年交付大规模容错量子计算机Starling（200量子比特、1亿量子门），至2033年交付Blue Jay（2000量子比特、10亿量子门）。2025年11月发布的技术更新中，IBM同步推出120比特的Nighthawk与实验性处理器Loon，前者相比前代产品能够执行复杂度高30%的电路，同时保持较低的错误率，后者包含容错量子计算所需的关键处理器组件，实现可扩展且容错的量子系统。除此以外，IBM还开发了Relay-BP置信传播算法，利用qLDPC技术在经典计算机上运行，解决量子计算错误。

Google和IBM同为量子计算领域的双巨头，但更注重硬件底层创新与量子优越性验证，其Sycamore处理器于2019年首次实现量子优越性，2024年12月的Willow处理器在其整个105个量子比特阵列中，单量子比特门的保真度高达99.97%，纠缠门的保真度高达99.88%，读出的保真度高达99.5%。软件生态方面，Google维护开源框架Cirq，提供了所有基本运算，用于编写、操作和优化量子电路，不需要量子物理背景的情况下也可以创建算法。

Rigetti采用超导路线，强调从芯片、控制系统到云服务的全栈交付。在产品迭代上，Ankaa-2为84比特、采用方格晶格连接与可调耦合器，其中两比特门保真度达98%，相对前代显著改善，并已在主流云渠道对外提供访问。面向容错关键环节，公司与Riverlane合作在Ankaa-2上完成“实时、低时延”的量子纠错，对应成果给出了解码/反馈可跟上超导速率的工程验证路径。云服务方面，Rigetti推出按需计费的量子云平台，支持客户在公共、私有或混合云环境中无缝集成和访问其量子计算机。

IonQ是全球首家公开上市的纯量子计算公司，采取离子阱技术路线，覆盖AWS、Azure和Google Cloud三大主流公有云平台，其自主研发的量子操作系统Quantum OS能够高效管理混合量子-经典计算工作流，确保系统24/7稳定运行。公司于2025年12月披露将向韩国KISTI交付一套拥有100个量子比特的IonQ Tempo量子计算系统，并与其大型HPC集群“HANKANG”进行混合量子-经典计算集成，为量子技术的快速普及提供了示范。

量子计算尚处技术探索验证阶段，研发存在多学科技术壁垒，受基础理论突破、实验技术攻关等因素制约。若技术迭代进度不及预期，将滞后行业研发落地节奏，企业前期研发投入难以转化为实际成果，错失全球技术卡位窗口期，延缓行业产业化标准化建设。

稀释制冷机等核心设备海外技术仍较领先，国产替代涉及多技术领域，存在研发周期长、产业化难度大、产业链配套不完善等问题。若国产替代进展不及预期，行业发展可能受到制约。

行业下游金融、生物医药、航空航天等领域应用仍处小范围试点验证阶段，场景适配与定制化解决方案开发需大量资源投入，行业应用认知与配套体系尚待培育。若商业化节奏不及预期，行业营收难以快速增长，企业投入回收周期大幅拉长，影响行业投融资信心，制约产业化落地进程。

量子计算作为前沿科技核心领域，行业发展初期高度依赖政策端研发补贴、产业基金、产学研配套等支持。若政策支持力度不及预期或扶持方向、落地节奏调整，将导致企业研发资金投入不足，公共研发平台搭建、产学研协同创新推进缓慢，降低创新效率，制约行业从技术研发向产业化、商业化转型。