量子科技是建立在量子力学原理基础上，利用量子态的特殊性质（如量子叠加、量子纠缠、量子不可克隆等原理）来实现信息处理、精密测量和安全通信的前沿技术体系。与经典技术相比，量子科技能够在特定领域实现革命性的性能提升，被广泛认为是下一代信息技术的核心支柱。
一量子科技的基本原理
量子科技以量子力学为核心基础，依托量子叠加、量子纠缠、量子不可克隆三大核心原理，突破经典物理与信息技术的极限，构建全新的信息处理、传输与测量体系。
量子科技基本原理 | 来源：东吴证券研究所
01量子叠加经典计算机以比特为基本单位，仅能处于0或1单一状态；而量子科技以量子比特（Qubit）为基本单元，可同时处于0和1的叠加态。1个量子比特可承载2种状态，N个量子比特可承载2^N种状态，使量子计算具备指数级并行处理能力，算力随量子比特数量增长呈爆发式提升，可快速破解经典密码、模拟复杂分子结构、处理海量数据。02量子纠缠两个及以上量子粒子可形成量子纠缠态，无论相距多远，粒子状态始终瞬时关联、相互影响。这一特性为量子通信、量子隐形传态、量子分布式计算提供核心支撑，实现信息的超远距离安全传输与协同处理。03量子不可克隆根据量子力学基本原理，无法精准复制未知量子态，任何窃听行为都会扰动量子态并被即时检测。这一原理从物理层面保障量子通信的绝对安全性，彻底解决传统加密技术被破解的风险，成为国防、金融、政务等高安全领域的核心保障。
二量子科技的应用领域
根据量子力学的三大特性，当前量子科技的发展运用主要体现在量子通信、量子计算、量子精密测量三大领域：
量子科技的核心应用场景 | 来源：东兴证券研究所
量子通信Quantum Communication信息安全的新基石
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，能够实现理论层面绝对安全的信息传输，从物理根源规避传统通信存在的窃听、破译风险，是目前量子领域产业化成熟度最高、落地场景最为清晰的赛道。国内代表企业国科量子（2016年由中科院控股与中科大在上海联合创立，国家级量子网络运营主体），已建成并运营全球首个万公里级国家广域量子保密通信骨干网，对接“墨子号”量子卫星，为政务、金融、能源等领域提供规模化量子密钥分发服务，是国内量子通信网络建设与商业化落地的核心推动者。
行业技术体系以量子密钥分发（QKD，Quantum Key Distribution）为核心，搭配量子隐形传态、抗量子密码（PQC）等技术，构建起“物理加密+算法加密”双重防护体系。
量子密钥分发QKD是指利用量子态来加载信息，通过一定的协议在遥远地点的通信双方共享密钥，基于量子密钥分发的量子保密通信是迄今唯一原理上无条件安全的通信方式，也是最先走向实用化和产业化的量子信息技术，是当前最成熟的量子通信技术路线。
QKD的核心原理是量子不可克隆定理和海森堡测不准原理，前者确保任何未知量子态无法被完美复制，后者则保证任何测量量子系统的行为都会扰动系统状态，这意味着一旦有窃听者试图拦截量子信道，通信双方就能够通过误差率分析检测到窃听行为。简单来说：传统密钥分发靠数学复杂度防破解，算力提升后就存在被破译风险；而QKD靠物理定律保障安全，无论算力多强，都无法在不被察觉的前提下窃听、窃取密钥。
BB84是全球应用最广的QKD基础协议，整个密钥分发分为量子传输、基矢比对、误码校验、密钥筛选四大步骤，以通信双方发送方Alice、接收方Bob为例：
1、量子信号发射Alice将随机二进制比特（0/1）编码到单光子的偏振态上，选用两组不同测量基矢（直线基、对角基）随机切换，向Bob连续发送单光子信号。2、量子信号接收Bob随机选择测量基矢对接收到的单光子进行测量，由于基矢选择随机，二者基矢大概率不一致，此时测量结果无意义。3、公开比对基矢，剔除无效数据双方通过经典公开信道（互联网、光纤等普通信道），互相告知各自每一轮使用的测量基矢。双方统一保留基矢完全一致对应的比特数据，舍弃基矢不同的部分，得到一组原始密钥序列。关键：仅公开“用了什么基矢”，不公开比特结果，公开信道即便被监听也无法获取密钥。4、误码检测与窃听判断双方随机抽取部分原始密钥进行公开比对：·若误码率极低、符合系统固有噪声标准：判定信道无窃听，剩余未公开的比特序列，就是双方共享的安全密钥；·若误码率大幅超标：证明存在第三方窃听，量子态已被干扰，立即丢弃本轮全部密钥，重新发起分发。5、加密通信落地双方使用共享的安全密钥，结合对称加密算法对明文信息加解密，完成正式通信。Quantum Key Distribution Network | 来源：Cryptography
量子隐形传态QT利用量子纠缠来直接传输微观粒子的量子状态（即量子信息），而不用传输这个微观粒子本身，量子隐形传态技术可以链接量子信息处理单元来构建量子网络，同时也是构建远距离量子密钥分发所需的量子中继的关键环节。
量子隐形传态目前仍处于实验室向实用化过渡的早期阶段，其核心局限性集中在环境鲁棒性差、传输距离受限、效率与保真度偏低、系统复杂且成本高昂四大方面。QT Process | 来源：Algorithmic Assertions
抗量子密码PQCPQC是基于那些被认为在经典计算机和量子计算机上都难以解决的数学难题构造的，包括格子密码、编码密码、多变量密码和哈希密码等几种类型，不需要专门的量子设备，可以在现有数字基础设施上运行，是基于数学难题的抗量子计算密码算法，主要作为量子通信的重要补充。不同路线的抗量子密码算法比较 | 来源：中邮证券研究所量子密钥分发与后量子密码可以互补和融合，构建一套综合性密码基础设施：QKD难以直接应用于复杂的多节点网络，PQC无法提供QKD级别的物理层安全保障，单一使用QKD或PQC均无法全面满足电信运营商在复杂网络环境中的多样化需求，而QKD和PQC的结合能够形成一种多层次的安全保障机制，QKD负责提供底层密钥分发的绝对安全性，PQC则在更高层次上为加密和认证提供抗量子攻击的能力；使用QKD生成密钥，结合PQC算法加密数据，确保即使某一层被攻破，整体系统仍然安全。QKD与PQC技术对比 | 来源：中邮证券研究所
量子计算Quantum Computing算力革命的新引擎
量子计算是利用量子力学的基本特性实现问题求解的计算模式，通过构建可精密操控的量子物理硬件系统，运行量子计算软件实现量子算法，求解计算问题，实现量子计算在特定问题或领域的应用。量子计算与经典计算在信息存储、计算能力、纠缠特性及计算方式上差异显著，这些差异不仅展现了两种计算模式的本质区别，更凸显了量子计算在未来科技领域的巨大潜力。
量子计算与经典计算的区别 | 来源：东兴证券研究所
量子计算已度过2020年前的萌芽期，经历2020–2024年多路线全面推进与小规模应用探索后，当前正处于从NISQ走向容错量子计算的过渡阶段。现阶段以NISQ设备与小规模逻辑比特为主，各技术路线围绕纠错闭环收敛，量子软件企业快速增长，在生物医药、材料、金融、AI形成核心应用，专用量子计算机不断涌现。未来，技术路线将逐步收敛，纠错成本大幅下降，下游新应用驱动产业链细化。预计产业规模2027年达105.4亿美元，2030年达1795.2亿美元，量子计算机与经典计算机将长期并存、协同发展。
量子计算发展生命周期示意图 | 来源：东兴证券研究所
目前在实验探索层面，超导、离子阱、中性原子、光量子等技术路线并行发展，科研成果亮点频出。国内方面，本源量子（中科大郭光灿院士团队创立，超导路线代表）先后推出72比特“本源悟空”及180比特“本源悟空180”超导量子计算机，实现全栈式自主研发；图灵量子（上海交大金贤敏教授团队，光量子路线代表）则基于薄膜铌酸锂光子芯片，建成国内首条光子芯片中试线，推出TuringQ Gen2大规模可编程光量子系统。国际上，谷歌发布的105比特“Willow”芯片不断刷新性能上限，且量子纠错也成为近年来的核心关注点。尽管如此，量子计算距离真正场景落地仍有差距：首先，硬件性能在稳定性、操控精度及纠错能力上距离实现“大规模可容错通用量子计算”仍有数量级差距；其次，现有行业实践尚未在实际生产中展现出超越传统计算能力的“量子优越性”；最后，极低温、高真空等严苛的环境测控要求带来了巨大的工程化挑战与成本压力。
量子测量Quantum Measurement精密传感的新突破
量子精密测量利用量子效应、量子相干、量子纠缠或量子隧穿等量子系统的特有性质实现高精确、高灵敏探测和测量，可以用于测量磁场、电场、重力、时间和频率、温度/压力、加速度、角动量等多种物理量，实现远超经典传感器的测量精度，可以达到甚至超过海森堡精度极限。
量子精密测量主要技术路线和物理量 | 来源：中国信通院
目前量子精密测量的产品形态日趋丰富，已在电力、医疗、地质勘探等多个行业形成示范应用，“精卫”系列全品类电力量子产品发布，覆盖测量、计量、监测、预警、加密通信五大领域，国仪量子已陆续推出国内首台商用脉冲式电子顺磁共振谱仪、量子钻石原子力显微镜、钻石单自旋传感器、量子磁力仪、微波场强仪等多款产品，打破了国外品牌的技术垄断。但仍面临产业化程度不足、环境适应性存在瓶颈、成本与可靠性尚未过关等问题。
三量子科技的竞争格局
量子通信、量子计算、量子测量三大领域虽然同属量子科技范畴，但在技术成熟度、应用阶段和商业化前景方面存在显著差异。量子通信技术最为成熟，已进入初步商业化应用阶段；量子计算处于“量子优越性”验证向实用化过渡的关键期；量子测量则在特定细分领域取得突破，产业前景广阔。
量子科技三大领域产业链 | 来源：中商产业研究院
量子科技全球竞争加剧，投资总量持续加速。在这场全球竞赛中，主要经济体竞相加码战略投入，通过立法保障、巨额投资与产业培育加速抢占量子科技制高点。根据中国信通院《量子信息技术发展与应用研究报告（2025年）》，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，投资总额已超过350亿美元。美国通过《国家量子倡议法案》在2019-2025年内累计投资达60.78亿美元，其2024年底通过的《国家量子倡议重新授权法案》又将2025至2029财年的量子研发拨款从18亿美元大幅提升至27亿美元；在《2025年美国国家安全战略》中，量子技术与人工智能生物技术并列，被定义为“决定未来全球竞争格局的关键领域”。欧盟于2025年7月发布“量子欧洲战略”，明确以2030年成为全球量子科技领导者为目标，聚焦量子通信基础设施、量子计算与量子传感等关键领域进行系统布局。中国在“十五五”规划中将量子科技列为未来产业首位，延续了从“十三五”以来的前瞻性战略布局。
全球量子技术国家级投资时间轴 | 来源：中国信通院
西方体系以美国为核心，通过跨地域的技术同盟和高度成熟的市场机制，构建了一个排他性的技术闭环。美国主导签署了美英、美日、美韩等技术繁荣协议，构成了跨地域的技术同盟，通过监管政策和安全标准的同步来确保核心供应链的封闭性。美国通过《国家量子倡议法案》及再授权法案，巩固其在量子计算领域的主导地位；同时美国国防高级研究计划局（DARPA）的“量子基准测试计划”（QBI），计划在2033年推出可交付的容错量子计算机原型。该体系采用官民结合模式，形成“研发—转化—采购”闭环，由国家科学基金会（NSF）、能源部（DOE）牵头，联合IBM、谷歌、微软等科技巨头开展研发，早期通过国防项目验证，随后由政府进行规模化采购，使企业在技术未成熟阶段即可获得稳定订单，加速工程化进程。
西方量子科技体系结构 | 来源：美国国家科学技术委员会
中国体系依托“新型举国体制”，强调技术自主与生态闭环。“十五五”规划建议将量子科技明确提升至国家未来产业的首位，体现了政策顶层设计和确定性，其结构特征表现为以重大工程为牵引的产学研用一体化模式，形成了以合肥国家实验室、北京量子院等为创新策源地，以中电信量子集团、国盾量子等企业为产业主体的完整链条，并通过“揭榜挂帅”组织方式与首期510亿元的中央企业战新产业专项基金等“耐心资本”，统筹推进从稀释制冷机到高端激光器等关键设备的国产化替代。
中国量子科技体系结构 | 来源：中国信通院
结语
纵观量子通信、量子计算、量子精密测量三大核心赛道，全球量子科技正整体处在从基础研究走向产业化应用的关键拐点。我国在量子通信领域已确立领先优势，量子计算双路线并行突破，量子精密测量加速军民融合落地，产业梯度发展格局清晰。目前行业仍受技术瓶颈、硬件成本、生态建设等问题制约，量子隐形传态、量子中继、量子纠错等核心技术尚需持续攻坚，但长期成长逻辑明确。随着政策、资本与产业链协同发力，核心器件国产化进程不断加快，技术迭代与场景落地将形成正向循环。未来量子科技有望全面赋能通信安全、高端制造、算力升级、精准传感等领域，成为驱动新质生产力发展、重塑全球科技竞争格局的核心力量。
