文章来源：整理自光子盒研究院、方正证券研报、CIOE2024展会资料、网络资料
光电产业作为现代科技的核心领域之一，不断涌现出创新成果与应用前景广阔的技术亮点。将于9月10-12日在深圳国际会展中心举办的CIOE中国光博会紧抓技术热点，特别开设“光电热点技术”专栏，深度聚焦光电产业与热点技术互相融合，探索其在各领域的创新应用，共同展望未来发展趋势。
本期为第一期：量子信息技术，在光与电的量子纠缠中，一场重构硬科技底座的革命已然爆发...
2025年全国两会上，政府工作报告提出建立未来产业投入增长机制，培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未来产业。作为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域，量子科技正以令人惊叹的颠覆性、引领性和独特性，深刻改变着人们的生活。量子信息是一门结合了量子力学原理和信息技术的前沿交叉领域，其核心在于利用量子叠加、量子纠缠等特性，实现传统信息技术无法企及的功能。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信、量子测量三大领域。作为能使计算、通信等领域实现革命性突破的产业，量子信息技术是培育未来产业、构建新质生产力、推动高质量发展的重要方向之一。量子信息技术产业链：量子计算包含量子比特测控系统、量子比特环境、芯片、系统软件、量子计算硬件整机、量子应用软件等；量子测量包含激光器、真空系统、测控线路器件仪器、单光子探测器、低温设备、时间测量设备、目标识别设备；量子通信包含核心器件与材料、核心设备、保密网络运营、网络建设集成、PQC等。
CIOE中国光博会聚焦量子信息技术，展会现场，国盾量子、天道量子、国科航星、鲲腾量子、光越科技、频准激光等企业隆重展出，同期还举办了国际量子技术科学前沿论坛，探讨量子通信、量子计算、量子精密测量等领域热门话题。量子通信是目前最先进入实用化阶段、发展最为成熟的量子信息技术。在量子通信与安全产业链上游，核心器件与材料的涵盖囊括了关键的技术组成部分。首要的是先进的量子芯片技术，作为整个产业链的基础，包括数据处理类芯片、电学芯片和光学芯片。光源则成为量子通信不可或缺的关键组件，作为载体，经过对其量子状态的调制操作后，可携带量子信息在不同通信节点间中进行信息传输和共享。在通信接收端，单光子探测器发挥着至关重要的作用，确保对量子信息的精准检测。量子随机数发生器是保障通信不可预测性的关键工具。此外，其他核心器件如PPLN（周期极化铌酸锂）晶体、PPLN（周期极化铌酸锂）波导、光纤光缆等元件同样在上游产业链中发挥着关键作用。这些核心器件和材料为量子通信与安全产业链的上游提供了创新动力，为实现更安全、更高效的量子通信系统奠定了坚实基础。在量子通信与安全产业链中游，划分为核心设备、网络建设集成、保密网络运营以及PQC。核心设备涉及到关键的量子通信设备，如QKD设备、组网设备和网络管理软件平台，这些设备确保信息的安全传输。网络建设集成用于构建高效、安全的量子通信网络，例如中国的国家骨干网、省骨干网以及城域网。保密网络运营则包括各运营商参与其中，推动量子通信技术的日常运行与维护。同时，产业链中游还加入了PQC领域，包括新一代的加密算法、安全协议、芯片等。这部分的发展使得产业链更为全面，更加关注未来密码学的演进。整个中游通过设备、网络建设和运营的协同作用，为量子通信与安全的发展提供支撑，为实现更安全、高效的通信提供了关键保障。量子通信与安全产业链下游涵盖了广泛的应用领域，包括国防、金融、电网以及终端等。在国防领域，量子通信技术应用于高度机密的军事通信，确保敏感信息的安全传输，有效防范窃听和网络攻击。金融行业通过量子通信技术实现更安全可靠的数据传输，提高对金融交易和客户信息的保护水平。在电网领域，量子通信可应用于保障电力系统中实时数据的安全传输，预防网络攻击和数据篡改，确保电网运行的稳定性。
资料来源：光子盒，方正证券研究所
偏振纠缠光源
单光子探测器
在去年9月结束的国际量子技术科学前沿论坛上，量子信息网络产业联盟副理事长、中国信息通信研究院总工程师敖立；中国电信股份有限公司北京研究院量子技术及应用团队总监、高级工程师唐建军；武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 光量子技术主管华昕博士；浙江九州量子信息技术股份有限公司副总裁钱懿博士；北京邮电大学喻松教授；中国联通研究院高级研究员赵春旭等多名大咖就量子信息技术产业发展趋势、量子通信发展现状、面临的挑战及应用探索、硅光量子器件、量子密钥分发等话题进行探讨。
量子传感技术正形成全链条布局，涵盖上游的赋能技术、中游的整机制造以及下游的广泛应用领域。近年来，更多企业纷纷涌入量子传感领域，产业链不断壮大，展现出巨大的发展潜力。
量子精密测量的上游涵盖了核心硬件、外围保障系统以及辅助硬件等多个方面，为高精度测量提供了必要的基础支持。目前，量子精密测量的上游核心硬件行业正处于快速发展阶段，硬件设备主要包括探测器、激光器、微波源、原子气室等。单光子探测器作为量子精密测量技术中的关键元件，通过探测光子的存在，实现对量子态的高效、精准测量和计数，主要用于量子增强雷达、光钟等设备。近年来，随着量子雷达等产品不断落地，单光子探测器在核心硬件中的地位愈发凸显。从分类来看，单光子探测器主要包括基于半导体材料的雪崩光电二极管（APD）、超导纳米线单光子探测器（SNSPD）和单光子光电倍增管（PMT），这些技术各自具有不同的优缺点，但随着技术不断演进，基于半导体材料的雪崩光电二极管尤其是超导纳米线单光子探测器逐步在量子精密测量领域中占据了主要地位。激光器凭借其高亮度、单色性和高相干性等优势，在量子精密测量中扮演着至关重要的角色。然而，为了进一步提升测量精度，激光器需具备低噪声、稳定输出的特性。超稳激光器，特别是那些具有极窄光谱线宽的激光器，成为了实现这一目标的关键。与此同时，随着对激光器性能要求的不断提高，研究学者开始探索新型激光器设计，以进一步提升其稳定性和精度。其中，极低精细度腔体激光器成为重要研究方向。这类激光器通过特殊的设计，能够在保持较高输出功率的同时，实现极窄的光谱线宽，从而在量子传感器中展现出独特的优势。
外围保障系统是量子精密测量实验得以顺利进行的基础，其性能直接关系到测量结果的稳定性、准确性和可靠性。该系统主要涵盖低温系统、磁屏蔽系统、真空系统和隔振系统等。
量子精密测量的上游辅助硬件包括射频器件、高频线缆、光电信号放大器、光电/声光调制器等，它们共同确保着量子态信息的准确传输、灵活处理与高效分析。
中游整机方面，量子传感器的集成化和模块化设计使得其在多个测量领域展现出强大的应用潜力。当前，量子传感器在时频、磁场和重力等领域技术相对成熟，在电场、温度、压力等领域优越性尚未完全体现。未来，随着技术的不断进步，量子传感器的整机制造将更加注重小型化和低功耗设计，以适应更广泛的应用需求。
下游应用方面，量子传感技术的潜力已在多个领域显现。例如在卫星导航中，原子钟、量子陀螺仪、量子重力仪、量子磁力计等组合能够实现超高精度的定位，提升导航系统的可靠性；在医药领域，量子磁力计可以实现对生物信号的精准探测，助力疾病的早期诊断；在军事国防方面，量子增强雷达可为战略监测和侦察提供了强大支持。在去年9月结束的国际量子技术科学前沿论坛上，香港城市大学讲席教授区泽宇、安徽省国盛量子科技有限公司董事长兼总经理赵博文博士、山东国耀量子雷达科技有限公司总经理申屠国樑、赋同量子科技（浙江）有限公司首席技术官吕超林等业内专家就量子时代的干涉测量、量子磁力传感器、单光子雷达应用及产业化进展、单光子探测（SNSPD）等话题进行探讨。全球量子科技产业发展呈迅雷之势，根据国际前沿科技咨询机构ICV以及光子盒研究院提供的数据显示，2024年，全球量子科技产业整体规模达到了80亿美元，而2024至2030年的年平均增长率（CAGR）将达到76.27%，到2035年量子总产业规模则有望达到9089.1亿美元，其中量子计算将达8077.5亿美元。量子计算是一种依托量子力学原理构建的新型计算模式。其基本运作原理是借助量子比特所展现出的量子叠加和量子纠缠等独特量子力学现象来开展计算工作，这一创新模式为传统计算方式带来了重大变革。叠加：在量子计算机中，信息的基本单元不再是经典计算机中的比特(bit)，而是量子比特(qubit)。比特只能是表现0或1，但由于量子状态的不确定性，量子比特可以同时处于0和1的叠加态，可以同时储存2^N个数，这使得量子计算机能够同时进行多个计算。例如经典计算机的8个比特能表示0到255之间的任意一个数字，而量子计算机的8个量子比特能表示全部255个数字，只不过每个数字出现的概率不同，极大地提高了运算效率。纠缠：量子比特之间可以相互纠缠，即使它们相隔很远，改变一个量子比特的状态会立即影响另一个纠缠的量子比特。这种特性使得量子计算机在处理某些问题时，比经典计算机更高效。量子计算产业链上游涵盖了量子计算机研制所需的核心材料、器件、组件及环境支撑与测控系统（如稀释制冷机、真空系统、低温组件、光学器件等）。产业链中游是产业生态的核心环节，主要由量子计算机整机厂和软件供应商构成。在原型机领域，全球超三分之一的企业聚焦超导技术路线，离子阱、中性原子、光量子和硅半导体等路线也有广泛布局；软件层面则呈现开源社区驱动产品迭代与用户生态培育的趋势，科技巨头依托传统软件生态优势占据先发地位。下游作为产业生态的终端应用环节，主要由量子计算云平台供应商和行业应用企业构成。云平台方面，IBM、微软、亚马逊等国际科技巨头凭借资源共享性强、硬件多样性高、应用案例丰富及服务模式成熟等优势占据全球领先地位，而我国量子计算云平台在后端硬件水平、平台协同能力及商业模式探索等方面仍有较大提升空间；行业应用方面，量子计算的行业应用涉及教育、生物、化工、国防、能源、金融等多个领域。但由于当前量子计算机的发展尚早，未达到实用化阶段，无法就现实问题提供算力支持，现阶段的各类应用合作尚处于早期探索阶段。
在去年9月结束的国际量子技术科学前沿论坛上，香港城市大学副教授王欣；上海交通大学教授、图灵量子创始人金贤敏；中山大学教授、启科量子联合创始人罗乐等业内专家就量子计算、光子芯片时代、离子阱量子计算机等话题进行探讨。在2025-2030年期间，量子科技产业预计将经历关键的跃迁阶段。全球竞争格局加速重构，中国在量子计算硬件领域的国产化突破与欧美技术路线差异化演进形成共振，推动量子计算从千比特级向万比特级跨越；量子安全技术通过QKD与PQC深度融合，构建起覆盖金融、政务、军事的全域防护体系，产业规模将突破千亿元量级；量子传感技术则以智能感知网络为核心，实现从单点测量到多模态协同监测的范式革新，在智能交通、环境监测等领域催生万亿美元级应用市场。三大领域的技术突破与产业融合，正共同开启以量子算力为引擎、量子安全为底座、量子感知为触角的新纪元。将于9月10-12日举办的CIOE中国光博会也将继续汇集全球知名企业、量子领域的专家等，为探讨量子科学和技术发展搭建良好的交流平台。
