专用设备行业量子计算硬件深度报告：行业奇点将至，硬件破局当时

量子计算硬件深度报告：行业奇点将至，硬件破局当时评级：推荐（首次覆盖）证券研究报告2025年10月12日专用设备张钰莹(证券分析师)S0350524100004zhangyy03@ghzq.com.cn请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明2u本篇报告解决了以下核心问题：u1、梳理传统计算在制程不断微缩后出现的问题，阐释量子计算的原理，并对比量子计算较传统计算的优势Ø计算瓶颈：传统计算效率虽高却难应对指数级增长的问题，而量子比特的叠加态与纠缠态特性使其在特定问题 上的计算效率远超经典计算机；Ø量子隧穿现象：传统计算随着制程微缩会出现电子通过绝缘的薄层发生隧穿，因此量子隧穿将导致漏电，最终让系统失效的问题，但量子比特却可以借助隧穿现象实现量子计算；Ø热耗散效应：传统芯片走向集成度越高，单位面积上产生的热量越多，容易损耗芯片寿命，但量子计算处理信息的方式是可逆的，因此可以解决热耗散效应的问题。u2、对比多种不同路径的量子计算方法：从可扩展性及保真性两大核心指标出发，确定了超导、离子阱、中性原子为三类最有可能落地的路线，其中超导进度快于离子阱快于中性原子。u3、从多个视角判断量子计算目前处于规模化应用前夜：通过梳理全球主要国家量子信息领域战略规划、产业链上下游公司战略方向及量子计算核心硬件订单、采购合同变动情况得出量子计算正处于从实验室走向产业化应用的关键拐点，行业极有可能2027-2029年迎来大规模应用Ø政策端：梳理全球主要科技强国对于量子计算的支持政策与限制出口政策。特别的，白宫在其《2027财年政府研发预算优先事项及跨领域行动》指出“量子科技正处于从实验室走向产业化应用的关键拐点。”Ø产业链端：梳理中美欧企业量子云与硬件布局情况。特别的，微软在其2025FY Q4宣布会继续以十年为周期对量子计算进行战略思考和投资布局；稀释制冷机巨头Bluefors与氦-3原材料供应商签订大额订单，履约周期横跨2028-2037年； IBM预计2029年实现大规模容错量子计算机。u4、确定QPU/稀释制冷机/测控系统为量子计算三大核心硬件，并对稀释制冷机/测控系统市场空间进行测算。Ø梳理量子计算三大硬件分别为QPU/稀释制冷机/测控系统，并分析2030/2035年三大核心硬件价值量占比情况。Ø确定稀释制冷机的市场空间及竞争格局，得出我国稀释制冷机在性能方面与国际龙头处于同一水平的结论，并分析了测控系统的市场空间。u行业评级与投资建议：量子计算产业化加速，路径方面重点看“可拓展性”及“保真性”两大指标，硬件端重点关注稀释制冷机/测控系统两大硬件，二者2030/2035年预计占量子计算硬件价值量的52.66%/66.51%。首次覆盖，我们给予量子计算硬件行业“推荐”评级，建议关注国盾量子、禾信仪器、本源量子（拟上市）、 国仪量子（拟上市）等。u风险提示：量子计算进展不及预期、量子计算路线发生变化、量子计算关键设备发生变化、测算结果与产业实际发展不匹配的风险、研究报告使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明31、量子计算与经典计算对比请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明4u 什么是经典计算？经典计算的基础是比特，其将所有信息转化为无数个确定的0和1的组合。伴随着制程不断微缩，传统计算出现三大问题：1）计算瓶颈：传统计算效率虽高却难应对指数级增长的问题。当问题复杂度爆炸（如药物分子模拟需计算所有原子组合），即使超级计算机也需要数亿年才能解决；2）量子隧穿现象：当电子元器件越做越小，进入量子力学主导的微观尺度后，电子有可能通过绝缘的薄层发生隧穿，因此量子隧穿将导致漏电，最终让系统失效，最终成为经典计算机发展的物理“天花板”；3）散热问题：根据Landauer擦除定理，在不可逆过程中，热量与不可逆操作的规模密切相关：集成度越高，单位面积上产生的热量越多，从而严重影响器件的可靠性和使用寿命。据洞见热管理公众号，按照 Arrhenius方程，在半导体芯片的工作温度范围内，芯片温度每上升10℃，芯片寿命就会降低 50%。资料来源：中科院物理所公众号，洞见热管理公众号， 国海证券研究所图：量子隧穿现象图：微处理器过去半个世纪的发展趋势（红线为热流密度）请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明5u 区别于经典计算，量子计算利用量子比特 （Qubit）的叠加性与纠缠性突破经典二进制限制。量子计算的基础是量子比特（Qubit），它不仅能像经典比特那样表示0或1两种状态，还能以叠加态的形式同时兼具两者特性。1）对于传统计算的算力瓶颈：由于量子比特可同时处于|0〉和|1〉的叠加态， 同时纠缠态使多比特间形成非局域关联，使得量子计算机拥有指数级并行计算能力，使其在特定问题 （如大数分解、复杂系统模拟等）上的计算效率远超经典计算机；2）对于量子隧穿现象：量子计算主动拥抱量子效应。特别地，在超导量子计算方法中，结成库珀对的电子采取量子隧穿的方式通过约瑟夫森结，最终构建出超导量子比特以实现量子计算。 3）对于散热问题：量子计算处理信息的方式是可逆的，因此可以解决热耗散效应的问题。资料来源：中科院物理所公众号，国海证券研究所图：量子比特不仅可以像经典比特一样处于0态或1态（左、中），还可以同时处于0态和1态的叠加态（右）图：量子计算与经典计算对比请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明6u 量子计算核心四大工作步骤：1）量子态初始化：通过激光或微波脉冲将量子比特重置到基准态。超导量子比特需在接近绝对零度的环境中“冻结”热噪声，离子阱则通过电磁场悬浮原子并初始化其能级；2）量子门操作与纠缠构建：应用微波/激光脉冲操控量子比特状态，并通过通过CNOT等受控门使量子比特间产生纠缠；3） 量子并行计算：将计算问题映射到量子态的演化中；4）量子态测量与结果输出：对量子比特进行重复运行多次采样测量，通过统计高频结果获取最终解。u 量子计算重点指标为保真度与易扩展性。1）保真度：量子计算机进行基本运算时的正确率。由于量子系统的不稳定性，量子比特会不可避免地与环境（温度、电场、磁场甚至无处不在的宇宙射线）发生相互作用，进而导致计算过程的正确率降低，保真度下降。2）易扩展性：量子比特数量直接决定了量子计算机的算力上限。每增加一个量子比特，量子计算机的并行处理能力就翻一倍——10个量子比特能同时处理1024种可能性，而50个比特就能超越传统超级计算机的算力边界。资料来源：光子盒公众号，墨子沙龙公众号，国仪量子公众号，化工仪器网，国海证券研究所图：量子计算核心工作步骤表：量子计算核心指标指标说明保真性决定量子计算机进行基本运算时的正确率易扩展性决定量子计算机的算力上限运算速度不同技术路线的速度差异可达四个数量级连通性决定量子比特之间传递信息，协作运算的能力请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明7u 量子计算主要技术路线众多，但逐步收敛。量子计算可分为超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体、拓扑量子等路线，前三项技术路线进展最快。具体说来，超导量子由于高保真、高比特数（即易扩展性）、高运算速度三大特性继续领跑量子计算技术路线；离子阱路线具备最高的保真度，但扩展性不佳，因此在进度上略逊于超导量子计算路线；中性