量子互联网的核心概念与本质 - 量子互联网是独立于经典互联网和量子计算的新兴网络范式，其核心功能是用于在遥远设备间共享量子纠缠态，而非单纯提升现有互联网的速度或安全性 [1][6] - 量子互联网将与经典互联网并存并协同运作，经典信道负责传输控制信息，量子信道专门用于分发纠缠态，共同催生超越现有基础设施的新型协议 [6] - 该网络基于量子物理定律运作，其核心单元是量子比特，与经典比特只能为0或1不同，量子比特可以同时处于0和1的叠加态 [3] 量子互联网的关键技术基础 - 量子纠缠是量子互联网的“燃料”，它使得无论相隔多远的两量子位都能保持相互关联的状态，是实现量子互联网独特功能的基础 [3][5] - 量子技术面临两大物理限制：一是未知量子态无法被复制（不可克隆定理），二是量子信息极其脆弱，易受环境噪声影响而退化（退相干）[5] - 构建网络需要分发纠缠态，并利用纠缠特性实现安全密钥交换、量子信息瞬移（不传输粒子而转移量子态）以及协同分布式量子任务 [6] 量子互联网的主要应用前景 - 在安全与隐私领域，量子密钥分发（QKD）能够基于物理定律生成有安全保障的密钥，其他应用包括盲量子计算（保密数据外包计算）和电子投票 [7] - 在计算能力方面，分布式量子计算通过纠缠连接多个量子处理器，可突破单处理器量子位数量限制，实现相对于经典分布式系统的指数级运算加速 [8] - 在专有应用方面，量子传感网络能提供前所未有的测量精度，量子增强型时间同步与长基线望远镜有望彻底改变导航、天文观测和地球监测领域 [9] 量子互联网的发展阶段与现状 - 量子互联网的建设正分五个阶段推进：一、基础QKD网络已在城市及卫星通信中部署；二、实验室已演示纠缠态分发；三、实现了量子态净化的量子存储网络；四、基于逻辑量子位的有限容错网络；五、支持分布式量子计算的完整量子互联网 [10] - 目前，基础量子密钥分发网络（QKD）已进入实际部署阶段 [10] 构建量子互联网面临的主要挑战 - 需要开发量子中继器以延长纠缠态的传输距离，并需要量子存储器来存储脆弱的量子比特 [11] - 需要发展新型纠错机制来对抗噪声和退相干现象，并制定新标准以确保不同技术和地域间的互操作性 [11] - 尽管挑战巨大，但发展势头强劲，各国政府、研究机构和行业巨头正大力投资原型机与测试平台 [11]

量子物理实验进展 - 奥地利和德国科研人员利用约7000个钠原子创造了迄今最大的量子叠加态 其宏观度也是最大的薛定谔猫态 [1] - 实验在约零下196摄氏度的超高真空环境中进行 生成的钠原子簇直径约为8纳米 其叠加的两个位置间距为133纳米 是原子簇直径的10多倍 [2] - 此前曾有研究使16微克的晶体处于薛定谔猫态 质量更大但位置间距小 因此宏观度低于本次实验 [2] 科学意义与应用前景 - 该成果有助于探索微观与宏观尺度的界限 并理解量子系统失去量子特性（退相干）的过程 即薛定谔猫态坍缩为确定态的过程 [2] - 研究对量子计算机研发具有重要意义 因为量子计算机需要大量量子比特长时间维持相干叠加态以进行有效计算 [2] - 相关研究成果已发表在《自然》杂志上 [3]

量子物理实验进展 - 奥地利和德国科研人员利用约7000个钠原子创造了迄今最大的量子叠加态 其宏观度也是最大的薛定谔猫态 [1] - 实验中钠原子簇的直径约为8纳米 其叠加的两个位置之间距离为133纳米 达到原子簇直径的10多倍 [2] - 此前曾有研究使16微克的晶体处于薛定谔猫态 质量更大但位置间距小 因此宏观度低于本次实验 [2] 科学意义与应用前景 - 该成果有助于探索微观与宏观尺度之间的界限 并理解量子系统失去相干性（退相干）的过程 [2] - 研究对量子计算机研发具有重要意义 因为量子计算机需要众多量子比特长时间维持相干叠加态以进行有效计算 [2] - 相关研究成果已发表在《自然》杂志上 [3]

技术突破 - 由美国斯坦福大学领导的团队开发出一种新型光学腔体，可实现原子级高效光操控，能够从单个原子收集光子 [1] - 该技术所操控的原子存储着量子比特，即量子计算机的基本构成单元 [1] - 该研究首次实现了所有量子比特同时“提取信息”，相关成果发表于《自然》杂志 [1]

华人学者科研产出概览 - 2026年1月28日，国际顶尖学术期刊《自然》一次性上线了43篇研究论文，其中华人学者（包括作为第一作者和通讯作者）贡献了22篇，占比超过51% [3] 量子技术与计算领域研究进展 - 中国科学技术大学团队利用分布式城际量子传感器，在轴子暗物质探测方面取得进展，为暗物质研究提供了新的实验限制 [3] - 中国科学院物理研究所与北京大学团队在78量子比特处理器上，通过随机多极驱动实现了预热化，推动了量子计算中多体系统动力学的研究 [4] - 德克萨斯大学奥斯汀分校与哥伦比亚大学团队观测到了双层激子从超流体到绝缘体的转变，为研究量子相变提供了新视角 [33] - 南洋理工大学团队实现了对moiré Chern铁磁体的光学开关控制，为未来光控自旋电子器件开发奠定了基础 [34] 人工智能与计算硬件领域研究进展 - 北京智源人工智能研究院团队提出了通过预测下一个词元进行多模态学习的方法，旨在提升多模态大模型的性能 [6] - 清华大学与北京大学团队合作开发了一种用于边缘智能的柔性数字存内计算芯片，旨在提升边缘设备的计算能效 [27] 半导体、材料与器件物理领域研究进展 - 复旦大学团队开发了一种用于星载通信的抗辐射原子层级射频系统，旨在提升空间电子器件的可靠性与性能 [8] - 加州大学洛杉矶分校团队实现了对非晶材料三维原子结构的精确测定，推动了材料科学在原子尺度表征的发展 [10] - 华盛顿大学团队实现了对整数和分数陈绝缘体的光学控制，为拓扑物态的光学调控开辟了新途径 [11] - 康奈尔大学团队在二硒化钨莫尔超晶格中研究了带宽调谐的莫特转变和超导性，为探索关联电子现象提供了新平台 [12] - 复旦大学团队研究了斯通纳-沃尔法斯反铁磁体的类铁磁体二元开关行为，为新型磁存储器件设计提供了思路 [25] - 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校团队探索了非晶纳米粒子原子分辨率断层成像重建的极限，对纳米材料表征具有重要意义 [21] - 马克斯·普朗克智能系统研究所团队在光流体的三维微纳制造技术上取得进展，为微纳加工提供了新方法 [23] 生命科学与医学领域研究进展 - 四川大学华西医院等机构联合团队揭示了致幻剂通过5-HT2A受体介导的Gi信号通路发挥作用的分子机制，为神经精神药物研发提供了新靶点 [19] - 中国科学院上海药物研究所/上海交通大学医学院附属瑞金医院等机构联合团队解析了胆汁酸转运蛋白Ostα-β的结构，揭示了其独特的折叠与转运机制，为相关疾病治疗提供结构基础 [31] - 中国科学院物理研究所、北京大学等机构联合团队解析了人类胆汁酸转运蛋白OSTα–OSTβ的结构与工作机制，深化了对胆汁酸代谢的理解 [37] - 波士顿儿童医院团队发现与硫酸乙酰肝素复合的糖基RNA能够调控VEGF-A信号通路，揭示了RNA修饰在血管生成中的新功能 [29] - 哈佛大学医学院团队研究发现迷走神经血容量感受器可对失血和体位变化进行代偿，增进了对心血管稳态调节机制的理解 [36] 基础科学与前沿技术领域研究进展 - 科罗拉多大学博尔德分校团队研究了固态钍-229核钟的频率再现性，推动了下一代核钟技术的发展 [13] - 中国科学院南京地质古生物研究所团队发现了在显生宙第一次大灭绝之后的寒武纪软体生物群，为理解早期生命演化提供了新证据 [14] - 谷歌DeepMind团队利用AlphaGenome提升了调控变异效应的预测能力，有助于解读基因组非编码区功能 [16] - 中国科学院团队在NH4B4O6F晶体中实现了真空紫外二次谐波生成，为非线光学晶体材料开发提供了新选择 [18]

行业核心观点 - 量子计算正从实验室步入产业化初期，凭借其潜在的指数级算力优势，有望重塑药物研发、材料科学、金融建模等多个领域，成为全球科技竞争的战略制高点 [1] 技术原理与优势 - 量子计算利用量子比特的“叠加”与“纠缠”特性实现远超经典计算机的并行处理能力 [2] - 与传统计算相比，量子计算能带来更强的并行计算能力和更低的能耗，其运算能力随量子比特数量呈指数级增长 [10][14] - 量子优势（量子计算速度高于传统计算）概念于2012年提出，并在2019年由谷歌团队实现实验验证 [14] 主要技术路线 - 全球技术路线呈现多元化探索格局，主要分为基于固态体系的“人造粒子”路线（如超导、半导体）和基于原子体系的“天然粒子”路线（如离子阱、光量子、中性原子） [17] - 超导路线凭借较高的保真度、较好的扩展性以及与现有半导体工艺的兼容性，在工程化和产业化进展上暂时领先，全球有效授权专利量达10,888项，位居首位 [2][17] - 离子阱路线具备很高的保真度但可扩展性较差，有效授权专利量3,049项；中性原子路线展现出更强的可扩展性但保真度面临挑战，有效授权专利量为1,313项 [17] 全球竞争格局 - 量子计算已成为大国科技博弈的核心战场，已有30余个国家开展了以量子计算为重点的量子信息领域规划布局，中美处于第一梯队 [20] - **美国**：凭借活跃的创新生态、持续的巨额政策投入和头部企业引领，在整体上处于领先地位，建立了从硬件、软件到云服务的完整产业生态 [3][23] - **中国**：将量子科技置于国家战略层面，在技术封锁背景下，于超导量子计算原型机（如“祖冲之三号”）、量子计算云平台及上游关键设备（如稀释制冷机）的自主研发与替代方面取得系列突破 [3][24] - **欧洲**：通过欧盟层面的战略协同与各国加大投入力图整合力量加速追赶，欧盟委员会于2025年7月推出《量子欧洲战略》 [3][30] 国家战略投资 - 美国通过《国家量子倡议(NQI)法案》计划5年投资12.75亿美元，实际投资已达37.38亿美元，2024年预算为9.68亿美元 [22] - 英国在2023年发布的国家量子战略中，计划10年投资31.8亿英镑 [22] - 法国在2020年的国家量子技术投资计划中投资约19.6亿欧元 [22] - 韩国在2023年的量子科学发展战略中，计划在2035年前投资17.9亿美元 [22] 产业链结构 - **上游**：产业的基石，专注于提供极低温环境（如稀释制冷机）、精密测控系统、核心芯片与光学组件等基础设施，技术壁垒高，是当前国产替代攻坚的重点领域 [4] - **中游**：生态核心，包括量子计算原型机制造商和软件供应商，国内外企业在此环节竞争激烈，不断刷新量子比特数量与性能纪录，并构建覆盖设计、控制、编译的软件工具链 [4] - **下游**：以量子计算云平台为主要载体，致力于降低使用门槛，推动算力普惠化，应用探索目前以科研为主，但金融、化工、制药等行业的商业化应用前景备受瞩目 [4] 国内产业发展现状 - 2024年，中国有153家量子计算企业，较2023年增长39.2% [28] - 中国量子计算领域专利申请量已经连续三年（2022-2024年）突破一万件，产业创新活力凸显 [28] - 国内量子计算发展呈现“硬件多点突破、软件工具补全、产业协同推进”的态势 [39] 海外领先企业动态 - **谷歌**：2024年12月推出最新的量子芯片Willow，拥有105个量子比特，首次实现随量子比特数量扩展而指数级降低错误率，在随机电路采样测试中，仅用不到5分钟就完成当前最快超算需1025年才能处理的任务 [34] - **微软**：推出全球首创、基于拓扑量子架构的量子芯片Majorana 1，目前集成8个拓扑量子比特，并具备在未来扩展到百万量级量子比特的路线 [37] - **IBM**：2023年推出133量子位的量子处理器IBM Quantum Heron及首台模块化量子计算机IBM量子系统二号，并将其量子开发路线图延长至2033年 [38] 国内领先企业/机构动态 - **中科大/中科院**：2025年3月成功研制105比特“祖冲之三号”超导量子计算机，其“量子随机线路采样”速度比最快超算快15个数量级 [39] - **上海团队**：借助AI技术，高效制备出含2024个中性原子的无缺陷阵列 [39] - 首款国产量子计算桌面软件“东南·云霄”正式发布，重点攻克数据安全与硬件兼容性难题 [39] 未来发展趋势 - 混合算力模式成为现实路径，量子计算将与经典计算（尤其是高性能计算、人工智能计算）深度融合，形成异构算力体系 [5] - 产业生态将加速完善，从单一的技术突破转向硬件、软件、算法、应用场景的协同发展 [5] - 市场普遍预期，未来五到十年内，产业将迎来第一轮快速增长，在特定领域实现有价值的商业应用 [5] - 欧洲量子计算市场规模预计将从2024年的1160.1百万美元增长至2032年的12620.7百万美元，期间复合年增长率为33.2% [31]

行业前景与市场潜力 - 量子技术被预测将创造巨大市场，波士顿咨询集团预测到2040年，量子硬件和软件供应商的年营收将达到900亿至1700亿美元 [2] - 量子计算若兑现潜力，将助力工程师在药物、疫苗、电池和化工产品设计上实现跨越式发展 [2] - 投资者正纷纷向量子技术初创企业投入重金，但文章建议也应关注拥有深厚资历和经验的企业 [2] IBM的量子计算战略与历史 - IBM自本世纪初便投身于量子技术研究，目前由物理学家杰伊·甘贝塔领导分布在六大洲的3000名研究人员团队 [3] - 公司放弃了光子学、离子阱等研究方向，押注于利用沉积在硅片上的微型超导线路构建量子比特（transmon）的技术方案 [3] - 选择超导方案的优势在于：极低温度可通过市售设备实现，芯片制造是公司核心强项，微波技术有50年积淀 [4] - 公司首席执行官阿尔温德·克里希纳是一位拥有电气工程博士学位的技术专家，曾担任过甘贝塔目前的职位，标志着管理层向技术专家转型 [11] 技术路径与研发进展 - 超导量子比特需要将芯片冷却到仅比绝对零度高1/70度的温度，以保护电子运动免受热噪声干扰 [4] - 量子比特存在易出错问题，随着计算复杂度和量子比特数量增加，错误会累积，公司正在研究纠错方法，例如利用冗余量子比特相互校准 [7] - 公司宣称拥有最透明的规模化纠错技术路线图，并在科学期刊上公布了自己的纠错解决方案 [7] - 公司正以模块化方式扩大量子计算机规模，计划将多个装有超冷超导芯片的机柜连接，使不同机柜中的量子比特产生纠缠 [8] - 公司的构想是，在2029年于波基普西打造出一台房间大小、具备容错能力的模块化量子计算机，能运行1亿次量子门操作 [11] 商业化应用与客户合作 - 公司在波基普西工厂、研究实验室以及欧洲和亚洲地区部署了可运行的量子计算机，供莫德纳、克利夫兰医学中心、橡树岭国家实验室等机构科学家运行测试程序 [6] - 公司与先锋领航集团合作实验，探索如何从109种证券中做出最优选择，量子计算机经过4200次量子门操作后摸索出了答案，而传统计算机逐一尝试所有组合所需时间比宇宙年龄还久 [10] - 公司已获得价值10亿美元的量子服务订单承诺 [11] - 在实现2029年目标之前，规模较小的量子计算机将与传统计算机协同工作，在投资组合优化等实际任务中，展现出超越纯传统计算机的性能 [11] 竞争格局与行业挑战 - 除了IBM，谷歌也选择了transmon技术路线，但其他初创公司采用了不同的技术方案 [6] - 部分竞争对手在小规模实验环境中公布了令人瞩目的成果，但将技术拓展到大型机器需要更高的制造精度和规模化能力 [7] - 一家名为“量子计算”的初创公司，最初从事喷墨墨盒和饮料分销业务，近期市销率达到9500倍，但其技术路径与IBM不同 [6][11] - 行业普遍面临技术规模化的挑战，包括建设配备完善封装工艺的晶圆厂等 [7]

量子计算领域竞争态势 - 2025年诺贝尔物理学奖得主约翰·马丁尼斯认为，中国正迅速缩小在量子计算领域与美国的差距，美国可能只领先“几纳秒”，很快会被中国赶上 [1] - 马丁尼斯指出，谷歌2019年取得领先时，西方技术人员普遍认为中国落后美国约三年，但中国科研人员通常能在西方发表最新进展论文后几个月内跟上 [1] - 马丁尼斯强调中国在量子计算领域非常有竞争力，这是一场真正的竞赛 [1] 技术发展与应用前景 - 量子计算机的基本信息单位是量子比特，可处理的信息量极大，有潜力改变医学、金融、人工智能、军事等许多领域，并可能对现有加密体系构成威胁 [4] - 马丁尼斯估计，具有实际应用能力的量子计算机的研发进程至少还需要五到十年 [4] - 中国科学技术大学实验室诞生了最新一代光量子计算机“九章四号”，实现了3050个光子的控制，在特定问题上计算速度远超传统计算机 [5] 国家战略与资金投入 - 中国在“十三五”规划期间提出发展量子计算、量子通信的战略目标，并在“十四五”规划中将量子技术列入7大“科技前沿领域攻关”领域 [5] - 根据麦肯锡公司2022年报告，中国对量子技术的公共资金投入高达153亿美元，是美国政府投资（19亿美元）的8倍，是欧盟各成员国投资总额（72亿美元）的两倍 [5] - 美国白宫已意识到量子计算领域的挑战，注意力正转向该领域 [2] 专利与未来预测 - 信息和分析提供商LexisNexis分析了中美两国量子计算专利组合实力，并预测中国最早可能在2027年超越美国 [5] - LexisNexis知识产权分析与战略总监马尔科·里希特表示，根据观察到的量子计算领域发展动态，推测中国科研机构将在短短几年内在这些技术领域扮演非常重要的角色 [6]

量子计算机技术原理 - 量子计算机基于量子叠加和量子纠缠等原理构建的新型计算系统 [1] - 其信息单元"量子比特"可处于0和1的线性叠加态，使其能在指数级大的状态空间中完成量子演化 [1] 量子计算机应用潜力 - 量子计算机在特定复杂问题上展现巨大潜力，但这种优势具有高度专用性 [1] - 其独特架构在处理日常任务（如浏览网页、文档编辑）时，效率和稳定性远不如传统计算机 [1] 量子计算机市场定位 - 量子计算机将作为强大的专用计算工具，与传统计算机形成互补而非替代关系 [1]

行业现状与市场关注度 - 量子计算成为投资者关注的新焦点，但商业化进程面临重大挑战，风险远大于潜在回报 [1] - 受技术突破及美国政府可能入股相关企业的消息推动，量子计算概念股大幅上涨，例如D-Wave Quantum在过去一年股价飙升1811% [1] - 谷歌宣布其量子芯片在特定计算中的速度是普通计算机的13000倍，展示了技术潜力 [1] 技术瓶颈与性能挑战 - 当前最先进的量子计算机在大多数应用场景中仍无法超越传统计算机，主要瓶颈在于电子“大脑”规模不够大且无法可靠修复计算错误 [3] - 量子计算机性能不稳定的根本原因在于量子比特数量不足且错误率高，构建大规模无错误量子计算机难度极大 [4] - IBM最先进的量子计算机系统拥有156个量子比特，其路线图计划到2033年达到2000个量子比特，谷歌目前拥有105个量子比特的芯片，目标是1000个量子比特 [4] - 美国银行分析师指出，可扩展性是未来五年至十年的关键问题 [3] 技术路线与市场竞争格局 - 量子计算产业仍处于早期阶段，哪种基本技术路径最具可扩展性尚未明确，存在多种技术路线竞争 [5] - 主要参与者包括IBM、谷歌、亚马逊、微软等大型科技集团，以及IonQ、D-Wave Quantum等上市公司和PsiQuantum等初创企业 [5] - 任何技术路径都可能失败，政府早期对某种方案的支持若押错宝，可能会阻碍行业发展 [5] 商业化前景与收入预测 - 量子计算目前更多是工程问题而非科学实验，涉及如何制造更大规模计算机，估计可能需要三到四年的时间 [6] - 美国银行分析师预计到2030年量子计算收入可能达到42.5亿美元，约相当于英伟达十年前的收入水平 [6] - 若技术挑战得到解决，量子计算有望快速增长，应用领域包括提高太阳能电池效率、模拟飞机性能、优化电网以及加速新药发现 [6] - 核心问题在于量子计算何时会成为一项值得投资的技术，而这可能还需要一段时间 [7]