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本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 1 页 / 共 26 页 计算机 分析师 :唐月 执业证书编号： S0730512030001 tangyueccnew 021-50586635 布局量子信息，开启未来信息技术之争 计算机 行业专题研究 证券研究报告 -行业专题研究 强于大市 （ 维持 ） 计算机 相对沪深 300 指数表现 相关报告 1 计算机行业专题研究 :区块链技术先行，助力全球货币之争 2019-11-27 2 网络安全行业半年度策略：等保 2.0 落地，网络安全行业开启新征程 2019-9-20 3 计算机行业专题研究：盘点我国在超算领域进展与机遇 2019-7-31 联系人： 李琳琳 电话： 021-50586983 传真： 021-50587779 地址： 上海浦东新区世纪大道 1600 号 18楼 邮编： 200122 发布日期： 2020 年 03 月 12 日 投资要点 : 人类当前已经迎来了以主动调控和操纵为特征，以量子信息为代表的第二次量子革命。 以被动观测与应用为代表的第一次量子革命催生了现代信息技术。而 在人类对量子纠缠的实验研究中发展出 精细的量子调控技术，并将其应用到了量子信息的研究中，这一技术变化将带来人类历史的飞跃。 正是看到了量子信息对未来政治和军事格局可能带来的影响，各国相继出台量子信息的国家战略，加入量子竞赛的角逐中。 近期 美国发布了美国量子网络战略愿景，提出美国将开辟量子互联网，确保量子信息科学（ QIS）惠及大众 ，同时美国还 将量子信息设置成出口管制重要领域 。 近代社会以来，量子 保密 通信是第一个由中国创造的新产业，具有里程碑意义。 量子保密通信是首个从实验室走向实际应用的量子信息技术分支。 在 2016 年墨子号量子科学实验卫星成功发射和 2017 年京沪干线建成并连接后，构成了天地一体化量子通信网络的雏形，也标志着我国率先进入广域网阶段 ，我国正在 成为全球相关行业标准和规则的制定者。 目前我国正在建设的国家广域量子骨干网一期项目， 2020 年 将 发射第一颗实用化量子卫星 ，同时 长三角区域有望借助长江三角洲区域一体化发展规划纲要得到率先发展 ，实现保密通信干线网与国家骨干网络的无缝连接，开展量子通信应用试点，形成全国首个量子通信商业化地区，成为全球量子通信的引领示范区域。 由于量子信息发展还处于早期阶段，相 关的上市公司层面对量子信息业务涉及的不多。 A 股标的中，仅有国盾量子是专业从事相关业务的企业，而类似神州信息、中兴通讯、亨通光电、中国联通这些各领域的领先企业也积极参与到了量子保密通信网络的建设中。 随着相关应用的持续推广，未来更多企业有望参与到量子信息产业中 。 风险提示： 量子信息 技术 的推进不及预期 。 -22%-16%-10%-4%2%8%14%20%2019-03 2019-07 2019-11计算机 沪深 300 计算机 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 2 页 / 共 26 页 内容目录 1. 从近期科技领域 3 大事件看量子信息对国家网络安全的重要意义 . 4 1.1. 事件 1：美国控制瑞士密码设备公司，窃取各国情报 . 4 1.2. 事件 2：美国加大对华为的打压力度 . 4 1.3. 事件 3：美国 发 布美国量子网络战略愿景 . 5 1.4. 3 大事件的背后，是关系到国家网络安全的过去、现在和未来 . 5 2. 近年来，各国已经开启了在量子竞赛，纷纷将量子信息纳入国家战略 . 6 3. 代表未来的量子信息具有开创时代的存在意义 . 8 3.1. 量子信息是什么 . 8 3.2. 量子信息的分类与发展概况 . 9 3.3. 量子信息具有开创时代的存在意义 . 11 4. 量子信息对密码学和信息安全具有颠覆性的影响 . 12 4.1. 量子因 数分解威胁下， RSA 或将被攻破 . 12 4.2. 量子保密通信构建出密码学的终极解决方案 . 12 5. 量子计算机：距离实用仍有很长的路要走 . 13 6. 量子通信：中国正在引领和创造一个新产业 . 15 6.1. 量子保密通 信是近现代唯一一个由中国新创造的产业 . 15 6.2. 量子信息产业成为了十三五我国重点培育的战略性产业 . 16 6.3. 量子保密通信骨干网络有序建设中，长三角成为前期建设重点区域 . 17 6.4. 量子保密通信的应用还处于初级阶段 . 20 7. 产业链概况及投资标 的 . 21 7.1. 中国通信标准化协会量子通信与信息技术特设任务组 . 21 7.2. 中国信息协会量子信息分会会员单位 . 21 7.3. 量子信息产业链分布与相关概念股 . 22 8. 风险提示 . 25 图表目录 图 1： Crypto AG 密码机 . 4 图 2：全球在量子技术的研发投入情况（ 2016.5，美元） . 8 图 3：量子信息与量子力学的关系 . 9 图 4：量子信息的分类及主要应用 . 9 图 5：加密和解密过程示意图 . 12 图 6：量子计算技术发展历程 . 14 图 7：量子计算物理比特位数发展趋势 . 15 图 8：量子信息产业的支持政策 . 16 图 9：国家广域量子保密通信骨干网络 . 18 图 10：量子通信应用发展趋势 . 20 图 11：我国量子保密通信产业链及主要 企业 . 22 表 1：各国量子信息产业支持政策 . 6 表 2：经典信息科学与量子信息对比概况 . 9 表 3：量子信息主要研究进展 及重要事件 . 10 表 4：密码学主要算法破解情况 . 13 计算机 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 3 页 / 共 26 页 表 5：量子计算不同物理体系路线下主要成果 . 14 表 6：量子信息领域的主要支持政策内容 . 17 表 7：中国量子保密通信网络建设情况 . 19 表 8：量子保密通信网络的行 业实际应用类型 . 20 表 9：中国通信标准化协会量子通信与信息技术特设任务组成员单位 . 21 表 10： 中国信息协会量子信息分会会员单位 . 22 表 11：主要量子信息概念股 . 23 计算机 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 4 页 / 共 26 页 1. 从近期科技领域 3 大事件看量子信息对国家网络安全的重要意义 1.1. 事件 1： 美国控制瑞士密码设备公司，窃取各国情报 2020 年 2 月 11 日，华盛顿邮报公布了一份中情局的机密文件，揭露从上世纪 70 年代以来，美国和德国的情报部门，一直通过自己控制的一家瑞士密码设备公司，窃取各国情报。 瑞士克里普托公司作为全球最为知名的加密机器制造商，一直以来为全球各个国家提供通讯加密机器。克里普托公司由于一直在精密机器方面颇有造诣，所以其市场非常广泛，对于许多工业相对不完整的国家而言，从克里普托进口加密机就成为了最稳妥的方式。购买该公司加密机的国家包括了伊朗、沙特阿拉伯、印度、巴基斯坦、伊拉克、巴西 、阿根廷、埃及、叙利亚、利比亚、意大利、希腊、土耳其、西班牙、日本、韩国等 120 多个 国家。这些国家往往在购买到加密机后，首先做的就是将其应用在国家机密情报的传输方面。 图 1： Crypto AG 密码机 资料来源： 百家号 IT 分析师， 中原证券 由于美德两国掌握着这些加密机的快速解码方法，便一直获取着这些国家的军事政治机密情报。 1980 年美国国家安全局就通过这种方式获取了的其他国家外交机构大量机密，占总情报数的 40%。 美国 直到 2018 年还在利用这家公司，之后将该公司资产卖给了两家私人企业。 1.2. 事件 2： 美国加大对华为的打压力度 2020 年 2 月 15 日，美国商务部延长了华为的“临时许可证”，提供为期 45 天的延期，允许美国公司继续与华为开展业务，延长后的“临时许可证”将在四月到期。这已经是美国政府第四次向其国内企业开出临时采购许可。 同天，美国司法部公布了一份联邦起诉书，指控华为犯有敲诈勒索罪，并密谋窃取美国公计算机 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 5 页 / 共 26 页 司的商业机密，被告包括华为及其四家子公司，还有华为首席财务官孟晚舟。在这份联邦起诉书中，美国司法部指控华为及其关联公司在过去数 十年时间里，曾试图从 6 家美国公司窃取商业机密来发展自己的业务，被盗信息包括源代码、无线技术手册等。纽约时报认为， 这些新指控表明美国正在加大针对华为的压力攻势。美国政府将华为视为国家安全威胁，禁止其购买许多美国产品，其本质目的是阻止中国获得技术优势。 同时，有消息称五角大楼很可能扭转之前的反对态度，转而支持美国对华为技术的进一步限制，这种逆转将使美国公司更难绕开对华为的出口禁令，进一步打击美国对列入黑名单的中国电信公司华为的出口。 1.3. 事件 3： 美国 发布美国量子网络战略愿景 2020 年 2 月 20 日根据澎湃新 闻的消息，美国白宫国家量子协调办公室发布了美国量子网络战略愿景，提出美国将开辟量子互联网，确保量子信息科学（ QIS）惠及大众。 根据文件的描述，量子互联网是一张由量子计算机和其他量子设备组成的庞大网络，它将催化出许多新兴技术，从而加速现有互联网的发展，提供通信安全，并使计算技术发生巨变。 通过在量子网络领域的前驱开拓，美国预备革新国家和金融安全、患者隐私、药物发现以及新材料的设计和制造，同时增加我们对宇宙的科学认识。 文件提出了两个具体目标：一、在未来 5 年中，美国的公司和实验室将演示量子网络的基础科学和 关键技术，包括量子互连、量子中继器、量子存储器、高通量量子信道和洲际天基纠缠分发。同时，将查明这些系统的潜在影响和改善应用，带来商业、科学、卫生和国家安全方面的好处。二、在未来 20 年里，量子互联网链路将利用网络化量子设备实现经典技术无法实现的新功能，同时促进对量子纠缠作用的理解。 1.4. 3 大事件的背后，是关系到国家网络安全的过去、现在和未来 站在国家安全的角度来看，对先进技术的控制一定会影响到国家的军事和政治独立。而 2月以来行业内这 3 大事件看似并不相关，但是我们认为其内在却分别代表了科技对网络安全过去、现在和未来 的影响。 （ 1）过去： 美国作为全球科技领域的霸主，利用在瑞士加密通信设备上留下的后门，进一步加强了其在政治、军事领域对他国的影响和控制能力。而与此同时，美国的 Intel、思科、苹果、 google、微软、 Facebook、波音等企业也在全球核心科技领域占据了统治地位，而根据2013 年披露的“棱镜计划”，美国政府一直在利用互联网巨头挖掘用户数据信息， 不排除也在各大科技产品中植入后门。在各国震惊于美国无耻行为的同时，也必然将自主可控提高到史无前例的高度。 （ 2）现在： 华为在 5G 领域全球领先，却成为了美国持续打压的对象。即使华为已经开放了欧洲安全中心，允许查看源代码，美国依然认定华为正在输出“数字专制”，竭尽所能遏制华为的发展。而在这一事件的背后，美国正是担心一旦华为 5G 设备得到普及，其将减少一种重要计算机 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 6 页 / 共 26 页 的监控世界的手段。 （ 3）未来： 为了抢占未来的科技高地， 包括 美国 在内的主要发达经济体都将不遗余力 大力发展量子互联网。 虽然量子信息领域仍然处于发展初期，但是中国在量子通信领域已经占据了领先地位，同时有望和美国在量子计算领域一较高下。 2. 近年来， 各国 已经开启了在量子竞赛，纷纷将量子信息纳入国家战略 由于早期的投入 ， 美国在量子信息领域占据了先发优势 。 早在 2002 年 美国国防部高级研究计划局 就 制定 了 量子信息科学和技术发展规划 ，给出量子计算发展的主要步骤和时间表 ，成为美国早在 21 世纪初期便已建立量子信息领域先发优势的重要原因 。 正是 看到了量子信息对未来政治和军事格局可能带来的影响 ， 各国相继出台量子信息的国家战略 ，加入量子竞赛的角逐中。 其中欧盟 2016 年宣布投入 10 亿欧元，美国按照 2018 年 6月发布 国家量子协议法案将投入 12.75 亿美元， 德国在 2018 年 9 月提出一项涉及 6.5 亿欧元的量子技术投入计划，英国通过持续增加投资对其 2014 年推出的“国家量子技术计划”的总投入超过了 10 亿英镑， 俄罗斯 2019 年 12 月宣布投资 7.9 亿美元用于量子信息领域， 印度亦在 2020 年 2 月推出了一个涉及 11.2 亿美元的量子信息 5 年规划 。 表 1： 各国量子信息产业支持政策 时间 国别 内容 2002 美国 美国国防部高级研究计划局制定 量子信息科学和技术发展规划 ，给出量子计算发展的主要步骤和时间表 ， 成为美国早在 21 世纪初期便已建立量子信息领域先发优势的重要原因 2013 日本 成立量子信息和通信研究促进会以及量子科学技术研究开发机构，计划未来 10年内投资 400 亿日元 ，支持量子通信和量子信息领域的研发 2014 英国 设立 为期 5 年的 “国家量子技术计划”，投资 2.7 亿英镑 建立量子通信、传感、成像和计算四大研发中心，开展学术与应用研究 2014.12 韩国 发布了量子信息通信中长期推进战略，计划到 2020 年进入全球量子通信领先国家行列。 2015 英国 发布量子技术国家战略和英国量子技术路线图，将量子技术发展提升至影响未来国家创新力和国际竞争力的重要战略地位，并通过科学的顶层设计引导未来 20 年的量子技术研发与应用 2016.5 欧洲 发表量子宣言，宣布将从 2018 年起启动 10 亿欧元 的量子技术旗舰研究计划，目标包括发展能用于密码术和窃听检测的量子中继器的核心技术，实现长距离、点对点、量子安全的链接。 2016.7.22 美国 美国国家科学技术委员会发布先进量子信息科学：国家调整及机遇 2018 印度 启动了一个预算 2790 万美元 ， 为期五年的量子技术研究项目，作为印度“国家跨学科网络物理系统”的一部分，由印度国家科技部管理。 2018.6.27 美国 发布 国家量子协议法案（ NQIA）， 计划在 2019-2023 年的第一阶段，在原有基础上每年新增 2.55 亿美元投资，共计 12.75 亿美元 ，加快推动量子信息技术研发与应用。 这也标志着在接下来的 10 年内，联邦政府将全力推动量子科学发展。 2018.9 美国 发布量子信息科学国家战略概述 ， 分析美国在该领域维持和扩大领先优势的措计算机 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 7 页 / 共 26 页 施 ，其中提出 6 点科学建议，包括量子信息科学教育应从小学开始。同时，美国能源部宣布将成立多个国家级实验室，投入 2.18 亿美元 到 85 个量子技术研究项目，并在未来五年内，每年为每个实验室拨款 2500 万美元。美国国家科学基金会则承诺投入 3100 万美元 资助相关的研究项目。 2018.9 德国 提出 “量子技术 从基础到市场 ”框架计划，拟于 2022 年前投资 6.5 亿欧元 促进量子技术发展与应用，并可延长资助至 2028 年 2018.11 英国 对 “国家量子技术计划” 进行了第二阶段 2.35 亿英镑 投资拨款 2018.11 美国 出台了一份针对关键新兴和基础技术和相关产品的出口管制框架 受管制的新兴技术清单征求意见草案 （ ANPRM） ，并将面向公众进行为期一个月的意见征询 ，是ECRA 立法进程的重要一环。 这次提案涉及人工智能、 AI 芯片、机器人、量子技术等 14 个领域，目的是保证美国在科技、工程和制造领域的领导地位不受影响。 2019.6 英国 在政府和工业界联合投资 3.5 亿英镑 之后，英国研究与创新基金会 (UKRI)近日宣称，将通过“产业战略挑战基金 (ISCF)”再增加 1.53 亿英镑 资金用于量子技术的商业化 。 至此，英国政府对其 2014 年推出的“国家量子技术计划”的总投入超过了 10 亿英镑 2019.12 俄罗斯 宣布将投资 7.9 亿美元 ，在未来五年内未俄罗斯研究人员提供资金，以开发使用的量子计算，并实现量子优势 2020.2.6 印度 未来五年，印度将在量子计算、量子通信、量子材料、量子加密方面投入重金 800亿卢比，约合 11.2 亿美元 2020.2.11 美国 发布特朗普总统 2021 财年预算承诺增加对未来关键行业的投资，其中提到对于量子信息科学，特朗普将加大 2021 财年联邦 量子信息 研发资金预算，主要机构的总投资相对于 2020 财年预算增长了 50以上。 2020.2.20 美国 美国白宫国家量子协调办公室发布了美国量子网络战略愿景，提出美国将开辟量子互联网，确保量子信息科学（ QIS）惠及大众。 资料来源： 信通院， 中原证券 在 根据 2016 年 5 月在欧洲量子技术研发旗舰计划启动会议上，由荷兰政府所做的全球研发投入数据统计，全球在量子技术上研发投入的年度预算排名靠前的国家和地区分别为：欧盟 5.8亿美元、美国 3.8 亿美元、中国 2.3 亿美元、英国 1.1 亿美元、加拿大 1 亿美元。 对比此前各国在量子信息领域的投入预算来看，除了中美欧在持续加大投入以外，俄罗斯和印度也新加入这一科技领域的角逐中。 计算机 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 8 页 / 共 26 页 图 2：全球在量子技术的研发投入情况（ 2016.5，美元） 资料来源：中科院物理所，中原证券 由于考虑到量子信息的重要性，美国还 将量子信息设置成出口管制 重要领域 。 早在 2017年 8 月，美国针对信息安全类商品的出口管制清单中，明确列入“专门设计（或制造）以用于实现或使用量子密钥（也称量子密钥分发 QKD）”的商品；在 2017 年 12 月更新的针对“许可证例外”的说明中，量子密码类商品或软件只对中国非政府类用户可以适用“许可证例外”； 在2018 年 11 月，美国政府 出台了一份针对关键新兴和基础技术和相关产品的出口管制框架 受管制的新兴技术清单征求意见草案 （ ANPRM） ，提案涉及人工智能、 AI 芯片、机器人、量子 信息 等 14 个领域，目的是保证美国在科技、工程和制造领域的领导地位不受影响 。 3. 代表未来的 量子信息 具有开创时代的存在意义 3.1. 量子信息是什么 量子 是一个数学概念，是离散变化的最小单元，在不同的语境下可以对应不同的对象。 微观世界运行遵循了两大离散变化的特征，即物质组成的离散变化 （如光是由光子组成的）和物理量的离散变化（如氢原子中电子能量处于特定的能级上），在这一基础上人类建立了“ 量子力学 ”来描述微观世界的物理学理论。 由于宏观物质的性质是由 其微观结构所决定的，所以量子力学的应用无处不在。 量子信息是量子力学与信息科学的交叉学科，是借助量子力学的特性，实现经典信息科学中实现不了的功能。 在量子力学的诸多原理中，叠加、测量、纠缠三大违反宏观世界认知的奥义对量 子信息的研究起到了决定性作用。 计算机 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 9 页 / 共 26 页 图 3：量子信息与量子力学的关系 资料来源：新浪科技，袁岚峰， 中原证券 3.2. 量子信息的 分类 与发展概况 传统的信息科学使用比特作为最基本的表示单位，对应了 0 和 1 两个可能的状态；而量子信息中使用的量子比特是一个旋钮，对应无穷多个状态，信息量大幅增加。因而面对计算量指数级增长的问题时，量子信息可以发挥出潜在的巨大优势。但是 量子信息的利用对算法要求较高，目前人类仅仅在少数特定应用上取得了突破。 表 2： 经典信息科学与量子信息对比概况 经典信息科学 量子 信息 物理体系 电子管 、 晶体管 超导、离子阱、硅量子点、 光量子 等 信息量单位 比特 量子比特 应用领域 通用问题 特定问题 资料来源：中原证券 量子信息按照研究内容可以分为量子计算、量子通信、量子测量三个大类，其下又可以分为量子因数分解、量子搜索、量子保密通信（ 又称量子密钥分发 、量子密码术， QKD）、量子隐性传态（ QT）等应用领域。 图 4：量子信息的分类及主要应用 计算机 本报告版权属于中原证券股份有限公司 ccnew 请阅读最后一页各项声明 第 10 页 / 共 26 页 资料来源：新浪科技，袁岚峰， 中原证券 从中国在量子信息领域的发展情况来看，我们在量子通信领域处于全球领先的地位，在量子计算领域起步较晚，虽然呈现快速追赶之势，但是仍然 略落后于美国。 伴随着量子比特数的增加，量子技术领域的发展可以划分为 3 个阶段： （ 1） 1-10 个量子比特，可实现量子通讯； （ 2） 10-100 个量子比特，可实现量子感知； （ 3）超过 100 个量子比特，进入量子计算阶段。 而当前 人类的研究 已经进入了量子感知阶段，量子通信目前已经有了一些实际的应用，而量子计算还仅仅处于演示阶段，未创造出有实用价值的量子计算机。在量子信息的几大应用中，量子 保密通信 是目前唯一进入实用阶段的量子信息应用 。 表 3： 量子信息主要研究进展及重要事件 时间 国别 分类 内容 1984 美国 、 加拿大 量子 保密通信 美国科学家 Charles H. Bennett 和加拿大科学家 Gilles Brassard 提出 BB84 协议 1994 美国 量子因数分解 肖尔发明了一种因数分解的量子算法 ， 可以将因数分解计算量减少到多项式级别 1996 美国 量子搜索 罗格弗提出了一种搜索的量子算法 ，对经典算法的计算量有了 指数级的改进 1997 奥地利 量子隐性传态 赛格林、潘建伟等在自然上发表了实验量子隐性传态，第一次实现了量子隐性传态，并入选了自然“百年物理学 21篇经典论文” 2003-2005 韩国 、 加拿大 、 中国 韩国 、 加拿大 、 中国科学家提出了 诱骗态协议，使得安全传输距离可以提高到百公里的量级 2007 中国 、 澳大利亚 量子因数分解 中科大潘建伟和陆朝阳等人及澳大利亚布利斯班大学团队同时用量子算法分解了质因数 15=3*5 2012 中国 量子 保密通信 中科院潘建伟团队在青海湖的湖心岛实现了百公里级的双向量子纠缠分发和量子隐形传态 ， 验证了量子通信卫星的可行性 。 2015 中国 量子隐性传态 潘建伟和陆朝阳等人在自然上发表了单个光子的多个自由度的量子隐性传态，首次实现了多自由度量子隐性传态，并被英国物理学会评为 2015 年十大物理突破之首 2016.8.16 中国 量子保密通信 我国发射世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号” 2016.11 中国 量子 保密通信 中科大、清华、中科院上海微系统与信息技术研究所、济南量子技术研究院等单位合作，将量子密码术的安全传输距离提高到了404 公里，而且在 102 公里处的安全成码率已经足以保证安全的语音通话。 2016.12 中国 量子纠缠 中科大潘建伟团队实现了 10个光子比特和 10个超导量子比特的纠缠，刷新了以前同一研究组创造的 8 个光子纠缠的世界纪录。 2017 中国 量子 因数分解 中科大杜江峰和彭新华等人实验上分解了 291311=523*557 2017.5 中国 量子计算机 中科大潘建伟和陆朝阳等人宣布造出了世界上第一台超越早期