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量子科技深度挖掘--基本逻辑与方向
霸蛮
2024-04-28 12:46:21

基本逻辑:1、量子信息技术是量子力学与信息科学交叉学科,目前应用方向主要包括量子计算、量子通信两个方面,其它还有量子测量等。

2、(最核心的部分)技术路线:量子计算主要包括:超导量子、光量子、离子阱等。而量子通信以光通信技术为主。

重点注意:进行标的挑选时要分清楚是量子计算还是量子通信。量子计算目前主要以低温超导(超导量子)、脉冲激光(光量子)为主要路线。后面会详细分析这两种技术路线。

3、量子计算核心指标:量子比特数量。要达到通用量子计算机需要百万级量子比特(今年最新数据目前国内光量子技术路线能做到550比特,超导量子504比特)


量子通信方面我国技术走在世界前列。早在2017年,武汉航天三江量子通信有限公司负责建设武汉市量子保密通信城域网,中标金额1.43亿元。是世界首次采用“经典-量子波分复用”技术的商用量子通信网络。原文链接:网页链接

量子计算方面随着近些年人工智能的快速发展需求正旺。

本文重点分析量子计算,尤其是两种技术路线:超导量子、光量子。

1、先看看超导量子计算机长什么样子:

 

超导量子计算路线利用超低温(接近绝对零度)“冻结”粒子的运动进而实现粒子状态的控制,图中金色像吊灯一样的部分是被金箔包裹的循环冷却系统,整机被称为稀释制冷机。“金色吊灯”的最下面才是超导量子芯片。科普视频可以看阿里达摩院的介绍:网页链接

核心要点:若认可超导量子路线,要重点看哪些公司给稀释制冷机、循环冷却系统供应设备或零件。量子芯片方面预期差很小,使用的是模拟芯片制程,主要流程是涂胶、光刻、镀膜、刻蚀等。价值量不大。可参考本源悟空量子芯片生产线视频:网页链接 

 

其中光刻机:sussmicrotec 镀膜:韫茂


2、光量子路线

先来看看光量子计算机长什么样,该产品来自玻色量子(官网:网页链接):

 

 

 

玻色量子公司开发的相干光量子计算机是一种专用光量子计算机,具有可在常温下运行,可编程、全连接等技术优势。该相干光量子计算机是一种混合量子计算系统,包含光学和电学两部分系统。其中,光学系统主要负责量子比特的制备与存储,电学系统主要负责量子比特的控制与计算。

具体而言:光学系统主要由泵浦脉冲光源(Pump pulse preparation)、相敏放大(PSA)、和光纤环路组成。该相干光量子计算机使用飞秒光纤激光器(Pulsed laser)产生超短超快激光脉冲,并利用掺铒光纤放大器(EDFA)实现功率放大。进一步,通过周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体将光脉冲的频率加倍,随后,780nm 的倍频光作为泵浦光在PPLN晶体上转换成1560nm的信号光,并在光纤环路(Fiber cavity)中形成简并光学参量振荡器(DOPO),从而生成具有特定相位和振幅的光脉冲,即光量子比特。

所有光量子比特都工作及存储在光纤环路中以供后续的量子计算使用。电气系统主要指量测与反馈部分(Measurement and feedback),由平衡零差探测器(BHD)、可编程逻辑门阵列(FPGA)、上位机(PC)、强度调制器(IM)、相位调制器(PM)组成。通过控制上位机,将需要求解的Ising问题矩阵下载到FPGA中,FPGA通过平衡零差探测器测量得到光纤环路中的光脉冲幅值,从而获得光量子比特的相位和振幅信息。

简单理解:光量子计算机由光学和电学两两部组成,光学部分以光纤激光器(飞秒脉冲激光)、特种光纤为主,电学部分由探测器SPAD、FPGA、调制器等组成。

有意思的是玻色量子与中国移动的量子算力业务合作(业务申请入口:网页链接) 。另外,前几天的发布会还发布了组成经典算力(CPU/GPU)+ 量子算力的异构算力中心方案。

发布会原文链接:网页链接

最后总结部分:个人更看好光量子计算路线,超导和离子阱路线都需要将芯片冷却(超导技术路线需要至绝对零度、离子阱技术路线需要低于零下270摄氏度的超低温),运行条件较为苛刻,运行成本高昂,阻碍了未来的实际部署使用。因此在部署可能性和系统可扩展性上,光量子被认为是最有发展前景的技术路线。 原文链接: 网页链接

那么我来总结一下目前A股相关受益上市公司:

最看好的光量子技术路线:核心之一是飞秒(fs) 脉冲激光器,这与光模块、CPO的CW连续激光器有本质区别。其二是放大器、特种光纤、PPLN晶体、光子探测器等。

光量子计算的核心是光子的产生,调控、探测。国内激光产业分三个主要区域:武汉、苏州、西安。按方式主要分脉冲、连续光。 武汉光谷是中国最大的激光设备制造基地之一,国内市场占有率超50%。其中光纤激光器中国龙头企业是锐科激光,在2023年反超美国IPG光子公司,成为国内第一。(数据源自:《2024中国激光产业发展报告》,2024中国激光产业发展报告发布活动暨中国光谷绿色激光产业交流会)

全球超短脉冲光纤激光器市场前十七强生产商排名及市场占有率(2023年发布,反应的是2022年的情况,摘自QYResearch最新报告“全球超短脉冲光纤激光器市场研究报告2023-2029)

 需要注意的是目前超短脉冲光纤激光器主要应用于精密加工(焊接、切割等),在量子科技领域的应用还不多。产生的销量也不足,但未来前景远大。例如上海交通大学金贤敏团队(图灵量子)处正展开研究的光量子芯片技术正在进行阶段性验证阶段,预计3-5年可进行产业化生产。金贤敏团队通过“飞秒激光直写”技术制备出节点数达49×49的芯片,这是世界最大规模的三维集成光量子芯片,也是国内首个光量子计算芯片。

飞秒激光直写系统的核心部件就是超快飞秒激光器。参考图灵量子官网:网页链接

飞秒激光制备玻璃基集成光量子芯片相关原理:网页链接

  

最最最后,一张表总结:

 备注:锐科激光、电科数字与量子科技直接相关的资产都在母公司层面,其中锐科激光主营业务光纤激光器是国盾量子的上游(例如:合资公司航天三江量子通信,控股股东是国盾量子)、更上游的光芯片在待注入资产锐晶激光(对标长光华芯),特种光纤在锐科激光旗下:武汉睿芯特种光纤,飞秒激光资产在占股51%的国神光电。光子探测SPAD:武汉光谷量子技术。

简单总总总结一下:量子科技分两个应用方向:计算、通信。量子计算目前主要实现方式有两种:低温超导、光量子。量子通信与光通信原理基本一致。

量子计算超导路线重点看:稀释制冷机

光子计算路线重点看:飞秒激光器、特种光纤、探测器

从目前数据来看,光子计算路线性能最强(550比特),普适性更高,潜力最大。(注:玻色量子前几天才发布,而且上一代产品就已经交付中国移动用于人工智能算力)

再再再的最最最后:文中的链接建议点开看看,更有助于理解量子科技。算力的未来肯定会有量子计算的一席之地,甚至成为人工智能算力的主要路线。



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锐科激光
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罗博特科
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    04-28 22:52
    感谢分析
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    04-28 21:54
    博主才是深度挖掘
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  • 只看TA
    04-28 15:13
    谢谢
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    于2024-04-28 20:40:04更新
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  • 逆光
    一路向北的老司机
    只看TA
    04-28 15:12
    很好,多谢!
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  • 只看TA
    04-28 14:30
    很牛,支持霸哥!
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  • 只看TA
    10-27 14:12 []
    老师,锐科激光看多少?
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  • 只看TA
    04-29 09:09
    感谢大佬的梳理
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  • 只看TA
    04-29 06:15
    这篇文章可以的,值得看一下!
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  • 只看TA
    04-28 23:58
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  • 只看TA
    04-28 23:42
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