很难想象，一个生涩难懂的物理学概念竟然能够在网络上如此受欢迎，以至于出现了量子速读班、量子 健康 杯、量子鞋垫、量子微整……
纵观人类近现代历次技术革命，从蒸汽机引领的第一次工业革命到电力应用引领的第二次工业革命，再到半导体引导的第三次 科技 革命，每一次技术革命都是科学家与实验室点燃火种，企业往市场这个熔炉中添煤加碳，最终完成一次技术革命。
量子速读班的故事虽然荒诞，并且研究人员并不了解量子世界的一切，但研究人员知道量子粒子具有巨大的潜力，特别是能够保存和处理大量的信息，成功地将这些粒子控制在量子计算机中，可能会引发计算能力的爆炸式增长，从而显著推进许多需要复杂计算的领域的创新，如药物发现、气候建模、财务优化或物流。
正如IBM首席量子指数员鲍勃·苏托尔（Bob Sutor）所言：“量子计算是我们模拟自然的方式，可以解决极其困难的问题，并使之变得可控。”
不过什么是量子计算机？量子计算机能够带来哪些改变？量子计算机距商业化还有多远？无论是研究人员还是 科技 巨头均还需奋力思考与 探索 。
不过就现阶段 探索 来看，IBM、Google、Microsoft 等 科技 巨头以及加拿大量子计算机公司 D-Wave 在这场量子计算革命中处于领先地位，而国内企业相对还处于追赶之位，仅量子计算初创公司本源量子以 77 件专利跻身全球第七，阿里、百度、华为则未进入top10，仍活在谷歌、IBM量子霸权（代表量子计算装置在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力）之下。
量子计算机目前有超导量子、离子阱、硅（芯片）量子点、拓扑、常温光量子、核磁共振等多种技术路径，但它们都建立在同一原理之上：它们承载着一个量子处理器，可以分离量子粒子供工程师 *** 作。
这些量子粒子的性质以及用于控制它们的方法因量子计算方法而异。有些方法要求处理器冷却到冰点温度，有些方法要求使用激光玩量子粒子，但共同的目标是找出如何最好地利用量子物理学的价值。
自20世纪40年代以来，我们一直以各种形状和形式使用的系统——笔记本电脑、智能手机、云服务器、超级计算机——被称为经典计算机，他们都是基于比特（又称“位”，是一个为设备中发生的每个计算提供动力的信息单元）的。
在经典计算机中，每个比特都可以承担一个或零值来表示和传输用于执行计算的信息。使用比特开发人员可以编写程序，这些程序集由计算机读取和执行，也正因如此经典计算机的逻辑是“遍历”，即大海捞针式的去排除问题寻找最优解。
因此，经典设备仍存在许多无法解决的大问题。Sutor表示：“在经典系统上推演计算复杂问题是可以用的，但它们可能需要数百万年，或者使用地球上总共存在的计算机内存。"
任何量子计算机的核心是量子比特（也称为量子位），可以松散地与处理经典计算机中信息的比特进行比较。量子比特是由自然界中发现的量子粒子构成的，量子粒子对量子计算最有用的特性之一被称为叠加，它允许量子粒子同时存在于几个状态，就好比抛出去的硬币，量子粒子不止有落地后的正反面，而且过程中还能旋转。
通过控制量子粒子，研究人员可以用数据加载它们来创建量子比特，由于量子叠加单个量子比特不必是一个1或一个0，甚至可以同时兼而有之。这意味着计算复杂运算时，量子计算机可以同时使用量子比特运行多个计算来找到答案，并行 探索 许多不同的途径。
因此在针刺场景中，量子计算机能够在几秒钟内找到针头，而经典计算机则需要长达数百年的计算。
更重要的是由于另一种称为纠缠的量子属性，量子比特可以物理地连接在一起，这意味着如果将每个量子位添加到系统中，设备的功能会呈指数级增长。如果当达275个量子比特时，我们可以计算比可观测宇宙中的原子更多的信息。
前面提到，目前量子计算机不仅是 科技 巨头的角斗场，也吸引着众多科研机构与一众创业公司前往，为什么都要发展量子计算机？
一个字：省。
“在很多情况下时间就是金钱，能够更快地做事将对业务产生重大影响。”德勤咨询董事总经理斯科特·布赫霍尔茨说道。
研究人员预计，量子计算对单个项目所产生的时间收益低至几小时，高达上百年。在看文章的短短几分钟内，量子计算机（并非现在）可能就已计算出当今最强超级计算机都无法解决的问题答案。
当然量子计算机也可优化节省现有工作，例如做算法优化。据悉，美石油组织埃克森美孚已寻求IBM合作寻找量子算法，以便后续管理并缩短每天穿越海洋的5万艘商船航行时间与距离。
同时量子仿真算法有望带来前所未有的结果，因为量子特性可使研究人员能够处理大型系统中分子之间复杂相互作用的模拟和预测，从而在材料科学和药物发现等领域取得更快的突破。随着量子计算机能够处理和处理更大的数据集，人工智能和机器学习应用程序也将受益匪浅，具有更快的训练时间和更有能力的算法。
对此，各大巨头给出了不同的解法。
IBM与谷歌选择了最为常规的超导量子计算路线，这是由电子制成并以熟悉的吊灯状量子计算机，目前都开发了超导处理器并实现了量子霸权。
由于量子比特也可由硅自旋量子位（英特尔专注于该量子位）创建，也可以由冷原子甚至钻石创建，所以而像Xanadu和PsiQuantum等巨头投资了另一种依靠光量子粒子（称为光子）来编码数据和创建量子位的方法——常温光量子。
量子退化是D-Wave选择的一种方法，是一种完全不同的计算类别。它不依赖于与其他量子处理器相同的范式，称为门模型。量子退化处理器更容易控制和 *** 作，这就是为什么D-Wave已经开发出能够 *** 纵数千个量子位的设备，而所有其他量子硬件公司都在处理大约100个量子位或更少的量子位，不过量子退化方法有一个巨大短板，仅适用于一组特定的优化问题，在功能上有较大的限制。
虽然目前各大 科技 巨头频频传出捷报，但必须明白的一点是取得量子霸权仍是当前量子计算机行业的主旋律。
2019年，谷歌率先表态，表示其54个量子的超导处理器Sycamore已经实现了量子霸权。据谷歌透露，Sycamore在短短200秒内就可计算出了一个需要1万年才能完成的问题的答案。
2020年末，中国量子计算研究构建的76个光子的量子计算原型机“九章”已实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解，也实现了量子霸权。
然而无论是谷歌的Sycamore，还是中国的九章，为了保持量子位旋转，需要将它们与任何可能导致它们失去量子状态的环境干扰隔离，只能在特定的环境下运行特定的计算任务。同时其量子比特仍在100上下，要使量子计算机开始进行有意义的计算，量子比特的规模必须达到成百上千，如果要达到通用计算机标准则还需要解决刻薄的环境要求。
布赫霍尔茨说：“虽然人们对量子计算机有着巨大的希望和兴奋，并且量子计算机有朝一日一定能做什么，但我认为他们今天能做的事情相对来说并不尽如人意。”
不过波士顿咨询集团（BCG）仍给予了量子计算机较高的期望，他们认为量子计算的进步将在未来15至30年内创造高达8500亿美元的价值，如果主要供应商如他们承诺的那样交付这项技术，其中50亿至100亿美元将在未来五年内产生。
目前量子计算主要有两方面的商业尝试，其一是量子软件。量子软件相对于硬件的高投入与高技术来说，相对更容易一些，但仍充满荆棘。创建量子算法并不像使用经典算法并使其适应量子世界那么简单。相反，量子计算需要一种全新的编程模式，这种模式只能在全新的软件堆栈上运行。
目前一些硬件提供商也开发软件工具，其中最成熟的是IBM的开源量子软件开发套件Qiskit。除此之外，包括专门致力于创建量子软件的公司，例如萨帕塔、QC Ware 或 1QBit等企业，均提供了理解量子语言的工具。
越来越多的有希望的伙伴关系正在形成，将生态系统的不同部分聚集在一起。例如，霍尼韦尔公司（霍尼韦尔公司）和量子软件公司剑桥量子计算公司（CQC）最近结成联盟，让分析师预测，一个新的玩家可能会在量子竞赛中处于领先地位。
其二是云量子计算，由于量子计算机对超高真空室、低温控制系统和其他奇异的量子仪器的强需求，使得绝大多数量子系统目前都牢牢地坐在实验室环境中，而不是被送到客户的数据中心。
因此，为了让用户访问这些设备，目前部分量子计算企业正推出商业量子计算云服务，使更广泛的客户能够访问该技术。目前，IBM和谷歌都把自己的量子处理器放在云上，而微软的Azure量子和AWS的Braket服务允许客户从第三方量子硬件提供商访问计算机。
中美是最有机会从量子计算比赛中胜出的国家。
美国在未来五年内为量子信息科学释放了12亿美元，而欧盟则宣布了10亿欧元（合12亿美元）的量子旗舰。英国最近也达到了10亿英镑（合13.7亿美元）的量子技术预算里程碑，尽管中国投入具体金额未知，但从墨子号、九章来看与美国处于第一梯队。
而企业层面来看，虽然中国已有本源量子、阿里、百度等企业研发量子相关技术，但从专利与技术来看仍被IBM、谷歌拉开了一段距离，不过都还处在量子霸权阶段。布赫霍尔茨说："目前的挑战是，这就像在 *** 场上看着一群蹒跚学步的孩子，试图找出他们中的哪一个将赢得诺贝尔奖。
总的来说，量子计算与量子叠加、纠缠等量子现象一样迷人，不过量子计算机这项技术还需等到2030年以后才能充分发挥其潜力，对于 科技 巨头来说扩军备战是当下要务，而对于普通大众只需当个吃瓜看客静待那天的到来。
行业主要上市企业：目前国内第三代半导体行业的上市公司主要有华润微(688396)、三安光电(600703)、士兰微(600460)、闻泰科技(600745)、新洁能(605111)、露笑科技(002617)、斯达半导(603290)等。
本文核心数据：第三代半导体分类、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频产值、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频市场规模
行业概况
1、定义
以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AIN)为代表的宽禁带半导体材料，被称为第三代半导体材料，目前发展较为成熟的是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。
与传统材料相比，第三代半导体材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，因此，其为基础制成的第三代半导体具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的导热频，以及更强的抗辐射能力等诸多优势，在高温、高频、强辐射等环境下被广泛应用。
第三代半导体主要包括碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、金刚石、氧化锌(ZnO)，其中，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)并称为第三代半导体材料的“双雄”，是第三代半导体材料的典型代表。
2、产业链剖析：产业链涉及多个环节
第三代半导体产业链分为上游原材料供应，中游第三代半导体制造和下游第三代半导体器件环节。上游原材料包括衬底和外延片中游包括第三代版奥体设计、晶圆制造和封装测试下游为第三代半导体器件应用，包括微波射频器件、电力电子器件和光电子器件等。中国第三代半导体行业产业链如下：
第三代产业链各个环节国内均有企业涉足。从事衬底片的国内厂商主要用露笑科技、三安光电、天科合达、山东天岳、维微科技、科恒晶体、镓铝光电等等从事外延片生产的厂商主要有瀚天天成、东莞天域、晶湛半导体、聚能晶源、英诺赛科等。苏州能讯、四川益丰电子、中科院苏州纳米所等从事第三代半导体器件的厂商较多，包括比亚迪半导体、闻泰科技、华润微、士兰微、斯达半导、扬杰科技、泰科天润等。
行业发展历程：兴起的时间较短
中国第三代半导体兴起的时间较短，2013年，科技部863计划首次阿静第三代半导体产业列为国战战略发展产业。
2016年，为第三代半导体发展元年，国务院国家新产业发展小组将第三半导体产业列为发展重点，国内企业扩大第三半导体研发项目投资，行业进入快速发展期。
2018年1月，中车时代电气建成国内第一条6 英寸碳化硅生产线2018年，泰科天润建成了国内第一条碳化硅器件生产线2019年9月，三安集成已建成了国内第一条6英寸氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)外延芯片产线并投入量产。在2020年7月，华润微宣布国内首条6英寸商用SiC晶圆生产线正式量产。
2020年9月，第三代半导体写入“十四五”规划，行业被推向风口。
行业发展现状
1、产值规模逆势增长
随着5G、新能源汽车等市场发展，第三代半导体的需求规模保持高速增长。同时，中美贸易战的影响给国产第三代半导体材料带来了发展良机。2020年在国内大半导体产业增长乏力的大背景下，我国第三代半导体产业实现逆势增长。
2020年我国第三代半导体产业电子电力和射频电子总产值超过100亿元，较2019年同比增长69.5%。
其中，SiC、GaN电子电力产值规模达44.7亿元，同比增长54%GaN微波射频产值达到60.8亿元，同比增长80.3%。
2、产能大幅增长但仍供应不足
根据CASA数据显示截至2020年底，我国SiC导电型衬底折算4英寸产能约40万片/年，SiC-on-SiC外延片折算6英寸产能约为22万片/年，SiC-onSiC器件/模块(4/6英寸兼容)产能约26万片/年。
GaN-on-Si外延片折算6英寸产能约为28万片/年，GaN-on-Si器件/模块折算 6 英寸产能约为22万片/年。
但随着新能源汽车、5G、PD快充等市场的发展，我国国产化第三代半导体产品无法满足庞大的市场需求，目前有超过八成产品依赖进口。可见第三代半导体产品国产化替代空间较大。
3、电力电子器件市场规模接近50亿元
2017-2020年，中国SiC、GaN电力电子器件应用市场快速增长，2020年，SiC、GaN电力电子器件应用市场规模为46.8亿元，同比增长90%。
2020年，我国半导体分立器件的市场规模约3002.6亿元，SiC、GaN电力电子器件的应用渗透率约为1.56%。
目前，GaN主要应用在射频及快充领域。SiC重点应用于新能源汽车和充电桩领域。我国作为全球最大的新能源汽车市场，第三代半导体器件在新能源汽车充电桩领域的渗透快于整车市场，占比达38%消费类电源(PFC)占22%光伏逆变器占了15%工业及商业电源、不间断电源UPS、快充电源、工业电机分别占6%、3%、3%、1%。
2020年，我国GaN微波射频器件市场规模约为66.1亿元，同比增长57.2%。其中国防军事与航天应用规模34.8亿元，成为GaN射频主要拉动因素。
国防军事与航天应用是我国GaN微波射频器件的主要应用领域，2020年市场规模占整个GaN射频器件市场的53%其次是无线基础设施，下游市场占比为36%。
行业竞争格局
1、区域竞争格局：江苏省第三代半导体代表性企业分布最多
当前，我国第三代半导体初步形成了京津冀鲁、长三角、珠三角、闽三角、中西部等五大重点发展区域。
从我国第三代半导体行业产业链企业区域分布来看，第三代半导体行业产业链企业在全国绝大多数省份均有分布。其中河南省第三代半导体企业数量分布最多，同时山东、江苏和甘肃等省份企业数量也相对集中。
从代表性企业分布情况来看，江苏省第三代半导体代表性企业分布最多，如苏州纳维、晶湛半导体、英诺赛科等。同时广东、山东代表性企业也有较多代表性企业分布。
2、企业竞争格局：主流企业加速扩张布局
经过初期的发展，第三代半导体迅速在新能源汽车、5G基站、PD快充等领域应用，市场规模增长迅速。同时，行业内的竞争也逐渐加剧。为了迎合市场需求，抢占市场地位，国内主流半导体企业均加强在第三代半导体产业的布局，扩充第三代半导体的产能。其中，代表性的主流企业有三安光电、中电科55所、泰科天润等。
行业发展前景及趋势预测
1、2025年行业规模有望超过500亿元
第三代半导体已经写入“十四五”规划。在国家政策的支持和下游需求增长的背景下，预计到2021-2025年，我国SiC、GaN电力电子器件应用市场将以45%的年复合增长率增长至2025年的近300亿元GaN微波射频器件市场规模将以25.4%的年均复合增长率增长至2025年的205亿元。2025年第三代半导体整体市场规模有望超过500亿元。
2、国产化进程将加速
未来，在市场竞争趋势方面，我国第三代半导体行业国产化率将会加深在细分产品发展趋势方面，SiC需求将会增长在技术发展趋势方面，大尺寸Si基GaN外延等问题将会有所进展。
以上数据参考前瞻产业研究院《中国第三代半导体材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
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