量子信息领域研究现状与发展态势分析☆

谢云东; 王叶竹; 许元杰; 吴登生

doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.20251112

科学观察 ›› 2026, Vol. 21 ›› Issue (2) :54-65 DOI: 10.15978/j.cnki.1673-5668.20251112

数据观察

量子信息领域研究现状与发展态势分析^☆

谢云东 ¹^,² ,
王叶竹 ³ ,
许元杰 ⁴ ,
吴登生 ⁵^,^*

作者信息 +

Research Status and Development Trends in the Field of Quantum Information

Xie Yundong ¹^,² ,
Wang Yezhu ³ ,
Xu Yuanjie ⁴ ,
Wu Dengsheng ⁵^,^*

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摘要

[目的/意义] 全景式梳理量子信息领域的基本状况与发展态势，为进一步促进我国量子信息发展提供一定的决策参考。[方法/过程] 采用文献计量与自然语言处理方法，对1970—2023年量子信息领域科研论文的研究现状、合作网络和研究热点进行分析。[结果/结论] 量子信息领域的科研产出在过去数十年呈持续增长态势，美国和中国是量子信息研究较活跃的地区，国家（地区）、机构及学者之间形成了多层次合作格局。量子信息领域的研究主题涵盖了从基础理论、算法设计到技术应用和材料支撑等多个方向，呈现出多热点并行发展的特征。

Abstract

[Objective/Significance] This study provides a comprehensive overview of the structure and dynamics of the quantum information field, aiming to offer insights and policy implications to support the further development of quantum information science in China. [Method/Process] Using bibliometric and natural language processing techniques, this paper analyzes the research status, collaboration patterns, and emerging hotspots of quantum information-related publications from 1970 to 2023. [Results/Conclusions] The results reveal a sustained growth in scientific output in the field of quantum information over the past decades. The United States and China have emerged as the most active contributors, forming multi-level collaboration networks among countries, institutions, and researchers. Research themes in quantum information span fundamental theory, algorithm design, technological applications, and material foundations, exhibiting a pattern of multiple parallel research frontiers.

Graphical abstract

关键词

量子信息 / 研究热点 / 关键词 / 文献计量 / 知识图谱

Key words

quantum information / research hotspots / keywords / bibliometrics / knowledge mapping

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谢云东, 王叶竹, 许元杰, 吴登生. 量子信息领域研究现状与发展态势分析^☆[J]. 科学观察, 2026, 21(2): 54-65 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20251112

Xie Yundong, Wang Yezhu, Xu Yuanjie, Wu Dengsheng. Research Status and Development Trends in the Field of Quantum Information[J]. Science Focus, 2026, 21(2): 54-65 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20251112

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0 引言

量子信息是由物理学与信息科学等多学科交叉融合形成的前沿领域，涵盖量子通信、量子计算和量子精密测量3大研究方向^[1-2]。量子通信依托量子密钥分发和量子隐形传态，实现了高安全性的信息传输，是最早走向实用化与产业化的量子技术^[3]；量子计算凭借其强大的并行处理能力，可为人工智能、药物研发等复杂问题提供突破性解决方案^[4]；量子精密测量利用量子态的极高灵敏度，在导航、医学成像和引力波探测等方面显著提升测量精度，展现出广泛的应用潜力^[5]。总体而言，量子信息技术在信息安全、计算性能与测量精度等方面具有重要的科学价值与战略意义，正成为引领未来科技与产业变革的关键领域^[6]。

近年来，量子信息领域发展迅速，许多国家和地区纷纷投入大量资金，以推动量子信息研究并抢占量子信息技术发展的制高点^[7]。例如，美国早在2002年已经将量子信息纳入国家战略，并于2018年通过了《国家量子倡议法案》，旨在确保美国在量子信息技术研究领域保持领先地位；2024年，欧盟启动《至2030年战略研究与产业议程》，进一步明确量子信息技术跨领域共性问题的研究和产业化优先发展方向。我国也非常重视量子信息的发展，习近平总书记多次强调，“要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋”。近期，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》明确指出，将量子科技列为未来产业重点之一，着力加强量子信息技术的应用。

当前，量子信息领域的相关基础研究在全球范围内蓬勃发展。系统分析量子信息科学的研究现状与发展趋势，不仅有助于深化学术界对该领域的理解，也对国家科技战略布局具有重要意义。文献计量分析作为揭示科学知识传播规律的重要工具，已被广泛应用于多学科研究中^[8]。现有文献计量研究已对量子信息领域的多个主题展开分析，涵盖量子计算^[9-13]、量子通信^[14-15]、量子精密测量^[16-17]等主要方向。一些学者也尝试从宏观视角审视量子信息科学的发展格局^[18-19]。例如，刘小平等^[20]基于共词分析识别该领域的前沿热点；Scheidsteger等^[21]从出版物数量、学科分布及国家贡献等维度，考察量子技术主要子领域的演化趋势。然而，这些研究多聚焦于特定方向或单一维度，对量子信息领域整体发展态势的系统化、全景式分析仍较为不足。

因此，本文通过文献计量与自然语言处理（LDA主题模型）方法对Web of Science核心合集（WoSCC）数据库收录的量子信息领域相关研究成果进行分析，对1970—2023年量子信息领域的研究现状、合作网络以及研究主题等进行全景式梳理，深入挖掘该领域相关研究的基本状况与发展态势，为进一步促进我国量子信息发展提供一定的决策参考。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

本研究的数据来源于被全球科研界广泛认可的高质量数据库——Web of Science核心合集（WoSCC），该数据库是科研成果检索与学术影响评估的重要工具。由表1可以看出，本研究不仅从WoSCC中系统收集了量子信息科学综述与基础理论方向的相关论文^[20]，还进一步检索了量子信息领域的3大核心研究分支：量子通信、量子计算与量子精密测量^[9,15,17,22]。数据覆盖日期为1970年1月至2023年12月，文献类型限定为Article与Review。经过数据筛选与清理，共获得336621篇有效文献用于后续分析。

1.2 研究方法

采用文献计量与自然语言处理（LDA主题模型）方法，对量子信息领域相关论文的研究现状、合作网络和研究热点进行分析。具体分析内容包括以下6个方面：1）科研论文总体态势；2）主要国家（地区）的计量分析；3）主要科研机构的计量分析；4）主要科研人才的计量分析；5）主要国家、机构和学者的合作网络分析；6）基于核心关键词的量子信息领域研究热点分析。此外，本文通过VOSviewer 1.6.20版本软件进行分析及可视化作图。

2 量子信息领域研究现状分析

2.1 科研论文总体态势分析

2.1.1 发文年份分布

首先，量子信息领域论文发表数量逐年增长。从图1可以看出，量子信息领域的科研论文数量在过去的几十年中呈现出显著的增长趋势。从1970年的15篇增长到2023年的超过22091篇，这表明量子信息领域是一个活跃且快速发展的研究领域，吸引了越来越多的研究者和资金投入。其次，增长速度波动但整体上升。如图1所示，量子信息领域科研论文的增长率在不同年份有所波动，但整体上呈现出上升趋势。特别是在2000年之后，增长率明显加快，这可能与量子计算和量子通信等技术的进步和应用前景的明朗化有关。此外，2010年后增长速度放缓。从图1可以看出，2010年之后，年增长率有所放缓，这可能是由于量子信息领域的研究逐渐成熟，新的研究成果出现的频率降低，需要更多的时间和资源来取得进展。

2.1.2 高质量论文总体态势

自然指数期刊通常代表了学术界认可的高质量研究。根据图2的数据，对量子信息领域重量级论文（自然指数期刊论文）的发表情况及其年增长速度进行分析。首先，重量级论文数量稳步增长。从图2可以看出，量子信息领域在自然指数期刊上的论文数量自1992年以来呈现稳步增长的趋势。尽管增长速度有所波动，但整体上表现出了该领域研究的持续性和活力。此外，在大部分时间里，该领域的研究产出在逐年增加。特别是2000年之后，量子信息领域的重量级论文数量有显著加快的趋势。这可能反映了随着量子技术的发展和成熟，更多的高质量研究成果被发表在自然指数期刊上。值得注意的是，2010年之后重量级论文的增长数量也有所放缓。这同样可能是研究逐渐进入成熟阶段，导致新的突破性成果出现的频率降低。

2.2 主要国家（地区）分析

根据表2的数据，我们可以对量子信息领域主要国家论文总数与比例进行分析。可以看出，美国和中国在量子信息领域的论文发表数量上位居前2位，占比分别为14.38%和14.12%。这表明这2个国家对全球量子信息科学的发展有着重要影响，其中美国在量子算法与应用技术方面优势明显，中国在量子通信与量子态制备方面活跃。此外，德国、英国和日本紧随其后。德国、英国和日本在量子信息领域的论文发表数量也较为显著，占比分别为6.56%、4.38%和4.21%。这些国家的研究实力同样不容忽视，对推动量子信息科学的进步起到了积极作用。除了上述国家外，法国、印度、意大利、加拿大、俄罗斯等国家也在量子信息领域有着一定的研究产出，这显示了量子信息科学是一个全球性的、多国参与的研究领域。

2.3 主要科研机构分析

表3展示了量子信息领域Top20机构论文数量与占比。首先，中国机构表现突出，中国科学院领先。可以看出，中国科学院在量子信息领域的论文发表数量上遥遥领先，占比达到3.53%，在量子通信、量子算法与量子态制备等方向具有显著研究优势。这表明中国科学院在该领域的研究具有显著的影响力和领导地位。除了中国科学院外，中国科学技术大学和清华大学也在Top20机构中占据了较高的位置，分别位居第2和第6，研究重点涵盖量子计算架构、量子材料与器件、量子信息基础理论、量子通信协议等。这显示了中国在量子信息领域的研究机构具有较强的研究实力和活跃的科研氛围。其次，俄罗斯科学院在量子信息领域的论文发表数量上位列第3，占比为1.42%。这说明俄罗斯科学院在该领域的研究同样具有重要的地位和影响力。此外，美国和欧洲的大学和研究机构活跃，表3中包括了多所来自美国和欧洲的著名大学和研究机构，如麻省理工学院、东京大学、牛津大学、加州大学伯克利分校等，它们在量子信息领域的研究产出也相当显著。

2.4 主要科研人才分析

根据表4的数据可以看出，Guo Guang Can以888篇论文位居榜首，显示了其在量子信息领域的卓越贡献和研究实力。紧跟其后的是2名日本的学者Nori Franco和Taniguchi Takashi，分别发文370篇和341篇。论文被引次数是衡量学者研究影响力的重要指标，表明学者的研究成果在学术界得到了广泛引用和认可。数据显示，Pan Jian Wei以H指数79位居榜首，显示了其在量子信息领域的极高影响力和学术贡献；Nori Franco、Guo Guang Can、Cirac J Ignacio等H指数均超过70，同样显示了其研究工作的高影响力。此外，Top20高产学者大多来自世界顶尖的研究机构和大学，如中国科学技术大学、密歇根大学、马克斯·普朗克量子光学研究所等，这些机构为学者提供了良好的研究环境和资源，促进了高水平科研成果的产出。值得一提的是，中国有多位学者位列其中，如Pan Jian Wei、Guo Guang Can等，这表明中国在量子信息领域的研究正在迅速发展，并且在国际上具有较高的产出和影响力。总体来看，Top20高产学者遍布全球，包括日本、中国、美国、德国、瑞士等国家，这表明量子信息领域的研究具有广泛的国际参与度和合作性。

3 量子信息领域合作网络分析

3.1 国家（地区）层面合作网络

根据图3提供的信息，可以对量子信息领域主要国家合作网络进行分析。从图3可以看出，美国处于整个网络的中心位置，是最主要的枢纽国家，在该领域的国际合作中扮演着重要角色，与多个国家有着广泛的合作关系。除美国外，中国、日本、德国、英国等国家也在该领域扮演着重要的角色，与多个国家有较为密集的合作。部分国家，如法国、俄罗斯、意大利等，虽然在该领域也有所贡献，但与其他国家的合作相对较少，处于相对边缘的位置。一些发展中国家，如印度、巴基斯坦、南非等，在该领域的合作参与度和影响力相对较弱。图3中的线条连接显示了国家之间的合作关系，线条的粗细可能代表了合作的紧密程度或合作的频率。整体上，合作网络看起来较为紧密，尤其是欧洲国家的合作网络，说明在量子信息领域，这些国家之间的科研合作频繁且深入。Top50国家合作网络涵盖了全球多个地区，包括北美、欧洲、亚洲等，这表明量子信息领域的国际合作具有广泛的地理分布，不同国家和地区都在积极参与到全球科研合作中。在合作网络中，可能会观察到一些国家之间形成了较为紧密的合作集群，例如美国、中国、日本等国家处于同一个聚类。

3.2 机构层面合作网络

图4展示了量子信息领域主要科研机构合作网络。在网络图中存在几个明显的聚类，例如以中国科学院（Chinese Acad Sci）为核心的蓝色聚类，以麻省理工学院（MIT）和加州大学伯克利分校（Univ Calif Berkeley）为核心的绿色聚类，以意大利国家研究会（CNR）为核心的黄色聚类，以东京大学（Univ Tokyo）为核心的紫色聚类，以及以法国国家科学研究中心（CNRS）、俄罗斯科学院（Russian Acad Sci）和牛津大学（Univ Oxford）为核心的红色聚类。这些聚类表明了机构之间的合作群体，在某些特定的研究方向或项目上有着紧密的合作。通过分析2个节点之间的距离和连线的粗细，我们可以评估机构之间的合作紧密程度。例如，某些机构如中国科学院（Chinese Acad Sci）、中国科学技术大学（Univ Sci & Technol China）和清华大学（Tsinghua Univ）之间的总链接强度较高，这可能意味着他们在量子信息领域有着频繁的合作。可以发现，美国的机构如麻省理工学院（MIT）、加州大学伯克利分校（Univ Calif Berkeley）等，是主要的枢纽机构，与多个国家的机构保持着密切的合作关系。此外，中国、德国、英国等国家的机构，如中国科学院、中国科学技术大学、中国科学院大学、清华大学、柏林自由大学、牛津大学等，在该领域也扮演着重要角色，与众多国家的机构有较为密集的合作。一些新兴的机构，如新加坡国立大学等，合作参与度和影响力相对较弱，在网络中的结构位置尚处于发展阶段。值得注意的是，除传统学术机构外，还出现了一些新兴的量子计算公司和研究所，如Google、IBM、IonQ等，说明量子计算领域正在逐步从学术研究向产业化方向发展。

3.3 学者层面合作网络

图5展示了量子信息领域主要发文作者合作网络。网络图显示，在Top500学者合作网络图中存在几个明显的聚类，例如以Guo Guang Can和Li Chuan Feng为核心的紫色聚类，以Pan Jian Wei为核心的黄色聚类，以Nori Franco为核心的橙色聚类。这些聚类表明了研究者之间的合作群体，在某些特定的研究方向或项目上有着紧密的合作。通过分析2个节点之间的距离和连线的粗细，我们可以评估作者之间的合作紧密程度。例如，某些作者如Guo Guang Can和Li Chuan Feng之间的总链接强度较高，表明他们在量子计算的某些关键领域有着频繁的合作。在量子信息领域Top500作者合作网络中，中国学者众多，其中Guo Guang Can、Li Chuan Feng、Pan Jian Wei等最具有代表性，他们与多个国家的学者保持着密切的合作关系。除中国学者外，美国、德国、英国等国家的学者，在该领域也扮演着重要角色，与众多国家的学者有较为密集的合作。部分学者，如日本的学者Nori Franco、Taniguchi Takashi，在量子信息领域的影响较大，但与其他学者的合作相对较少。除此之外，还存在其他国家的作者参与量子信息领域的研究，但合作规模较小。

4 量子信息领域研究热点及趋势分析

4.1 主题关键词词云分析

基于LDA主题模型，对量子信息领域科研论文标题、摘要和作者关键词数据进行处理，挖掘并展示该领域中的潜在主题概率最高的前20个词汇和对应的概率，进而确定各主题的具体名称。确定主题名称的主要原则是重点关注高频词汇集合的共性特征而忽略个性特征，尤其关注概率最大的那几个词汇。图6展示了量子信息领域Top10主题关键词词云图，具体包括：主题1“量子态及其准备”、主题2“量子计算架构”、主题3“量子算法与优化”、主题4“量子技术应用与进展”、主题5“荧光量子现象”、主题6“量子信息方法与解决方案”、主题7“量子信息理论与模型”、主题8“量子通信协议”、主题9“量子空间与材料”、主题10“量子物理与制造”。通过以上主题的分析，我们可以看出量子信息领域的研究主题涵盖了从基础理论、算法开发、技术应用到材料科学等多个方面，展现了该领域的广度和深度。

4.2 热点演化趋势分析

量子信息领域作为一门跨学科的研究领域，近年来在全球范围内受到了极大的关注和重视。从图7所示的量子信息领域Top10主题论文数量年度变化来看，这一领域的研究不仅在数量上呈现出显著的增长，而且在研究内容和深度上也在不断拓展和深化。首先，主题1（量子态及其准备）作为量子信息科学的基石，其论文数量的持续增长表明了对量子态控制和制备技术的不断探索和完善。这一增长主要受制备新型量子态、提高量子态保真度以及多比特系统实现技术突破的推动，同时与量子计算和量子通信应用需求的快速扩展密切相关。其次，主题2（量子计算架构）、主题3（量子算法与优化）和主题4（量子技术应用与进展）的研究热度持续上升。其中，主题3（量子算法与优化）在近年论文数量呈现快速增长的态势，这与几个因素密切相关：一方面，量子比特数目增加和量子纠错技术的进步，使得量子计算机的实际构建日益可行，为新算法设计提供了实验验证平台；另一方面，学术界和工业界对量子算法在优化、量子模拟、量子机器学习等应用中的潜在价值高度关注，推动了算法创新的快速积累。相比之下，主题8（量子通信协议）的增长幅度相对放缓，主要原因在于该领域技术逐渐成熟，研究焦点逐步从协议设计转向工程实现和网络部署，这使得论文产出增速有所减缓。此外，主题5（荧光量子现象）、主题6（量子信息方法与解决方案）和主题7（量子信息理论与模型）的稳定增长反映了基础理论研究的持续动力。这一趋势可能受基础物理理论突破、量子测控方法改进以及实验平台优化等方面的推动，为量子信息科学的发展提供了理论指导和技术支撑。主题9（量子空间与材料）的增长则体现了新型材料和量子器件研究在支撑量子计算与量子通信方面的重要性。而主题10（量子物理与制造）在近年论文数量有所下降，显示出该领域基础物理研究的相对饱和，科研重点正在向应用技术与产业化方向转移。总的来说，量子信息领域呈现出多个研究热点并行发展的态势，表明该领域正处于蓬勃发展阶段，未来将继续保持旺盛的研究活力。

5 结论与建议

5.1 结论

本文基于对1970—2023年量子信息领域科研论文的计量分析，系统考察了该领域的研究现状、合作网络与热点方向，揭示了量子信息科学的发展态势与国际竞争格局。总体来看，量子信息领域的科研产出在过去数十年间呈现持续增长态势。在国家（地区）层面，美国和中国是量子信息研究最活跃的地区，对全球量子信息科学的发展起到了关键引领作用。就科研机构而言，中国科学院和中国科学技术大学处于国际领先地位，成为推动国内外合作与创新的重要力量。在科研人才方面，中国学者在全球研究网络中占据越来越重要的位置，代表性人物包括Pan Jian Wei、Guo Guang Can等，显示出中国在量子信息科学领域的快速崛起与持续积累。从合作网络看，国家（地区）、机构及学者之间形成了多层次合作格局。其中，美国、中国、日本等国家构成了较为紧密的合作群体，而中国科学院、中国科学技术大学、清华大学等国内机构在全球网络中形成了重要集群之一，推动了学术资源的集聚与知识扩散。值得一提的是，科研机构合作网络中出现了一些新兴的量子计算公司和研究所，如Google、IBM、IonQ等，表明量子计算领域正在逐步从学术研究向产业化方向发展。关键词分析显示，量子信息领域的研究主题涵盖了从基础理论、算法设计到技术应用和材料支撑等多个方向，呈现出多热点并行发展的特征。其中，“量子算法与优化”（主题3）和“量子技术应用与进展”（主题4）在近年表现出显著的增长势头，反映出量子信息研究正由理论探索向技术突破与应用拓展阶段迈进。

5.2 建议

基于对1970—2023年量子信息领域科研产出、合作网络与研究热点的系统分析，可以从以下几个方面提出促进我国量子信息领域持续创新与国际竞争力提升的建议。一是强化基础理论研究与原创创新能力。应进一步加大对量子信息基础理论、量子算法和量子材料等方向的长期支持力度，鼓励跨学科交叉研究，培育具有国际影响力的原创成果，推动我国从“跟跑”向“引领”转变。二是优化科研组织与协同创新机制。建议在国家层面推动量子信息领域的大科学装置、国家实验室和高校之间的统筹协作，形成产学研一体化创新体系。同时，应加强国际合作与开放交流，利用多边科研平台吸纳全球创新资源。三是重视高层次科研人才培养与团队建设。应通过设立青年科学家计划、量子信息专项博士后项目等机制，支持青年人才在关键方向持续深耕；同时加强团队协作与学科梯队建设，形成稳定、开放、包容的科研生态。四是关注应用场景拓展与产业化衔接。随着量子通信、量子计算和量子精密测量的快速发展，应推动科研成果向工程应用和产业化转化。政府部门可通过政策引导、标准制定和示范工程建设，促进科学研究与产业需求的良性互动。

本文仍存在一定局限性。例如，论文所使用的数据时间为1970—2023年，尚未覆盖最新年度的数据。在一定程度上，这可能限制了研究结论对当前领域最新发展态势的刻画。未来研究可在数据逐步完善的基础上，进一步扩展观测时间窗口，以持续跟踪该领域的演化特征，从而提升研究结论的普适性与现实解释力。

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^☆安徽省哲学社会科学规划项目(AHSKQ2022D142)

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Published
2026-04-15
Online Date
2026-04-22

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