1、专题:量子信息技术 20 2 3 年 第 7 期量 子 计 算 关 键 技 术 及 应 用 发 展 分 析王 敬 张 萌 李 芳 张 海 懿(中 国 信 息 通 信 研 究 院 技 术 与 标 准 研 究 所,北 京 100191)摘 要:量 子 计 算 具 备 可 能 超 越 经 典 计 算 的 潜 在 能 力,近 年 来 在 技 术 研 究、应 用 探 索 及 产 业 生 态 培 育 等 方面 取 得 诸 多 进 展,整 体 发 展 进 入 快 车 道,已 成 为 全 球 多 国 科 研 布 局 与 投 资 热 点。重 点 梳 理 分 析 量 子 计 算关 键 技 术 研 究 进 展、应
2、用 探 索 开 展 态 势 和 产 业 生 态 培 育 等,并 对 未 来 发 展 趋 势 进 行 展 望。关 键 词:量 子 计 算;技 术 研 究;应 用 探 索;产 业 现 状中 图 分 类 号:T N918;O413 文 献 标 志 码:A引 用 格 式:王 敬,张 萌,李 芳,等.量 子 计 算 关 键 技 术 及 应 用 发 展 分 析 J.信 息 通 信 技 术 与 政 策,2023,49(7):9-16.D O I:10.12267/j.i s s n.2096-5931.2023.07.0020 引 言随 着 人 类 对 于 量 子 力 学 原 理 的 认 识、理 解 和 研
3、 究不 断 深 入,以 及 对 于 微 观 物 理 体 系 的 观 测 和 调 控 能 力不 断 提 升,以 微 观 粒 子 系 统 为 操 控 对 象,借 助 其 中 的 量子 叠 加、量 子 纠 缠 等 量 子 物 理 现 象 进 行 信 息 获 取、处 理和 传 输 的 量 子 信 息 技 术 应 运 而 生 并 蓬 勃 发 展。量 子 信息 技 术 主 要 包 含 量 子 计 算、量 子 通 信 和 量 子 测 量 三 大领 域1,有 望 在 提 升 运 算 处 理 速 度、信 息 安 全 保 障 能力、测 量 精 度 和 灵 敏 度 等 方 面 突 破 经 典 计 算 瓶 颈。量子
4、信 息 技 术 已 经 成 为 信 息 通 信 技 术 演 进 和 产 业 升 级 的关 注 焦 点 之 一,在 未 来 国 家 科 技 发 展、新 兴 产 业 培 育、国 防 和 经 济 建 设 等 领 域,将 产 生 基 础 共 性 乃 至 颠 覆 性重 大 影 响。量 子 计 算 是 遵 循 量 子 力 学 规 律 进 行 信 息 处理 的 新 型 计 算 范 式,以 量 子 比 特 为 基 本 单 元,具 有 为 某些 计 算 困 难 问 题 提 供 加 速 的 能 力,是 未 来 算 力 跨 越 式发 展 的 重 要 方 向 之 一,有 望 满 足 量 子 模 拟、量 化 金 融、组
5、 合 优 化、人 工 智 能 等 领 域 日 渐 增 长 的 算 力 需 求。近 年 来,全 球 多 个 国 家 与 地 区 持 续 加 强 量 子 计 算领 域 的 规 划 布 局,不 断 投 入 资 金 支 持。量 子 计 算 领 域热 度 不 断 升 高,科 研 创 新 活 跃,超 导 和 光 量 子 路 线 实 现量 子 计 算 优 越 性 试 验 验 证2-5,实 用 化 应 用 探 索 多 方 展开,产 业 生 态 逐 步 构 建,全 方 位 多 元 化 的 发 展 格 局 正 在形 成。本 文 重 点 梳 理 分 析 量 子 计 算 最 新 研 究 进 展、应用 探 索 开 展
6、态 势 和 产 业 生 态 培 育 等,并 对 量 子 计 算 未来 发 展 趋 势 进 行 展 望。1 主 流 技 术 路 线 研 究 进 展量 子 计 算 历 经 数 十 年 发 展,多 方 面 研 究 与 探 索 同步 开 展,逐 渐 形 成 集 理 论 研 究、样 机 研 制、应 用 探 索 和产 业 培 育 为 一 体 的 体 系 化 发 展 格 局。近 年 来,量 子 计算 在 技 术 研 究、样 机 研 制、软 件 开 发、算 法 研 究 等 方 面取 得 诸 多 进 展,重 要 成 果 层 出 不 穷,而 技 术 路 线 选 择 是样 机 研 制 中 的 重 中 之 重。量 子
7、 硬 件 通 过 制 备、操 作 和测 量 量 子 比 特,并 基 于 单 比 特 叠 加 和 多 比 特 纠 缠 的 耦合 与 状 态 演 化 实 现 高 效 并 行 计 算 模 拟 等 功 能,是 量 子计 算 样 机 研 发 攻 关 亟 待 突 破 的 问 题。超 导、离 子 阱、光量 子、硅 基 量 子 点 和 超 冷 原 子 等 技 术 路 线 处 于 并 行 发展 和 开 放 竞 争 状 态,尚 未 呈 现 融 合 收 敛 趋 势,近 年 亮 点进 展 颇 多,竞 争 较 为 激 烈。此 外,金 刚 石 氮-空 位(N V)9|信息通信技术 与政策色 心 路 线、拓 扑 路 线 等
8、 也 取 得 进 展,目 前 仍 处 于 基 础 研究 阶 段,未 来 发 展 值 得 期 待。下 面 对 主 流 技 术 路 线 进行 总 结 和 分 析。1.1 超 导超 导 技 术 路 线 是 发 展 相 对 迅 速 的 一 种 路 线,核 心器 件 为 二 能 级 系 统 超 导 约 瑟 夫 森 结,已 衍 生 出T r a n s m o n、X m o n、F l u xon i um 等 多 种 新 型 超 导 量 子 比特,具 有 可 设 计、可 扩 展、易 控 制、易 耦 合 等 优 势。近 年来,超 导 技 术 路 线 在 量 子 比 特 数 量 和 保 真 度 方 面 均
9、 有一 定 突 破。2022 年,R i g e t t i 推 出 80 量 子 比 特 A s pe n-M系 统,I B M 发 布 433 量 子 比 特 芯 片 O s p r e y6。美 国 劳伦 斯 伯 克 利 国 家 实 验 室 在 超 导 量 子 信 息 处 理 器 中 进 行三 量 子 比 特 高 保 真 i T o f f ol i 本 机 门 首 次 试 验 演 示,保 真度 达 98.26%,阿 里 巴 巴 在 新 型 F l u x o n i u m 系 统 中 实 现99.72%的 双 比 特 门 操 控 精 度7。超 导 技 术 路 线 主 要 瓶 颈 在
10、于 极 低 温 制 冷 环 境 带 来的 工 程 挑 战,需 要 新 颖 和 高 度 集 成 化 的 测 控 系 统 支 持大 规 模 量 子 比 特 操 控,以 及 结 合 材 料 科 学 等 提 高 相 干寿 命 和 保 真 度 等。超 导 技 术 路 线 是 实 现 通 用 量 子 计 算有 力 竞 争 者 之 一,已 获 得 诸 多 科 研 机 构、科 技 企 业 和 初创 公 司 支 持,比 特 数 量 稳 步 提 升,每 秒 电 路 层 操 作 数 等指 标 占 优。1.2 离 子 阱离 子 阱 技 术 路 线 是 另 一 种 受 关 注 程 度 较 高 的 路线,基 本 原 理
11、是 利 用 电 荷 与 磁 场 间 的 交 互 作 用 力 形 成势 阱,从 而 操 控 带 电 粒 子 构 建 二 能 级 量 子 比 特,具 有 无需 极 低 温 冷 却、量 子 比 特 物 理 全 同、相 干 时 间 长 等 优势。近 年 离 子 阱 技 术 路 线 研 究 进 展 主 要 体 现 在 保 真 度提 升 和 全 连 接 比 特 数 增 长 等 方 面。2022 年,Q u a nt i n uum 提 升 M od e l H1 系 统 量 子 体 积 至 8 1928。I onQ 离 子 阱 量 子 处 理 器 保 真 度 达 99.96%,并 推 出 32 Q u b
12、 i t 离 子 阱 量 子 计 算 机 I o n Q F o r t e。2023 年,Q u a nt i n uum 的 H1-1系 统 量 子 体 积 提 升 至 32 7689。华 翊 博 奥(北 京)量 子 科 技 有 限 公 司(简 称“华 翊 量子”)推 出 37 Q u bi t 离 子 阱 量 子 计 算 原 型 机。离 子 阱 技 术 路 线 主 要 瓶 颈 挑 战 在 于 离 子 囚 禁 时 间有 限,捕 获 离 子 的 状 态 制 备 时 间 和 量 子 门 操 作 时 间 较长,单 比 特 多 路 激 光 读 写 需 求 和 线 性 阱 尺 度 规 模 制 约比
13、特 数 扩 展 等。离 子 阱 技 术 路 线 是 通 用 量 子 计 算 另 一个 有 力 竞 争 者,未 来 样 机 研 发 在 真 空、激 光、微 波 和 电子 学 等 多 个 工 程 领 域 需 持 续 攻 关。1.3 光 量 子光 量 子 技 术 路 线 原 理 是 利 用 光 子 的 多 种 自 由 度(例 如 偏 振、相 位 和 时 间 位 置 等)进 行 量 子 态 编 码 和 量子 位 构 建。主 要 优 势 在 于,与 周 围 环 境 相 互 作 用 弱、可常 温 工 作、相 干 时 间 长、保 真 度 较 高。近 年 光 量 子 路 线科 研 进 展 主 要 是 量 子
14、优 越 性 证 明、光 子 纠 缠 操 控 试 验等。2022 年,X a n a du5在 光 量 子 计 算 机 B o r e a l i s 上 完成 216 光 子 高 斯 玻 色 采 样 试 验。德 国 马 克 斯 普 朗 克 量子 光 学 研 究 所 展 示 双 光 子 C N O T 门 并 实 现 14 光 子 纠缠 操 控10。光 量 子 技 术 路 线 主 要 瓶 颈 挑 战 在 于 不 同 光 子 态 之间 构 建 双 量 子 比 特 门 和 实 现 逻 辑 操 作,以 及 高 品 质 光源 与 光 子 探 测 性 能 待 提 升 等。未 来 基 于 集 成 光 学 芯
15、 片的 光 量 子 计 算 方 案 或 将 成 为 发 展 演 进 的 重 要 方 向。1.4 硅 基 量 子 点硅 基 量 子 点 技 术 路 线 的 基 本 原 理 是 在 硅 或 砷 化 镓等 半 导 体 材 料 制 备 门 控 量 子 点 来 编 码 量 子 比 特。优 势在 于,可 扩 展 性 好、门 操 作 速 度 快、与 成 熟 集 成 电 路 工艺 相 兼 容。近 年 亮 点 成 果 在 于 量 子 比 特 数 量 和 保 真 度的 提 升。2022 年,自 然 杂 志 发 表 三 种 不 同 实 现 方 案的 硅 基 量 子 处 理 器 双 量 子 比 特 门 保 真 度 达
16、 到 99%以上11。另 外,I n t e l 实 现 12 位 硅 自 旋 量 子 比 特12。硅 基 量 子 点 技 术 路 线 主 要 瓶 颈 挑 战 在 于 噪 声 影 响明 显,保 真 度 较 低,需 要 提 纯 材 料 以 延 长 相 干 寿 命,量子 位 间 存 在 干 扰 与 串 扰 等。由 于 硅 基 量 子 点 技 术 路 线与 经 典 电 子 学 可 兼 容,经 典 电 子 学 的 发 展 很 有 可 能 提升 量 子 处 理 器 扩 展 性。未 来 克 服 电 子 自 旋 易 受 电 磁 环境 影 响 将 是 硅 基 量 子 点 科 研 攻 关 的 主 要 目 标。1
17、.5 超 冷 原 子超 冷 原 子 技 术 路 线 通 过 被 称 为 光 镊 的 紧 密 聚 焦 激光 束 阵 列,约 束 超 冷 原 子 在 超 高 真 空 中 悬 浮,并 基 于 此构 建 二 能 级 系 统。优 势 在 于 长 相 干 时 间 和 超 高 维 列 阵构 建 能 力。近 年 在 超 高 维 列 阵 构 建 能 力 与 量 子 模 拟 方向 得 到 应 用。2022 年,美 国 芝 加 哥 大 学 实 现 512 位 双元 素 二 维 原 子 阵 列13。P a s q a l 捕 获 324 位 量 子 比 特 的超 冷 原 子 大 型 量 子 处 理 器 阵 列14。超
18、 冷 原 子 技 术 路 线 主 要 挑 战 是 需 要 克 服 激 光 控 制系 统 复 杂 性 影 响,进 一 步 提 升 逻 辑 门 操 控 能 力 和 保 真度 等。超 冷 原 子 技 术 路 线 适 用 于 求 解 量 子 哈 密 顿 量 和 0 1 专题:量子信息技术 20 2 3 年 第 7 期模 拟 量 子 处 理,未 来 不 但 可 用 于 研 究 和 解 决 凝 聚 态 物质 中 诸 多 物 理 问 题 的 典 型 模 型,还 有 望 用 于 模 拟 研 究分 析 量 子 化 学、多 体 物 理、凝 聚 态 物 理、核 物 理 等 诸 多复 杂 体 系 和 现 象。总 体
19、而 言,量 子 计 算 样 机 研 制 已 成 为 全 球 主 要 国家 和 地 区 在 前 沿 科 技 领 域 攻 关 突 破 的 重 点 方 向 之 一,不 同 技 术 路 线 具 有 自 身 的 独 特 优 势,超 导 与 离 子 阱 持续 领 跑,光 量 子 实 现 量 子 计 算 优 越 性 试 验 验 证,硅 基 量子 点 与 超 冷 原 子 的 发 展 值 得 期 待,技 术 路 线 发 展 整 体仍 呈 现 多 元 并 行 的 态 势,尚 未 实 现 技 术 收 敛。2 应 用 探 索 方 向 概 况量 子 计 算 硬 件 的 飞 速 发 展 使 得 含 噪 声 的 中 型 量
20、 子(N o i s y I n t e r m e d i a t e-S c a l e Q ua n t u m,N I S Q)时 代 已 然 来临,以 量 子 计 算 机 为 基 础 开 展 的 应 用 场 景 探 索,已 逐 渐成 为 业 界 的 研 究 热 点,旨 在 为 诸 多 行 业 提 供 更 高 效 的量 子 计 算 解 决 方 案。近 年 来,应 用 探 索 主 要 集 中 在 量子 模 拟、量 子 组 合 优 化 以 及 量 子 线 性 代 数 等 方 向,代 表性 行 业 应 用 探 索 情 况 如 表 1 所 示。2.1 量 子 模 拟量 子 模 拟 能 够 在
21、原 子 尺 度 模 拟 微 观 系 统 相 互 作用,对 微 观 世 界 行 为 产 生 洞 察 力,对 科 学 研 究、工 业 制造 和 社 会 发 展 均 有 望 产 生 巨 大 影 响,近 年 来 已 成 为 研究 热 点。2022 年,I B M 展 示“E nt a ngl e m e n t F o r g i n g”技术 用 于 量 子 模 拟 并 使 得 量 子 比 特 数 量 减 半15。中 国科 学 技 术 大 学 搭 建 超 冷 锂-镝 原 子 量 子 模 拟 平 台 实 现均 匀 费 米 气 体 的 制 备16。G oo gl e 实 现 16 bi t 费 米 子
22、量子 蒙 特 卡 罗 模 拟17。量 子 模 拟 应 用 探 索 主 要 集 中 在 物 理 模 型、化 学 工业、生 物 制 药、材 料 研 究 等 领 域,使 用 量 子 计 算 机 模 拟量 子 系 统 的 运 行 状 态,具 备 真 实 接 近 系 统 自 然 状 态 原貌 的 优 势,目 前 正 在 从 提 供 物 理 现 象 的 定 性 演 示 向 为应 用 问 题 提 供 解 决 方 案 的 方 向 发 展。2.2 量 子 组 合 优 化数 学 中 的 优 化 问 题,简 而 言 之 即 利 用 数 学 方 法 寻找 离 散 事 件 中 的 最 优 解 或 进 行 最 优 的 编
23、 排、分 组,组 合优 化 问 题 是 目 前 算 法 中 最 热 门 的 问 题 之 一,搜 索 空 间往 往 随 着 搜 索 规 模 呈 指 数 级 增 长,导 致 有 效 时 间 内 难以 求 解,或 难 以 获 得 全 局 性 最 优 解。目 前,在 涉 及 复 杂多 变 量 组 合 优 化 的 量 化 金 融、交 通 规 划、气 象 预 测 等 领域,量 子 计 算 应 用 探 索 也 在 广 泛 开 展。2022 年,M u l t i ve r s e C om pu t i ng 推 出 奇 点 投 资 组 合 混 合 求 解 器表 1 量 子 计 算 行 业 应 用 探 索
24、概 况行 业 领 域 代 表 性 参 与 机 构 应 用 场 景化 学 模 拟I B M、G o o g l e、X a n a d u、Q u a n s c i e n t、中 国 科 学 技 术 大 学、清 华 大 学、南 京 大学 等化 学 工 业 与 催 化 剂 设 计生 物 制 药材 料 研 发量 化 金 融I B M、X a n a d u、D-W a v e、Q C W a r e、I o n Q、M u l t i v e r s e C o m p u t i n g、本 源 量 子、C a i x a B a n k、汇 丰 银 行、I t a u U n i b a n
25、 c o 银 行、毕 马 威、巴 斯 夫、德 意 志 交 易 所集 团 等组 合 优 化模 拟 定 价风 险 预 测交 运 航 空 Q u a n t i n u u m、Q-C T R L、Q C I、宝 马、Q u a n t u m-S o u t h、空 客 等路 线 优 化货 物 装 配线 路 调 度流 体 动 力 学人 工 智 能 G o o g l e、Z a p a t a、哈 佛 大 学、M u l t i v e r s e C o m p u t i n g、I K E R L A N自 动 驾 驶机 器 学 习气 象 预 测 P s i Q u a n t u m、P
26、a s q a l、R i g e t t i、巴 斯 夫 等气 象 预 测灾 害 预 警 1 1|信息通信技术 与政策用 于 量 化 投 资 优 化 分 析18。Q u a n t u m-S o u t h 发 布 基 于量 子 计 算 的 航 空 货 运 优 化 应 用 程 序19。P s i Q ua n t u m启 动 Q l i m a t e 计 划 旨 在 提 供 气 候 相 关 计 算 问 题 的 量 子解 决 方 案20。量 子 组 合 优 化 有 助 于 提 升 寻 找 优 化 方 案 的 效 率 和准 确 性,对 诸 多 复 杂 数 学 问 题 进 行 高 效 计 算
27、,具 有 将 计算 时 间 大 幅 缩 小 以 实 现 实 时 优 化 等 优 势,未 来 需 要 持续 加 大 应 用 探 索 的 深 度 和 广 度,实 现 更 多 行 业 领 域 的量 子 组 合 优 化 案 例。2.3 量 子 线 性 代 数量 子 线 性 代 数 包 含 多 种 量 子 技 术 和 方 法,主 要 应用 于 量 子 机 器 学 习、密 码 破 译、信 用 评 分 等 领 域。其中,量 子 机 器 学 习 通 过 构 建 新 型 数 据 处 理 模 型,将 传 统机 器 学 习 算 法 中 的 部 分 关 键 步 骤 由 经 过 验 证 的 量 子 算法 代 替,有 望
28、 提 升 目 前 机 器 学 习 算 法 处 理 大 数 据 的 计算 效 率。2022 年,G o ogl e 使 用 40 位 超 导 量 子 处 理 器验 证 量 子 主 成 分 分 析 过 程 中 的 原 理 性 优 势21。美 国哈 佛 大 学 利 用 里 德 堡 原 子 阵 列 构 建 量 子 递 归 神 经 网 络的 认 知 任 务 学 习 试 验22。量 子 线 性 代 数 利 用 量 子 计 算 的 高 效、解 决 复 杂 数学 问 题 的 能 力,分 析 求 解 多 行 业 领 域 的 复 杂 数 学 问 题,具 有 提 升 复 杂 数 学 问 题 计 算 效 率 等 优
29、势。综 上 所 述,量 子 计 算 相 关 领 域 的 应 用 探 索 正 在 逐渐 深 入,总 体 处 于 发 展 的 早 期 阶 段,在 应 用 落 地 和 产 出实 际 价 值 方 面 仍 面 临 挑 战。未 来 应 用 探 索 的 攻 关 方 向主 要 集 中 在 量 子 比 特 集 成 规 模、应 用 算 法 设 计 等 方 面,并 需 要 在 加 强 量 子 计 算 与 已 有 应 用 场 景 结 合 的 同 时,探 索 更 多 具 有 潜 力 的 应 用 方 向,并 通 过 理 论 及 试 验 等方 式 判 断 实 际 应 用 中 量 子 计 算 相 较 于 经 典 计 算 的优
30、 势。3 产 业 生 态 培 育 进 展近 年 来,量 子 计 算 领 域 热 度 不 断 升 高,已 成 为 全 球前 沿 技 术 领 域 投 资 焦 点 之 一,且 投 入 力 度 不 断 加 大。与 此 同 时,产 业 生 态 构 建 培 育 也 成 为 近 期 热 点,各 国 和地 区 企 业、研 究 机 构 不 断 通 过 成 立 产 业 联 盟 等 方 式,逐步 培 育 量 子 计 算 产 业 生 态 系 统。3.1 市 场 融 投 资量 子 信 息 领 域 市 场 融 投 资 近 两 年 来 呈 爆 发 式 增 长趋 势,量 子 信 息 领 域 企 业 获 得 市 场 高 度 关
31、 注 以 及 大 量资 金 支 持,且 投 资 高 度 集 中 于 量 子 计 算 领 域(见 表 2)。量 子 计 算 初 创 企 业 在 欧 洲 和 美 国 聚 集 度 和 关 注 度 更高。大 量 的 资 金 涌 入 既 为 量 子 计 算 样 机 硬 件 研 发、软件 开 发、应 用 探 索 等 方 向 提 供 创 新 支 持 和 资 源 保 障,也引 发 了 技 术 炒 作、夸 大 宣 传 和 行 业 泡 沫 等 不 同 观 点 和争 议。2022 年,美 国 S c o r pi o n C a pi t a l23发 布 对 量 子 计 算上 市 公 司 I o nQ 的 做 空
32、 报 告,指 出 其 量 子 计 算 产 品 与 应用 局 限,以 及 管 理 运 行 方 面 的 问 题,质 疑 其 交 付 能 力 与商 业 模 式。英 国 牛 津 大 学 学 者24指 出,资 金 涌 入 导 致量 子 计 算 成 就 和 前 景 夸 大 宣 传,行 业 泡 沫 不 容 忽 视。以 上 观 点 也 引 发 业 界 回 应,从 技 术 发 展 成 就、科 技 巨 头投 入 和 应 用 探 索 前 景 等 方 面 展 开 讨 论,各 方 对 行 业 泡沫 争 议 的 看 法 观 点 不 一。量 子 计 算 是 未 来 科 技 与 产 业 发 展 变 革 的 重 要 变 量之
33、一,已 成 为 全 球 各 国 学 术 界、产 业 界 和 利 益 攸 关 方 的普 遍 共 识,近 年 来 在 技 术 研 究 和 样 机 研 制 等 方 面 取 得一 系 列 重 要 进 展,但 样 机 比 特 数 量、质 量 和 操 控 速 度 等性 能 指 标 仍 有 很 大 提 升 空 间,软 硬 件 技 术 发 展 远 未 成熟,应 用 探 索 与 产 业 培 育 尚 处 起 步 阶 段。泡 沫 质 疑 是量 子 计 算 发 展 过 程 中 的 必 经 之 路,也 是 量 子 计 算 在 学术 界 和 产 业 界 反 差 氛 围 中 产 生 的 必 然 结 果。在 政 策 与资 金
34、 不 断 涌 入 时,对 量 子 计 算 领 域 的 捧 杀 需 要 保 持 清醒 和 警 惕。在 无 人 区 探 索 和 技 术 应 用 成 果 的 短 期 交 付达 不 到 预 期 时,对 量 子 计 算 领 域 的 发 展 需 要 保 持 战 略定 力 与 信 心,避 免 对 未 来 构 建 技 术 产 业 竞 争 力 产 生 不利 影 响。3.2 生 态 培 育近 年 来,量 子 计 算 领 域 热 度 不 断 升 高,各 国 和 地 区相 继 出 台 战 略 政 策 以 推 动 国 内 外 科 技 公 司 和 初 创 企 业的 发 展。目 前,全 球 已 有 数 百 家 量 子 计
35、算 企 业,研 究 覆盖 量 子 计 算 软 硬 件、基 础 配 套、应 用 探 索、用 户 培 育 等多 个 方 面,产 业 集 聚 度 以 美 国 和 欧 洲 最 高,量 子 计 算 产业 生 态 体 系 正 在 逐 步 构 建。美 国 占 据 全 球 量 子 计 算 产 业 发 展 优 势,以 科 技 公司 G o ogl e、M i c r os of t、I B M、I n t e l、H o ne yw e l l、H P,以 及 初创 企 业 I o nQ、R i g e t t i 等 众 多 具 备 较 强 技 术 实 力 和 资 金支 持 的 企 业 为 首,加 速 世 界
36、 量 子 计 算 产 业 发 展。从 量子 计 算 产 业 上 层 的 应 用 服 务、软 件 开 发 到 下 层 量 子 处理 器 研 发 和 支 撑 系 统 配 套 研 发 等 各 层 面,均 有 企 业 深 2 1 专题:量子信息技术 20 2 3 年 第 7 期 表 2 国 内 外 量 子 计 算 企 业 融 投 资 概 况企 业 时 间 国 家 交 易 规 模/百 万 美 元 技 术 路 线A t o m C o m p u t i n g 2022 年 1 月 美 国 60 超 冷 原 子I Q M 2022 年 4 月 芬 兰 35.3 超 导X a n a d u 2022 年
37、 5 月 加 拿 大 100 光 量 子S Q C 2022 年 6 月 澳 大 利 亚 90 硅 基 量 子 点P l a n q c 2022 年 6 月 德 国 4.64 超 冷 原 子Q u a n t u m S o u r c e 2022 年 7 月 以 色 列 15 光 量 子O Q C 2022 年 7 月 英 国 45.35 超 导I Q M 2022 年 7 月 芬 兰 125 超 导R i g e t t i 2022 年 8 月 美 国 75 超 导D-w a v e 2022 年 8 月 加 拿 大 150 退 火C o l d Q u a n t a 2022 年
38、 11 月 美 国 110 超 冷 原 子X a n a d u 2023 年 1 月 加 拿 大 29.6 光 量 子P a s q a l 2023 年 1 月 法 国 109 超 冷 原 子P s i Q u a n t u m 2023 年 3 月 美 国 11.16 光 量 子国 开 启 科 量 子 技 术(北 京)有 限 公 司 2022 年 1 月 中 国 约 7 离 子 阱上 海 图 灵 智 算 量 子 科 技 有 限 公 司 2022 年 2 月 中 国 未 披 露 光 量 子华 翊 博 奥(北 京)量 子 科 技 有 限 公 司 2022 年 4 月 中 国 未 披 露 离
39、 子 阱本 源 量 子 计 算 科 技(合 肥)股 份 有 限 公 司 2022 年 7 月 中 国 约 140 超 导、光 量 子上 海 图 灵 智 算 量 子 科 技 有 限 公 司 2023 年 1 月 中 国 15 光 量 子北 京 玻 色 量 子 科 技 有 限 公 司 2023 年 3 月 中 国 15 光 量 子入 参 与。企 业 积 极 进 行 量 子 计 算 原 型 机 及 软 件 算 法 相关 研 发,积 极 与 科 研 背 景 强 大 的 科 研 院 所 和 高 校 开 展广 泛 合 作,对 量 子 计 算 成 果 转 化 和 加 速 发 展 助 力 明 显。欧 洲 各
40、国 及 地 区 也 纷 纷 支 持 量 子 计 算 领 域 发 展,积 极制 定 量 子 计 算 发 展 战 略,部 署 诸 多 研 究 项 目。欧 洲 量子 企 业 大 多 为 初 创 企 业,代 表 性 企 业 包 括 I Q M、A t os、Q u&C o 等,近 年 呈 加 速 发 展 态 势。欧 洲 量 子 计 算 企 业与 美 国 等 企 业 之 间 合 作 紧 密,各 企 业 通 过 与 其 他 量 子企 业 合 作、与 产 业 界 企 业 合 作 等 方 式 取 得 诸 多 研 究 进展 与 成 果。除 美 国 和 欧 洲 大 力 发 展 量 子 计 算 外,加 拿大、澳 大
41、 利 亚、日 本、新 加 坡 等 也 涌 现 出 一 批 量 子 初 创企 业。总 体 而 言,国 际 企 业 具 有 较 强 的 技 术 实 力,全 方位 推 动 基 础 科 学 研 究、应 用 场 景 探 索 和 产 业 生 态 培 育等 方 面 的 发 展,激 烈 竞 争 的 同 时 保 持 分 工 协 作,有 力 推动 量 子 计 算 的 加 速 发 展。国 内 的 多 家 科 技 公 司 也 致 力于 量 子 计 算 的 研 究,包 括 华 为、百 度、阿 里 巴 巴、腾 讯等。近 年 来,通 过 与 科 研 院 所 合 作 或 聘 请 知 名 科 学 家等 方 式 成 立 相 关
42、实 验 室,在 硬 件、软 件、算 法、应 用 和 量子 计 算 云 平 台 等 方 面 积 极 布 局。除 此 之 外,国 内 的 量子 初 创 企 业 也 正 大 力 推 进 量 子 计 算 各 环 节 的 研 究 与 应用,代 表 性 初 创 企 业 包 括 本 源 量 子 计 算 科 技(合 肥)股份 有 限 公 司、国 开 启 科 量 子 技 术(北 京)有 限 公 司、华翊 量 子、深 圳 量 旋 科 技 有 限 公 司、上 海 图 灵 智 算 量 子 科技 有 限 公 司 等。我 国 科 技 企 业 在 样 机 研 制、应 用 推 动及 产 业 培 育 等 方 面 与 国 际 企
43、 业 相 比 存 在 差 距,但 正 在积 极 追 赶,产 业 培 育 等 工 作 逐 步 得 到 重 视 和 加 强。通 过 成 立 产 业 联 盟 等 方 式 发 展 和 完 善 产 业 生 态 系统,已 逐 渐 成 为 近 期 发 展 热 点。近 年 来,多 个 国 家 及 地区 均 成 立 量 子 计 算 领 域 产 业 联 盟,成 员 单 位 涵 盖 量 子信 息 领 域 企 业、众 多 研 究 机 构 以 及 各 应 用 领 域 重 点 企 3 1|信息通信技术 与政策业。I B M 成 立 的 I B M Q N e t w o r k 目 前 已 有 包 含 政 府 及科 研
44、机 构、初 创 企 业、行 业 应 用 合 作 伙 伴 等 在 内 百 余 家成 员,覆 盖 航 空、银 行、能 源 等 应 用 领 域。M i c r o s o f t 发起 M i c r o s o f t Q u a nt um N e t w o r k 与 N o r t h w e s t Q ua n t u m N e x us,主 要 包 括 解 决 方 案 合 作 方、下 游 潜 在 客 户 及 研究 机 构 三 类 成 员,致 力 于 推 进 量 子 计 算 发 展 并 探 讨 实际 应 用。日 本 24 家 企 业 联 合 成 立 量 子 战 略 产 业 革 命联
45、盟,旨 在 评 估 与 量 子 计 算 相 关 的 基 本 原 则 与 法 律,并就 其 适 用 性 和 必 要 产 业 结 构 提 出 建 议。德 国 10 家 企业 成 立 量 子 技 术 与 应 用 联 盟,旨 在 明 确 现 阶 段 可 能 实现 的 行 业 应 用,评 估 量 子 计 算 工 业 化 实 施 潜 力。芬 兰建 立 量 子 计 算 产 业 联 盟 项 目 B u s i n e s s Q,目 标 在 于 扩 大量 子 计 算 对 芬 兰 工 业 与 商 业 的 影 响。加 拿 大 成 立 量 子产 业 部,旨 在 加 速 技 术 创 新、实 现 人 才 转 化 及 推
46、 进 量 子计 算 商 业 化 进 程。我 国 本 源 量 子 建 立 本 源 量 子 计 算 产业 联 盟,加 速 技 术 开 发 和 探 索 应 用 落 地。中 国 信 息 通信 研 究 院 联 合 国 内 量 子 信 息 领 域 高 校、科 研 机 构 和 企业 发 起 量 子 信 息 网 络 产 业 联 盟,组 织 推 动 论 坛 交 流、案例 征 集、报 告 研 究、验 证 测 评 等 工 作。全 球 量 子 计 算 企 业 数 量 不 断 增 多,呈 加 速 发 展 态势,整 体 数 目 已 超 百 家,量 子 计 算 领 域 研 究 覆 盖 量 子 计算 软 硬 件、基 础 配
47、套 和 应 用 探 索 等 多 个 方 面,产 业 集 聚度 仍 以 北 美 和 欧 洲 最 高,量 子 计 算 产 业 生 态 体 系 正 在逐 步 构 建。相 较 美 国 和 欧 洲 而 言,我 国 企 业 在 技 术 研发 水 平 与 整 体 产 业 生 态 构 建 等 方 面 仍 有 提 升 空 间,未来 需 要 组 织 开 展 产 业 需 求、供 应 链 建 设 等 方 面 深 入 交流,探 索 科 研、工 程 和 产 业 各 领 域 的 分 工 合 作 协 同 机制,突 破 和 掌 握 核 心 使 能 技 术,为 用 户 习 惯 培 养 和 产 业生 态 构 建 奠 定 基 础。4
48、 未 来 发 展 趋 势 展 望总 体 而 言,量 子 计 算 技 术 研 究 处 于 早 期 快 速 发 展阶 段,多 种 技 术 路 线 呈 现 多 元 化 开 放 性 的 竞 争 态 势,这种 竞 争 态 势 短 期 内 将 持 续 存 在。量 子 计 算 应 用 探 索 在诸 多 行 业 广 泛 开 展,距 离 应 用 落 地 尚 有 一 定 距 离,相 关探 索 必 将 是 一 个 长 期 过 程。量 子 计 算 产 业 生 态 正 在 逐步 构 建,处 于 早 期 培 育 阶 段,产 业 整 体 发 展 势 头 良 好,未 来 将 持 续 探 索 合 适 的 商 业 模 式。在 技
49、 术 研 究 方 面,量 子 计 算 研 究 发 展 迅 速,不 断 取得 突 破 性 进 展,硬 件 研 制、软 件 算 法、量 子 纠 错、支 撑 保障 等 方 面 取 得 一 系 列 重 要 成 果。量 子 计 算 仍 处 于 早 期快 速 发 展 阶 段,各 研 究 领 域 仍 存 在 较 多 亟 需 解 决 的 问题。在 硬 件 研 制 方 面,需 要 在 可 扩 展 性、操 作 复 杂 度、噪 声 抑 制 能 力 和 集 成 化 水 平 等 方 面 重 点 突 破,集 中 力量 加 强 研 发 攻 关。在 软 件 算 法 方 面,需 要 在 注 重 软 件本 身 的 研 究 与 开
50、 发 的 基 础 上,重 视 应 用 生 态 的 培 育 以及 用 户 习 惯 的 培 养。在 量 子 纠 错 方 面,需 要 结 合 理 论研 究 与 样 机 试 验,进 一 步 设 计 和 改 进 纠 错 程 序,同 时 降低 纠 错 所 需 的 资 源 开 销。在 支 撑 保 障 方 面,需 要 明 确不 同 路 线 量 子 计 算 机 所 需 支 撑 保 障 系 统 面 临 的 挑 战,重 点 攻 关 稀 释 制 冷 机、测 控 系 统、真 空 腔 等 关 键 部 分。在 应 用 探 索 方 面,基 于 N I S Q 样 机 开 展 量 子 算 法研 究 和 应 用 场 景 探 索,
