2022全球量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告

Startsailing2022全球量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告GlobalQuantumComputingIndustryDevelopmentReport2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE3揚帆遠航PAGE10揚帆遠航PAGE10目錄前言 1第一章 7量子計算產(chǎn)業(yè)透視 7一、量子計算發(fā)展概述 8二、量子計算產(chǎn)業(yè)鏈 10三、量子計算應(yīng)用場景 12第二章 15量子計算機——齊頭并進 15一、超導(dǎo)——最受關(guān)注 17二、離子阱——量子體積遙遙領(lǐng)先 20三、光量子——商業(yè)化元年開啟 22四、中性原子——美國領(lǐng)先 24五、半導(dǎo)體量子點/硅自旋——值得期待 26六、拓撲量子計算——仍有不確定 27七、金剛NV色心——擴展難度大 29八、量子退火機——進展不大 29九、相干伊辛機——繼續(xù)觀察 29第三章 31核心元器件——發(fā)現(xiàn)與突破 31一、低溫設(shè)備 32二、測控系統(tǒng) 38三、同軸電纜 45四、低溫組件 46五、超高真空（UHV）腔 48六、激光器 49七、單光子源 50八、單光子探測器 51第四章 57云平臺、軟件、算法——應(yīng)用至上 57一、云平臺進展 58（一）國外量子計算云平臺 60（二）國內(nèi)量子計算云平臺 63二、軟件進展 66（一）國外軟件開發(fā)企業(yè) 66（二）國內(nèi)軟件開發(fā)企業(yè) 70三、算法進展 75（一）金融 76（二）化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué) 78（三）人工智能 81（四）汽車 83（五）航空 84（六）能源 84（七）供應(yīng)鏈/交通優(yōu)化 85（八）天氣預(yù)報 86（九）密碼 86（十）基礎(chǔ)科學(xué) 87第五章 90量子公司——王者與新貴 90一、國外 92二、國內(nèi) 109第六章 123投融資——勇敢想象 123特點一：上市融資成了量子科技公司的潮流 126特點二：單筆融資金額創(chuàng)紀錄 127第七章 131國家政策——堅持支持 131觀點1 132觀點2 133觀點3 133觀點4 133觀點5 133第八章 1352022年展望 135一、市場規(guī)模預(yù)測 136二、2022年發(fā)展趨勢預(yù)測 139表目錄表1 主流量子計算公司路線圖 8表2 量子計算各技術(shù)路線成熟度評價體系 16表3 2021年全球超導(dǎo)量子計算重要進展 20表4 2021年離子阱量子計算重要進展 22表5 2021年光量子計算重要進展 24表6 2021年離子阱量子計算重要進展 25表7 2021年半導(dǎo)體量子點/硅自旋量子計算重要進展 27表8 2021年拓撲量子計算重要進展 28表9 量子測控系統(tǒng)發(fā)展歷程 38表10 全球量子計算云平臺發(fā)展歷程 59表11 2021年全球量子計算軟件發(fā)展大事件 75表12 量子計算各技術(shù)路線成熟度評價體系 76表13 生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的預(yù)期量子優(yōu)勢 80表14 2021年全球量子計算應(yīng)用算法發(fā)展大事件 88表15 2021年量子計算融資情況 124表16 全球量子主要參與者評價體系 132圖目錄圖1量子計算產(chǎn)業(yè)鏈圖譜 10圖2 稀釋制冷機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 33圖3 牛津儀器Proteox無液氦稀釋制冷機 36圖4 量子計算測控系統(tǒng)發(fā)展趨勢 40圖5 量子測控一體機OriginQuantumAIO 41圖6 ez-QEngine超導(dǎo)量子計算操控系統(tǒng) 42圖7 是德科技集成測控系統(tǒng) 43圖8 芯片上方產(chǎn)生的磁場可以控制百萬級量子比特 45圖9 低溫同軸電纜示意圖 46圖10 本源量子極低溫系列衰減器 47圖11 霍尼韋爾離子阱量子計算機使用的真空腔 49圖12 國內(nèi)首臺100kW超高功率工業(yè)光纖激光器 50圖13 近紅外波段自由運行單光子探測器QCD600 52圖14 單光子探測器在離子阱中的應(yīng)用 54圖15 EMCCD芯片結(jié)構(gòu)圖 55圖16 iXonUltra系列EMCCD相機 56圖17 本源量子計算“五朵云” 64圖18 量子計算云平臺 65圖19 開源電子設(shè)計自動化軟件QiskitMetal 67圖20 Singularity量子金融分析工具 68圖21 lambeq將句子轉(zhuǎn)換成量子電路 70圖22 本源司南量子計算操作系統(tǒng) 71圖23 本源量禹使用界面 72圖24 商業(yè)風(fēng)險敏感性分析的量子算法 77圖252021年全球量子計算主要參與者地理分布 91圖26 IBM量子計算硬件路線圖 93圖27 在穩(wěn)定器電路的批量采樣方面，Stim明顯快于以前的工具 94圖28 微軟低溫控制芯片Gooseberry 98圖29 Xanadu可編程光量子芯片 102圖30 PsiQuantum光量子芯片 103圖31 “九章”二號整體裝置圖 109圖32 “祖沖之號”66量子比特超導(dǎo)量子處理器示意圖 110圖33 本源量子未來五年量子計算技術(shù)規(guī)劃路線圖 111圖34 百度QIAN戰(zhàn)略規(guī)劃 117圖35 2014-2021年全球量子科技公司融資金額及增長率 127圖36 2021年量子計算兩大領(lǐng)域融資額占比情況 128圖37 2021年量子計算融資情況 129圖38 2021量子計算融資輪次情況 130圖39全球量子計算市場預(yù)測 136圖40全球量子計算市場預(yù)測 137圖41全球量子計算下游行業(yè)應(yīng)用預(yù)測 1382022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE7揚帆遠航PAGE8揚帆遠航PAGE820212越來越多的算法在小規(guī)模實際問題上得到實驗。量子計算機能夠解決問題的規(guī)模在很大程度上取決于量子比特的數(shù)量。2021年以來，主要研究團隊都實現(xiàn)了突破，中性原子公司ColdQuanta和AtomComputing推出了100+量子比特量子計算機，哈佛-MIT開發(fā)了256量子比特基于中性原子的量子模擬器。超導(dǎo)方面，中國科大的66量子比特“祖沖之號”實現(xiàn)量子計算“懸鈴木”提高了6提出了模塊化的量子處理器架構(gòu)，預(yù)計在幾個月內(nèi)推出80特處理器；IBM推出了127Eagle。離子阱方面，IonQ提出可重構(gòu)多核量子架構(gòu)，已擴展到64人員透露，“九章”未來也將可編程。一、量子計算發(fā)展概述從主流量子計算公司的技術(shù)路線圖來看，2021-2022年左右將突破100量子比特，3年內(nèi)突破1000量子比特，到這個十年結(jié)束（2030年）實現(xiàn)100萬量子比特。表1主流量子計算公司路線圖資料來源：ICV時間（決定量子態(tài)可以保持多久）、量子比特之間的連接程度、門保真度等。在相干時間方面：2021年中國清華大學(xué)金奇奐研究組在離子阱系統(tǒng)上刷新了單量子比特相干時間記錄（5500秒）。4RIKEN則首次實現(xiàn)了三個半導(dǎo)體（硅自旋）量子比特的糾纏。目前最先進的量子計算系統(tǒng)的2（糾纏門真度都在99%以上，目前最高記錄是澳大利亞硅量子計算公司通過半導(dǎo)體技術(shù)99.99%，但他們僅僅開發(fā)了2個量子比特。優(yōu)缺點。目前還不斷有研究團隊在制造新的量子比特。2021年以蘇黎世儀器為代表的一些廠商發(fā)布了可以測控100+量子比特的測控系統(tǒng)。最大的突破則是澳大利亞量子計算快速發(fā)展的同時，也不能忽視經(jīng)典計算的進步。2019年Google宣稱超級計算機需要1Google量子計算機不相上下的速度。2021年該領(lǐng)域的主題可以定為經(jīng)典模擬與量子計算之爭，而且這場競爭將一直持續(xù)下去，經(jīng)典計算的巨大進步迫使量子計算也加快了發(fā)展腳步。二、量子計算產(chǎn)業(yè)鏈清晰，目前國外科技巨頭如IBM、谷歌、亞馬遜、微軟、英特爾、霍尼韋爾等RigettiPsiQuantum等量子計算新貴已獲得數(shù)億美元圖1量子計算產(chǎn)業(yè)鏈圖譜來源：ICV另外，衰減器、濾波器等低溫組件，本源量子也取得了一定突破。2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE11揚帆遠航PAGE12揚帆遠航PAGE12就是在加州大學(xué)圣芭芭拉分校（UCSB）的一家工廠制造的。2022年1月，本源量子自主建設(shè)的兩大實驗室——量子芯片制造封裝實驗室和量子計算組裝測試2021年本源-第二個工程化量子芯片實驗室。（如中科大100較少。三、量子計算應(yīng)用場景獨特優(yōu)勢。集中在以下類型的計算問題上：模擬具有巨大潛力。優(yōu)化和投資組合風(fēng)險管理。機器學(xué)習(xí)發(fā)展（例如用于自動駕駛汽車）以及防止欺詐和洗錢。密碼：打破傳統(tǒng)加密和支持更強的加密標準。從行業(yè)上來說，量子計算的潛在應(yīng)用主要包括供應(yīng)鏈、金融、交通、物流、制藥、化工、汽車、航空、能源、氣象等領(lǐng)域。藥品研發(fā)和開發(fā)新型材料。金融方面具有潛在優(yōu)勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球已有超過25家國際大型銀行及金融機構(gòu)與量子計算企業(yè)開展合作研究。供應(yīng)鏈、交通（包括飛機、火車、汽車等）線路和物流，從而降低成本。航空方式。能源和累積——要的清潔能源。2021年2月，英國BP公司與IBMQuantum展開合作，探索提高能源利用效率和減少碳排放。1汽車：近年來各大汽車廠商加快推進電動化戰(zhàn)略。推進電動化戰(zhàn)略過程中，量子計算將發(fā)揮其在化學(xué)模擬的優(yōu)勢，多家汽車廠商正致力于利用量子計算技術(shù)來研發(fā)性能更好的電池。1https://\h/en/global/corporate/news-and-insights/press-releases/bp-joins-the-ibm-quantum-network-to-advance-use-of-quantum-computing-in-energy.html氣象2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE15揚帆遠航PAGE16揚帆遠航PAGE16實現(xiàn)量子計算的物理平臺需要有編碼量子比特的物理聲環(huán)境影響有一定的抵抗力。2021年，超導(dǎo)體系發(fā)實展迅速，量子比特的規(guī)模不斷刷新，而離子阱、光量子、硅自旋、中性原子等技術(shù)路線同樣發(fā)展強勁，其他技術(shù)路線如金剛石NV色心也取得了一定的進展。的基石沒有收斂。除了基于門的量子計算機，近年來出現(xiàn)的相干伊辛機NTT通過CIM10萬2021年量子退火先驅(qū)D-Wave表2量子計算各技術(shù)路線成熟度評價體系注：評分采用5分制，1為最差，5為最優(yōu)，○代表1分，●代表5分。綠色箭頭表示商業(yè)化發(fā)展情況較其他路線較好，黃色和紅色依次次之。資料來源：ICV2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE17揚帆遠航PAGE18揚帆遠航PAGE18一、超導(dǎo)——最受關(guān)注超導(dǎo)量子計算是目前國際上發(fā)展相對迅速的一種固態(tài)量子計算的實現(xiàn)方法。2021年，中國在超導(dǎo)量子研究中取得重要進展。2021年1月，南方科技大特量子門方案。在實驗中實現(xiàn)了快速（30ns）高保真度（0.995）的兩比特量子222562比特可編程超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之號66比特可編程超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之二號”，實現(xiàn)對56量子比特20層循環(huán)“量子隨機電路采樣”任務(wù)的快速求解。在計算復(fù)雜度上，比谷歌的“懸鈴木”量子計算機高出349“夸父”62/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.2405033/content/early/2021/05/05/science.abg78124/abs/2106.1473458叉信息研究院段路明研究組利用可調(diào)耦合的多量子比特系統(tǒng)首次實驗研究了環(huán)境比特對于交叉共振邏輯門（Cross-resonance,CR）的影響并提出了在大規(guī)模超真度的解決方案。610月，潘建偉團隊又實現(xiàn)了60量子比特24層循環(huán)量子隨機電路采樣，計算復(fù)雜度比“懸鈴木”高出6個數(shù)量級。710月，潘建偉團隊使用變plasonium810912月，浙江大學(xué)發(fā)布了“莫干1號”“天目1號”面向通用量子計算，采用較易擴展的近鄰連通架構(gòu)，芯片集成36個具備更長比特壽命的超導(dǎo)量子比特（退相干時間約50微秒），實現(xiàn)高保真度的通用量子門（受控相位門，精度優(yōu)于98%）。10國際方面，2021年4月，美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）的物理學(xué)家可擴展性。112021年9月，日本情報通信研究機構(gòu)（NICT）開發(fā)出了一種全氮結(jié)構(gòu)所需的溫度高15度。122021年11月，哥倫比亞大學(xué)工程學(xué)院JamesHone教授的實驗室展示了一種由2D5/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.16.0240636/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.0605057/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.1805018/abs/2109.009949https://\h/articles/s41467-021-26205-y10/s/xPK7UnmVvy5TyDhk8UB2SA11https://\h/articles/s41586-021-03268-x12https://\h/articles/s43246-021-00204-4方法生產(chǎn)的芯片小1000倍。1311月，IBM發(fā)布目前最高量子比特數(shù)的超導(dǎo)量子計算芯片——127量子比特處理器Eagle。142021年12月，RigettiComputing推80Aspen-M40量子比特處理器的新Aspen系統(tǒng)也同時發(fā)布。1512月，芬蘭國家技術(shù)研究中心（VTT）和IQM公司推出該國首臺5比特超導(dǎo)量子計算機Micronova。16取得進展的同時，2021年的幾項研究表明，超導(dǎo)量子計算機存在一些我們之前沒有發(fā)現(xiàn)的障礙。2021年6月，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校提出，宇宙射線可能是導(dǎo)致超導(dǎo)量子比特出錯的原因之一。172021年12月，谷歌在其量子處理182021年819表示他們正在努力克服這些障礙。13/doi/10.1021/acs.nanolett.1c0416014/blog/127-qubit-quantum-processor-eagle15https://\h/news-release/2021/12/15/2352647/0/en/Rigetti-Computing-Announces-Next-Generation-40Q-and-80Q-Quantum-Systems.html16https://\hwww.aalto.fi/en/services/about-micronova17https://\h/articles/s41586-021-03557-518https://\h/articles/s41567-021-01432-819/abs/2108.10385表32021年全球超導(dǎo)量子計算重要進展資料來源：ICV二、離子阱——量子體積遙遙領(lǐng)先制帶電粒子運動，并利用受限離子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)組成的兩個能級作為量子比解決的主要問題。量子計算最有希望的系統(tǒng)之一。2021年離子阱量子計算機實現(xiàn)了新的里程碑。2021年1月，清華大學(xué)交叉信息院金奇奐研究組在離子阱系統(tǒng)中首次將單量子比特相干時間提升至1小時以上，即5500秒。202021年6月，因斯布魯克大學(xué)實驗物理系的研究人員成功演示了緊湊型離子阱量子計算機。212021年8月，離子阱量子計算公司IonQ首次推出可重構(gòu)多核量子架構(gòu)222021年9特的微運動控制。232021年9月，由美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）領(lǐng)導(dǎo)[0.9964,0.9987]年10月，清華大學(xué)交叉信息研究院段路明研究組在離子阱量子信息處理領(lǐng)域取得重要進展，通過對優(yōu)化選擇的少量離子進行激光冷為多離子比特量子計算準備了技術(shù)基礎(chǔ)。252021年10月，馬里蘭大學(xué)聯(lián)合量子研究所(JQI)研究員ChristopherMonroe及其團隊首次在實驗中通過多個錯誤率更高的物理量子比特實現(xiàn)了一個錯誤率更低的邏輯量子比特。他們使用BaconShor-13編碼的9個數(shù)據(jù)量子比特和4個輔助量子比特實現(xiàn)了一個邏輯量子262021年12（現(xiàn)為Quantinuum）首次實時檢測和糾正[[7,1,3]]（color10個物理量子比特，對單個邏輯量子比特進行編碼、控制和反復(fù)糾20https://\h/articles/s41467-020-20330-w21/prxquantum/pdf/10.1103/PRXQuantum.2.02034322/news/august-25-2021-reconfigurable-multicore-quantum-architecture23/doi/10.1063/5.006250824https://\h/articles/s41586-021-03809-4#MOESM125/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.14320126https://\h/articles/s41586-021-03928-y錯。272021年最后一天，Quantinuum再次帶來驚喜，宣布他們的霍尼韋爾H1-2量子計算系統(tǒng)測得2048量子體積，是所有技術(shù)路線中的最高數(shù)值。表42021年離子阱量子計算重要進展資料來源：ICV三、光量子——商業(yè)化元年開啟（高時鐘頻率27/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.11.0410582021年光量子相關(guān)研究成果豐碩，堪稱光量子計算機商業(yè)化元年。2021年12820212年3月，加拿大光量子計算公司Xanadu推出X8光量子處理器。這是一款可編302021年5極端光學(xué)創(chuàng)新研究團隊與合作者研制出可惠勒延遲選擇測量裝置的多路徑馬赫-350多個光子元器件和近100312021年7322021年7次在實驗中實現(xiàn)了“快速到達”332021年8學(xué)電氣和計算機工程系助理教授XuYi領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊用基于光學(xué)微諧振器的頻率梳在一個硬幣大小的芯片上成功實現(xiàn)了4028https://\h/science/article/abs/pii/S0030401820311111?via%3Dihub29該研究成果的論文《mplementinggraph-theoreticquantumalgorithmsonasiliconphotonicquantumwalkprocessor》發(fā)表于ScienceAdvances期刊。30/news/2021-03-xanadu-programmable-photonic-quantum-chip.html31相關(guān)研究成果《基于大規(guī)模集成光量子芯片的多路徑普適化波粒二象性研究》發(fā)表于《自然·通訊》。32相關(guān)研究成果《Deterministicmulti-modegatesonascalablephotonicquantumcomputingplatform》發(fā)表在期刊《NaturePhysics》。33相關(guān)研究成果《Experimentalquantumfasthittingonhexagonalgraphs》發(fā)表在《自然·光子學(xué)》成光學(xué)平臺實現(xiàn)的最大模式數(shù)。342021年10月，中國科大潘建偉、陸朝陽等在量子計算原型機“九章”基礎(chǔ)上成功研制出“九章二號”。新的原型機從之前的76個光子增加到了113個光子，處理特定問題的速度比超級計算機快億億億倍。352021年12ORCAComputing實現(xiàn)了一種被稱為“變分玻色求解器”36表52021年光量子計算重要進展資料來源：ICV四、中性原子——美國領(lǐng)先34https://\h/articles/s41467-021-25054-z35/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.18050236/pdf/2112.09766.pdf原子陣列，然后將原子基態(tài)超精細能級的兩個磁子能級編碼為一個量子比特的0態(tài)和1的熒光并傳輸?shù)诫娮颖对鲂拖鄼C（EMCCD）最少的原子陣列構(gòu)型，執(zhí)行一系列高保真的單比特門和兩比特受控非門。20212021年7ColdQuanta基于冷原子技術(shù)推出100+量子比特處理器Hilbert，在冷原子技術(shù)中使用了排列在二維11×11372021年7tomComputng推出其第一代量子計算系統(tǒng)Phonix100（一個量子比特），具有較強的穩(wěn)定性。382021年7月，哈佛-麻省理工學(xué)院超冷256奇異物質(zhì)量子態(tài)，并進行了精確的量子相變研究。39表62021年中性原子量子計算重要進展資料來源：ICV37/coldquanta-capabilities/coldquantas-quantum-computer38https://\h/atom-computing-unveils-phoenix-quantum-computing/39https://\h/articles/s41586-021-03582-4五、半導(dǎo)體量子點/硅自旋——值得期待（quntumdot半導(dǎo)體量子計算是當(dāng)前國際上熱門、主流的研究方向。2021年4月，本源402021年5412021年5/愛爾蘭的硅基量子計算公司Equal1Laboratories通過商用硅工藝將量子比特與所有支持控制和讀出的電子器件集成在同一集成電路上。422021年6(RIKEN)的一個研究小組將可糾纏的硅基自旋量子比特數(shù)量從2個增加到3個，產(chǎn)生的三量子比特態(tài)的保真度高達并且處于一種可用于糾錯的糾纏態(tài)。432021年10月，哥本哈根大學(xué)Assoc研究44今年140/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.15.04404241/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.15.04404542https://\h/fullyintegratedquantumprocessor/43https://\h/articles/s41565-021-00925-044/innovative-chip-resolves-quantum-headache-paves-road-to-supercomputer-of-the-future/自旋量子比特的超快操控，這也是目前為止國際上已報道的最高值。45表72021年半導(dǎo)體量子點/硅自旋量子計算重要進展資料來源：ICV六、拓撲量子計算——仍有不確定雖然微軟主動撤回了關(guān)于發(fā)現(xiàn)馬約拉納費米子的論文，但2021年拓撲量子計算仍有一定成果。2021開年之初，紐約州立大學(xué)LiQiang教授發(fā)現(xiàn)了實現(xiàn)拓2021年中國在該方案的探索和實施中也取得了一系列45https://\h/articles/s41467-021-27880-7用分子束外延技術(shù)制備出高質(zhì)量純相InAsInSbInAsSb基礎(chǔ)上實現(xiàn)超導(dǎo)體在納米線上的低溫原位外延生長，異質(zhì)結(jié)界面達到原子級平整。清華大學(xué)何珂-薛其坤課題組利用選區(qū)外延生長方法制備出新的半導(dǎo)體納米（TU的Kouwenhoven等在量子器件“約拉納島”中繪制出完整的電子奇偶性（宇稱）相圖，并給出庫倫振蕩幅值和峰“馬約拉納態(tài)-德烈夫態(tài)”的競爭與爭論。46表82021年拓撲量子計算重要進展資料來源：ICV46/s/LnWxMMx_qvoPZ6kmijVw_g七、金剛NV色心——擴展難度大金剛石NVNV色心特別是單個NV于量子計算機，存在擴展難的問題。2021年4月，量子計算初創(chuàng)公司QuantumBrilliance開發(fā)了一臺基于金剛石NV色心的緊湊型量子計算機，包含5個量子比特，并計劃在5年內(nèi)推出50個量子比特的量子計算機。47八、量子退火機——進展不大7（Quantum（Isingmodel）來說，2021年量子退火技術(shù)進展不大。值得一提的是，2021年量子退火先驅(qū)D-Wave九、相干伊辛機——繼續(xù)觀察47/nitrogen-vacancy-diamond-quantum-computer-accelerator-qubits-server-rack低能量方向，就可以從它們的最終狀態(tài)推斷出解。CIM利用耦合DOPO脈沖進行計算，通過測量脈沖的最終相位，嘗試尋找最佳解決方案。CIM使用的光脈沖可以來回穿梭，使得任何兩個脈沖都可以直接相互作高、可控性好。目前，包括NTT、NII、NASA、斯坦福、加州理工、馬里蘭、東京大學(xué)等研究院所和院校，以及中國的玻色量子科技公司，都在從事CIM方向的研發(fā)工2021年9NTT100,512自旋量子比特的CIM10CIM48國內(nèi)的CIM2020年底成立，據(jù)該公司透露，已完成光量子實驗室的搭建，正在研發(fā)1000+CIM量子AI協(xié)處理器工程樣機，以及相應(yīng)的加速算法。48https://\h/doi/10.1126/sciadv.abh09522022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告31揚帆遠航32揚帆遠航32第三章本報告重點研究超導(dǎo)或半導(dǎo)體量子計算機必不可少的低溫設(shè)備（以mK級稀釋制冷機為主和半導(dǎo)體量子計算機極為重要的量子測量和控制系本統(tǒng)（簡稱“測控系統(tǒng)”）；同軸電纜是連接處于低溫的量子芯片和處于室溫的測控系統(tǒng)之間的橋梁；影響；或操縱量子比特；都有應(yīng)用。稀釋制冷機市場主要由Bluefors在2021率先實現(xiàn)10mK以下極低溫環(huán)境。原子通過激光就能實現(xiàn)量子比特的控制和測量。隨著量子比特數(shù)增加，2021年量子測控系統(tǒng)的主要廠商都推出了能夠滿足60-100量子比特測控的系統(tǒng)。甚至公司基本處于同一起跑線。領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。一、低溫設(shè)備量子計算機所需低溫設(shè)備以稀釋制冷機為主，此外還包括其他低溫恒溫器。稀釋制冷機為量子計算機的正常運行提供必要的極低溫環(huán)境，是量子計算研究中極其重要的關(guān)鍵部分?；诔瑢?dǎo)或半導(dǎo)體的量子計算芯片需要在極低溫環(huán)境下（20mk）工作。?。≒QPU及其配套的低溫線纜和低溫電子器件。2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE33揚帆遠航PAGE34揚帆遠航PAGE34稀釋制冷技術(shù)于19501960-3和氦-4的混合液體在0.8K左右發(fā)生的相分離現(xiàn)象。相分離之后，氦-3和氦-4混合液發(fā)生分層，上層是密度較低的以氦-3-3溶于氦-3液體的氦-3稀釋相。通過設(shè)計氣體循環(huán)回路讓氦-3循環(huán)流動，在低溫時氦-3原子從氦-3濃相穿越相分離界面達到氦-3-3圖2稀釋制冷機內(nèi)部結(jié)構(gòu)來源：牛津儀器mK4K-3氦-4混合液流經(jīng)4K-4蒸發(fā)制冷以及焦耳-湯姆遜效應(yīng)將氦-3氦-4徹底液化，達到1K左右的低溫。在此基礎(chǔ)上利用氦-3稀釋制冷原理實現(xiàn)mK量級極低溫。國內(nèi)外量子計算的爆發(fā)使得以Bluefors為代表的稀釋制冷機公司一躍成為高科技領(lǐng)域的“新貴”。目前國際上主流的稀釋制冷機供應(yīng)商包括芬蘭的Bluefors公司、英國的牛津儀器公司、美國的JanisULT公司和荷蘭的LeidenCryogenics公司等。Bluefors2021年Bluefors85Bluefors冷機有SD、LD、XLD、LH四個系列。其中LD系列是Bluefors最暢銷的一款LD250和LD400。2021年11宣布推出一個新的低溫平臺KIDE三向量子計算集群。目前該低溫平臺仍在研發(fā)中，但IBM已經(jīng)宣布在即將推出IBMQuantumSystem2系列機器中使用該平臺。2021年除了繼續(xù)達成與IBM9計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟BusinessQ，支持企業(yè)采用和開發(fā)量子技術(shù)和解決方案。49與Bluefors儀器的稀釋制冷機越來越受到量子計算研發(fā)團隊的青睞，特別是在2020年推出Proteox之后。冷機，包括模塊化稀釋制冷機ProteoxMX（＜10mK）、多比特數(shù)量子計算專用無液氦稀釋制冷機ProteoxLX（＜7mK）以及5mK基礎(chǔ)溫度的極端低溫制冷機Proteox5mK。牛津儀器Proteox以在不升溫整個制冷機的情況下，單獨更換量子比特芯片。傳統(tǒng)稀釋制冷機整體熱機再整體降溫需要約2-3天時間，Proteox搭配底部裝樣的設(shè)計將整個芯片更換和重新降溫時間縮短到僅3.5量子比特芯片篩選的效率。49https://\h/en/search?s=businessQ&type=all&size=12圖3牛津儀器Proteox無液氦稀釋制冷機來源：牛津儀器此外，Proteox系列稀釋制冷機引入了側(cè)面裝載二級插件的模塊化設(shè)計，并相互配合的規(guī)?；\行思路。機來做初級線纜測試的尷尬情況。目前，牛津儀器的產(chǎn)品已經(jīng)進入主流量子計算硬件制造商。2021年，牛津儀器與Rigetti合作建成英國首臺用于商業(yè)的量子計算機。50Rigetti的量子處理器將放置在牛津儀器的多量子比特專用ProteoxLX稀釋制冷機之中。2021年1月，牛津儀器宣布與牛津量子電路公司建立合作關(guān)系并交付Proteox稀釋制冷機用于加速商業(yè)化量子計算進程研究。51作為Proteox第一家公司用戶，OQC將利用Proteox的高密度布線二級插件來擴大其量子計算機的三維架構(gòu)規(guī)模，同時也為將來利用量子計算機提供量子測量服務(wù)做準備。2021年，牛津儀器與英國格拉斯哥大學(xué)達成合作52，并邀請到該大學(xué)JamesWatt工程學(xué)院的MartinWeides教授兼任牛津儀器納米科學(xué)部顧問技術(shù)總監(jiān)職位。Weides教授同時也是牛津儀器Proteox產(chǎn)品的用戶之一。在國內(nèi)，2021年，北京量子信息科學(xué)研究院通過連續(xù)4次招標購入了5臺牛津儀器的稀釋制冷機。除了國外廠商，2021年中國的國產(chǎn)稀釋制冷機也取得了重大突破。2021年610mK極低溫環(huán)境，實現(xiàn)10.9mK的長時間穩(wěn)定連續(xù)運行，單沖程模式可達8.7mK。53其他低溫設(shè)備。2021年10月，美國光學(xué)恒溫器制造商MontanaInstrumentsCryoAdvance數(shù)量，提高了后續(xù)功能模塊的兼容性。50https://\h/news/accelerating-uk-quantum-computing-with-rigetti/?sbms=nanoscience51https://\h/news/oxford-instruments-nanoscience-delivers-first-proteox-globally-to-oxford-quantum-circuits/?sbms=nanoscience52https://\h/University-of-Glasgow-Partners-with-OI-NS?sbms=nanoscience53\h/xwzx/snxw/202106/t20210625_6117203.html二、測控系統(tǒng)（系統(tǒng)是需要對多比特同時操控，因為僅一個比特至少就需要3個或3個以上的DAC輸出通道，在ADC做讀取的同時至少還需要2個DAC輸出通道。當(dāng)比特數(shù)目用于量子計算機的測控系統(tǒng)。表9量子測控系統(tǒng)發(fā)展歷程區(qū)域年份產(chǎn)品公司最大可控制量子比特數(shù)適用技術(shù)研究成果/用戶國外2016量子控制軟件LabOne蘇黎世儀器-超導(dǎo)自旋量子近似優(yōu)化算法的成功概率隨著電路深度的增加而提高(Phys.Rev.Applied復(fù)量子錯誤檢測(NaturePhysics比特門(PRL)等2018量子計算控制系統(tǒng)(QCCS)蘇黎世儀器-超導(dǎo)自旋2018量子計算測試解決方案是德科技-超導(dǎo)舍布魯克大學(xué)、代爾夫特理工大學(xué)、NordQuantique、SBQuantum、Seeqc、南京大學(xué)、蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所、阿里巴巴2019Optimus量子測控軟件谷歌53+（含coupler結(jié)構(gòu)）超導(dǎo)使用可編程超導(dǎo)處理器的量子計算優(yōu)越性(Nature)2021SHFQA量子分析儀蘇黎世儀器64超導(dǎo)自旋在歐洲、美國、日本、中國上市2021的量子測是德科技-超導(dǎo)尚未推出市場試系統(tǒng)2021ClusterQblox20超導(dǎo)自旋通過重復(fù)奇偶測量保護量子糾纏不受量子比特錯誤和泄漏的影響(ScienceAdvances)國內(nèi)2018量子測控一體機QuantumAIO本源量子8超導(dǎo)自旋本源量子自用，同時對外銷售2018系統(tǒng)(CRS)國儀量子-實現(xiàn)部分功能德國美因茨大學(xué)2020ez-QEngine國盾量子24超導(dǎo)12(Science20高精度量子相干調(diào)控(PRL)等2020量子測控一體機QuantumAIO2本源量子32超導(dǎo)自旋QuantifytheNon-MarkovianProcesswithInterveningProjectionsinaSuperconductingProcessor(arXiv)202121版ez-QEngine國盾量子66+（含coupler結(jié)構(gòu)）超導(dǎo)62沖之號(Science66祖沖之二號來源：ICV2016年，瑞士蘇黎世儀器公司開始量子測控技術(shù)的研究，隨后推出了量子測控軟件——LabOne。2018年，蘇黎世儀器推出首個商業(yè)量子計算控制系統(tǒng)2019年開發(fā)了名為Optimus的在國內(nèi)，2017年成立的成都中微達信科技是最早開始研制超導(dǎo)量子計算機70%科技大學(xué)等提供量子計算測控系統(tǒng)設(shè)備及解決方案。中微達信于2018年在國際上首次推出基于二次變頻體制的系統(tǒng)架構(gòu)，具備uV以下信號底噪等核心指標優(yōu)于國外先進產(chǎn)品；支持上千通道的可擴展皮秒級同步精度的低噪聲任意波形產(chǎn)生；信號同步精度高達1ps高穩(wěn)定、高集成度微波信號產(chǎn)生。1002022年實現(xiàn)1000計算測控全線覆蓋能力。低溫測控技術(shù)下，預(yù)計3年內(nèi)研制出1000比特級低溫量子測控芯片。根據(jù)IBM、本源量子等國內(nèi)外主要量子計算參與者發(fā)布的量子20231000能力。圖4量子計算測控系統(tǒng)發(fā)展趨勢來源：中微達信本源量子公司在2018年推出了第一臺商用量子測控一體機OriginQuantum4012-168202021620032Python圖5量子測控一體機OriginQuantumAIO來源：本源量子量子科技公司國盾量子。國盾量子依靠多年來從事量子信息產(chǎn)品的研發(fā)和服務(wù)積累的技術(shù)優(yōu)勢，于2020年4月前瞻布局量子計算，正式成立國盾量子計算調(diào)控技術(shù)部。針對多比特超導(dǎo)量子計算需求，國盾量子聯(lián)合中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在2020年推出ez-Q?Engine超導(dǎo)量子計算操控系統(tǒng)。整體價格僅為國外商用儀器的1/3-1/2。該產(chǎn)品已經(jīng)提供給中科院物理所、南方科技大學(xué)等團隊使用。在此基礎(chǔ)上，于2021年3100量子計算研究團隊軟件進行商業(yè)化改進，讓其更穩(wěn)定、更易用。圖6ez-QEngine超導(dǎo)量子計算操控系統(tǒng)來源：國盾量子此外，荷蘭初創(chuàng)公司Qblox在2021年的美國物理學(xué)會（APS）年會上推出并演示其新一代量子控制堆棧，提供從超長直流到18.5GHz的所有輸入和輸出信號。它封裝在一個名為Cluster的19英寸機柜中，能夠控制和讀取20個量子比特。除了目前普遍使用的室溫量子測控系統(tǒng)外，英特爾還在2019年推出了量子比特低溫控制芯片HorseHorseRidge通過將量子計算機操作的關(guān)鍵控制功能引入低溫制冷設(shè)備——為了盡可能地接近量子比特本身——簡化量子系統(tǒng)控制布線的復(fù)雜性。英特爾和QuTech在2021年的研究表明，他們的基于CMOS的低溫控制器件在與室溫電子器件相同的保真度水平（99.7%）下實現(xiàn)了對2量子比特處理器的相干控制。542021年，商業(yè)量子測控系統(tǒng)還有其他進展。是德科技實現(xiàn)了量子測控系統(tǒng)552021年3SHFQA量子分析儀，單臺測控系統(tǒng)最多讀取64個量子比特。562021年7月，澳大利亞公司ArcherMaterials宣布開發(fā)了一種量子比特控制芯片，Archer首次記錄了連cw-ESR信號特征與室溫測量獲得的信號非常一致。577BlueforsLD25054https://\h/articles/s41586-021-03469-455https://\h/cn/zh/assets/7121-1069/article-reprints/The-Bluefors-Dilution-Refrigerator-as-an-Integrated-Quantum-Measurement-System.pdf56\h/shfqa57/2021/07/12/archer-reports-first-indication-of-on-chip-qubit-control/來源：是德科技在學(xué)術(shù)界，量子比特控制技術(shù)也取得了重大突破。2021年8月，澳大利亞40058微軟也2021年1140倍的單芯片，研究表明，“只需兩根傳輸信息的線纜作為輸入，即可產(chǎn)生數(shù)千個量子比特的控制信號?！?92021年12月，華中科技VTT（芬蘭國家技術(shù)研究中心研究人員開發(fā)出一種片上器件，可以產(chǎn)生控制量子計算機所需的高質(zhì)量微波信58https://\h/doi/10.1126/sciadv.abg915859https://\h/articles/s41928-020-00528-y60https://\h/articles/s41928-021-00680-z圖8芯片上方產(chǎn)生的磁場可以控制百萬級量子比特來源：新南威爾士大學(xué)三、同軸電纜Coax公司是同軸電纜的主要制造商，創(chuàng)立于1974年，提供低溫半剛性電纜（Semi-rigidcoaxialcables）。該電纜由中心和外部導(dǎo)體上的低導(dǎo)熱金屬材料組成，低導(dǎo)熱率的金屬材料可最大程度地降低外界的低溫影響。61另一家供應(yīng)商是2016年成立的荷蘭（DelftCri/oFlex?系列產(chǎn)品DARPA在2021年8月發(fā)布高密度連接器低溫電纜項目的招標，要求工業(yè)界確定開發(fā)高61\hhttp://www.coax.co.jp/en/semi/cryogenic62/applications/quantum-computation/有高密度、低衰減、低串?dāng)_和低熱負荷。63圖9低溫同軸電纜示意圖來源：荷蘭代爾夫特公司官網(wǎng)四、低溫組件低溫量子芯片和室溫測控系統(tǒng)之間的交互是超導(dǎo)量子計算機面臨的一個嚴（波器和放大器）。63https://\h/computers/article/14208427/cryogenic-cables-quantum-computing（在所需頻率范圍內(nèi)的信號信號。低溫放大器的主要廠商有美國的AmpliTech、B&ZTechnology、L3HarrisNarda-MITEQ和QuinStarTechnologyInc，英國的AtlanticMicrowave，瑞典的LowNoiseNanowaveTechnologies低溫衰減器的主要廠商有美國的APITechnologies、XMACorporation和QuantumMicrowave，日本的KEYCOMCorporation。2021年2月，中國的本源量子宣布推出了可用于10mK溫度環(huán)境的極低溫系列衰減器。圖10本源量子極低溫系列衰減器來源：本源量子低溫高通濾波器的主要廠商有美國的QuantumMicrowave括環(huán)形器、功分器、濾波器、Bias-Tee、低噪聲放大器等產(chǎn)品。五、超高真空（UHV）腔半導(dǎo)體量子比特也需要這樣的環(huán)境。例如，霍尼韋爾、IonQ的離子阱量子芯片1961年加拿大公司JohnsenInc.（JUV）是全球超高真空產(chǎn)品的頂級供應(yīng)商。JUV公司用戶遍及北美、歐洲北京維意真空、Htc日揚真空、巴托真空科技（蘇州）有限公司等。JUV技術(shù)和性能要求的真空腔。真空性能達到10-11托范圍。目前的超高真空腔基本能夠滿足離子阱等體系量子計算機的需求。2021年3月，美國國家標準與技術(shù)10-7帕或10-9CAVS的工作原理是將保守陷阱與環(huán)境室溫原子和分子碰撞導(dǎo)致的超冷1μK鋰原子損失與背景壓力聯(lián)系起來。該項目從理論上確定鋰原子與相關(guān)背景原子和分子碰撞的彈性率系數(shù)及其溫度依賴性。6464https://\h/programs-projects/cold-atom-based-sensor-measuring-pressure-ultra-high-vacuum-domain圖11霍尼韋爾離子阱量子計算機使用的真空腔來源：霍尼韋爾六、激光器激光和傳統(tǒng)光源的重要區(qū)別在于光束的“相干性”和中性原子等量子計算體系都需要激光器。1990IPG步替代海外主要激光器廠商的產(chǎn)品，公司整體銷售維持增長態(tài)勢。2021年12月10100kW短短612100kW超高功率工業(yè)光纖激光器來源：銳科激光七、單光子源和光量子計算。自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）應(yīng)用越來越廣泛。2013年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等在國際上首創(chuàng)65/info/1025/43700.htm量子點脈沖共振激發(fā)技術(shù)；2016年，該團隊實現(xiàn)了當(dāng)時國際上綜合性能最優(yōu)的單光子源；2019年提出相干雙色激發(fā)和橢圓微腔耦合理論方案，在實驗上同時型機“九章”成功實現(xiàn)了“量子計算優(yōu)越性”。（OPDC）年12月，日本NTT公司、東京大學(xué)、RIEKN合八、單光子探測器很高的效率。目前量子信息技術(shù)中主要使用單光子雪崩二極管（SPAD）（SNSPD）（EMCCD）探測器等和中性原子量子計算機中有廣泛應(yīng)用。66/doi/full/10.1063/5.0063118單光子雪崩二極管（SPAD）（APD，光子計數(shù)器，SPAD或單光子探測器）是傳統(tǒng)的單光子探測器，基于這種技術(shù)，2021年9月，國盾量子推出首款緊湊型、高性能近紅外自由運行單光子探測器系列產(chǎn)品——QCD600，具有高探測效率、低暗計數(shù)、緊湊穩(wěn)定的特點。67這種類型的單光子IDQ試產(chǎn)樣機已應(yīng)用于某大氣檢測雷達產(chǎn)品內(nèi)。13QCD600來源：國盾量子與SPAD相比，目前快速發(fā)展的超導(dǎo)納米線單光子探測器（SNSPD）具有更高的探測效率，但需要在0.8k–3k的低溫下運行。2021年5月，中國科學(xué)院67\h/product/hexinzujian/671.html理化技術(shù)研究所梁驚濤團隊與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星團隊合作，在面向空間應(yīng)用的SNSPD效率93%尤立星團隊。目前，尤立星團隊創(chuàng)立的賦同量子科技（浙江有限公司已將SNSPD產(chǎn)品80+光纖耦合SNSPDSNSPD和多像素SNSPD陣列。技術(shù)能力達到國際一流水平。還有一類單光子探測器是電子倍增電荷耦合器件（EMCCD）熒光，與在離子阱中的應(yīng)用差異不大。以鈣離子阱量子計算機為例，由于所有離子始終處于多普勒激光（397nm）冷卻照射中，不同狀態(tài)的離子會對397nm的光有不同的反應(yīng)，處于基態(tài)的離子會發(fā)出熒光，處于激發(fā)態(tài)的卻不會，如圖14（左）。如果是多量子系統(tǒng)，可以將其解釋為一個二進制串，其中發(fā)光的離子為1，暗離子為0。通過高靈敏度的相機收集和測量這種光線，即得到計算的結(jié)果，如圖14（右）。68相關(guān)研究成果以《系統(tǒng)探測效率達到93%的基于可空間應(yīng)用制冷機的超導(dǎo)單光子探測器》為題，發(fā)表在期刊SuperconductorScienceandTechnology上。圖14單光子探測器在離子阱中的應(yīng)用來源：牛津儀器離子阱封裝到高真空腔內(nèi)部，通過腔外的高靈敏度CCD相機可以觀察離子的發(fā)光情況。電荷耦合器件（Charge-coupledDevice,CCD）是70年代初期一種CCD2000年牛津儀器集團旗下Andor推出世界上第一款EMCCD相機。相對于普通CCD，EMCCD引入片上增益（on-chipgain），所以可以將信號和暗噪聲放大G倍，但是不影（讀出噪聲只跟讀出速度有關(guān)噪聲小于1，而常規(guī)CCD高幀率模式下，讀出噪聲可高達100多電子，因此通過這種方法，EMCCD可以獲得高速單光子檢測能力。清華大學(xué)交叉信息研究院量子信息中心實驗室正在開展科技部離子阱量子計算重點專項的研究工作，其目標是構(gòu)建擁有5到10個量子比特的量子計算機ANDOR的iXon系列EMCCD作為離子阱計算機的主要探測器。目前中國開展張翔課題組、清華大學(xué)金奇奐課題組、山西大學(xué)申恒課題組等。圖15EMCCD芯片結(jié)構(gòu)圖來源：牛津儀器目前最先進的EMCCD相機之一是牛津儀器Andor的iXonUltraBB1e-；實時的光電子數(shù)顯示，精確追溯真實的信號水平；內(nèi)置計算芯片，追溯光電子數(shù)；可實時拍攝，也可以拍攝后處理。6969/products/ixon-emccd-cameras圖16iXonUltra系列EMCCD相機來源：牛津儀器除了牛津儀器Andor，PhotonicsIndustries、德州儀器、QImaging、日本濱松光子、Photometrics、德國PCO等公司也在銷售EMCCD。EMCCD（SNSPD）2021年1開發(fā)了一種帶有SNSPD70https://\h/news-events/news/2021/01/spotlight-new-ion-trap-single-photon-detector2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE57揚帆遠航PAGE58揚帆遠航PAGE58第四章云平臺、軟件、算法——應(yīng)用至上硬件發(fā)展是量子計算應(yīng)用的基礎(chǔ)，但要解決實際問題，離不開云平臺、軟件和算法的發(fā)展。硬截至2021年，全球已有約20個科研機構(gòu)發(fā)布量子計算云平Strangeworks2021年首次發(fā)IBM2021年主要以升級云平更多的功能為主。研發(fā)試錯成本。公司展開新材料、新分子等模擬實驗。一、云平臺進展計算的商業(yè)化進程，以更低的成本和更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)滿足用戶的更多需求。自2016年IBM推出商業(yè)化量子計算云平臺以來，至今已有超過32.5萬名注冊用戶，開源Qiskit65萬次，每天在IBMQuantum20IBMQuantum發(fā)表了70020家公司/的服務(wù)滿足用戶的更多需求。2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE2022年量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告PAGE59揚帆遠航PAGE60揚帆遠航PAGE60表10全球量子計算云平臺發(fā)展歷程注1：IBM云平臺上線的24個量子系統(tǒng)中只有7個系統(tǒng)向中國用戶提供，最高比特數(shù)5；IBM的127量子比特芯片還未上線。注2：Rigetti的40和80量子比特處理器正在內(nèi)測，還未上線。注3：量子退火機的量子比特數(shù)量不能與基于門的量子計算機相提并論。注4：AzureQuantum和Rigetti達成合作，將于今年第一季度接入后者的量子計算機。注5：StrangeworksQC是一個跨硬件、軟件兼容的量子開發(fā)環(huán)境，用戶可以通過平臺直接注冊使用IBMQuantum。ICV2021年，國內(nèi)外量子計算云平臺的最新進展如下。（一）國外量子計算云平臺1、IBM2021年3月，IBM宣布其量子云平臺由IBMQuantumComposer和IBMQuantumLab組成，它們?nèi)〈酥暗腎BMQuantumExperience。IBMQuantumComposer是一個圖形化的量子編程工具，允許用戶操作來構(gòu)建量子電路并在真實的量子硬件或模擬器上運行它們。而在QuantumLab中，用戶可以在JupyterNotebook環(huán)境中編寫結(jié)合Qiskit代碼、方程、可視化和敘述文本的腳本，并在真實量子硬件或模擬器上運行代碼，從任何地方存儲、訪問和管理文件。目前，IBM量子計算云平臺實行三個等級的訪問，最初級的訪問是OpenAdvance用戶；高級的訪問是PremiumAccess，通過訂閱優(yōu)先時間分配，可以使用IBM最先進的量子計算系統(tǒng)。AdvanceAccess和PremiumAccess需要申請?zhí)貏e用戶使用權(quán)限。2、微軟2021年2Quantum該系統(tǒng)可以訪問IonQ、霍尼韋爾、QuantumCircuitsInc.的量子計算機，還可以使用微軟、1QBit、東芝開發(fā)的優(yōu)化算法。2021年6Quantum回火（PT）和量子蒙特卡羅（QMC）基礎(chǔ)上，增加了另外兩種算法：次隨機蒙特卡羅（SSMC）和群體退火（PA）。2021年7月，微軟宣布AzureQuantum將增加四個新功能：1.量子PythonAzurePythonSDKAzureQuantum生態(tài)系統(tǒng)并與之交互；2.開發(fā)人員可以從JupyterNotebooks中免費訪問AzureQuantum；3.增加（預(yù)覽版運行。2021年12月，RigettiComputing宣布與微軟合作，通過云向微軟AzureQuantum服務(wù)的用戶提供Rigetti2022年第一季度完成系統(tǒng)將成為AzureQuantum上最大規(guī)模的量子計算機。3、谷歌2021年6onQ的11使用他們現(xiàn)有的帳戶通過谷歌云市場訪問IonQCirq完全集成。4、D-Wave2021年2月，新加坡宣布引進D-WaveLeap量子云服務(wù)，使新加坡的開發(fā)人員、研究人員和企業(yè)可以通過Leap實時訪問D-Wave的5000比特Advantage量子退火機、混合量子/經(jīng)典求解器和量子應(yīng)用環(huán)境。截至2021年8月，Leap量子云服務(wù)提供訪問的國家有38個，包括歐盟的全部27個成員國、日本、冰島、列支敦士登、挪威、瑞士、英國、美國、澳大利亞等，中國目前不在可訪問國家列表中。2021年12月，D-Wave在Q2B2021大會上發(fā)布新的量子加速包QuantumQuantumQuickStart旨在快速培訓(xùn)2021年12月，日本NEC公司成為D-WaveLeap量子云服務(wù)的第一家全球D-Wave快速擴展與運用。5、StrangeworksStrangeworks速學(xué)習(xí)、開發(fā)量子代碼的免費的量子計算生態(tài)系統(tǒng)，2021年2月正式上線。通過StrangeworksIBM等諸多量子計算公司合作，將臺的網(wǎng)站鏈接。當(dāng)前該平臺本身的量子計算后端僅有量子計算模擬器。20216宣布Strangeworks公司已將IBM的所有量子計算系統(tǒng)整StrangeworksStrangeworksQC直接和完全免費地訪問這些系統(tǒng)。202110月，Strangeworks推出后臺通行證（BackstagePass）成員將可以使用Strangeworks自己的內(nèi)部開發(fā)團隊及其量子企業(yè)聯(lián)盟成員提供的最新技術(shù)。2021年12月，ColdQuanta宣布，把即將推出的量子計算機Hilbert先提供給StrangeworksHilbert量子計算機共擁有121個冷原子，每個冷原子作為一個量子比特。（二）國內(nèi)量子計算云平臺1、本源量子2021年2月，由本源量子自主研發(fā)的工程化超導(dǎo)量子計算機本源悟源2號2號沿用了本源悟源1號的設(shè)計架構(gòu)，搭載本源第一代超導(dǎo)6比特量子處理器夸父KFC6-13092020年12量子計算應(yīng)用。年10“量子計算”12.0“量子計算全球開發(fā)者平臺”開發(fā)者，提供全面豐富的量子計算服務(wù)。圖17本源量子計算“五朵云”來源：本源量子2、量子創(chuàng)新研究院/國盾量子2021年4月，中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院（簡稱為“量子創(chuàng)新研究院和國盾量子等對網(wǎng)站頁面和功能進行了重新設(shè)計，超導(dǎo)量子計算原型機升級至1212通過標準的量子門指令集進行編程運行量子算法。實體量子計算物理機量子計算技術(shù)和前沿研究結(jié)果（量子計算知識普及信息系統(tǒng)。機器學(xué)習(xí)等應(yīng)用。18量子計算云平臺來源：量子創(chuàng)新研究院3、北京量子信息科學(xué)研究院2021年5月，北京量子院量子計算研究部第一代超導(dǎo)量子計算云平臺正式8投影測量結(jié)果；提供QASM代碼和實時的模擬結(jié)果，讓用戶能夠更直觀了解量子電路的預(yù)期運行結(jié)果。4、中國科學(xué)院物理研究所2021年5月，中國科學(xué)院物理研究所超導(dǎo)量子計算云平臺ScQ.Cloud正式上線，免費對公眾開放，用戶目前可以訪問10比特的量子處理器。ScQ.Cloud10個和30還提供一個基于名為QtVM34個量子比特的量子計算。量子匯編語言QASMScQ.CloudScQ.Cloud還將與公司合作，提供定制科研和教學(xué)服務(wù)。5、昆峰量子20216（QDAP）Alpha“云原生”目前僅供邀請客戶使用，體驗使用需申請后獲批即可。二、軟件進展（一）國外軟件開發(fā)企業(yè)1、IBM2021年3月，IBM發(fā)布了超導(dǎo)量子計算機開源電子設(shè)計自動化軟件QiskitMetal，這是第一個專門針對量子計算機的電子設(shè)計自動化（EDA）工具，旨在幫助量子計算領(lǐng)域的研究人員使用預(yù)構(gòu)建或定制的組件輕松地自主創(chuàng)新和設(shè)計超導(dǎo)量子設(shè)備。通過QiskitMetal組件庫，處理第一級布局只需幾分鐘。然后進較，并根據(jù)需要進行調(diào)整。19QiskitMetalIBM2、IQM20216IQM發(fā)布了用于自動化設(shè)計超導(dǎo)量子處理器的開源軟件工具KQCircuits——由芬蘭阿爾托大學(xué)和IQM利用KLayout設(shè)計程序聯(lián)合開發(fā)的Python庫。KQCircuits創(chuàng)建了一個由社區(qū)驅(qū)動昂的錯誤。3、MultiverseComputing2021年8月，總部位于西班牙和加拿大的金融量子算法公司MultiverseComputing推出第一款產(chǎn)品ExcelExcel表格——分析師開始優(yōu)化后，Singularity結(jié)果并以用戶友好的方式顯示20Singularity量子金融分析工具來源：MultiverseComputing4、Super.tech2021年8Super.tech宣布推出跨硬件的量子軟件平臺SuperstaQ，可將應(yīng)用程序連接到來自IBM、IonQ和Rigetti的量子計算機。SuperstaQ通過跨越整個系統(tǒng)堆棧的優(yōu)化來提高性能，直至模擬控制量子硬件技術(shù)的脈沖。SuperstaQ在整個量子堆棧中進行了優(yōu)化，使得典型量子程序的錯誤減少了2倍。SuperstaQ包括一個復(fù)雜的錯誤緩解技術(shù)庫，包括動態(tài)解耦、激發(fā)態(tài)提升SuperstaQ（native自動優(yōu)化SuperstaQQiskit-SuperstaQIBMQiskit生態(tài)系統(tǒng)Cirq-SuperstaQ或者superstaq.super.tech/api上的OpenAPI與SuperstaQ進行交互。5、aQuantum2021年10月，西班牙量子軟件公司aQuantum宣布第一個面向高質(zhì)量量子軟件的量子開發(fā)和應(yīng)用生命周期平臺QuantumPath?可以公開訪問。該平臺支持QuantumPath簡化量子算法和應(yīng)用程序集成到混合信息系統(tǒng)的開發(fā)。它由QPath?核心模塊和QPath?平臺應(yīng)用程序組成。QPath核心模塊是QuantumPath（QPath軟件工程和編程最佳實踐的采用。目標是開發(fā)高質(zhì)量的量子軟件。為此，QPath平臺應(yīng)用程序提供了一系列廣泛的應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序?qū)⒅鸩桨l(fā)布，并與QuantumPath系統(tǒng)的核心模塊集成。6、Quantinuum2021年10前劍橋量子lambeq（或JoachimLambek的名字命名。lambeq是世界上第一個QNLP計算研究人員、開發(fā)人員和用戶生態(tài)系統(tǒng)。lambeq采用模塊化設(shè)計，因此用戶可以在模型中交換組件，并在架構(gòu)設(shè)計上具有靈活性。圖21lambeq將句子轉(zhuǎn)換成量子電路來源：Quantinuum（二）國內(nèi)軟件開發(fā)企業(yè)1、本源量子2021年2月，本源量子發(fā)布首款國產(chǎn)量子計算機操作系統(tǒng)——本源司南。行編碼完成的量子程序。國際化。圖22本源司南量子計算操作系統(tǒng)來源：本源量子此外，2021年2月，本源量子發(fā)布量子圖像識別應(yīng)用，開發(fā)研究量子卷積2021年7ChemiQChemiQ8發(fā)布了量子人工智能應(yīng)用QGAN。該應(yīng)用展示了量子計算機上的生成對抗網(wǎng)絡(luò)量子比特技術(shù)的量子機器學(xué)習(xí)可行性。2021年11月，本源量子發(fā)布國內(nèi)第一款量子計算流體力學(xué)仿真軟件“本源量禹”(OriginQCFD仿真進行更高效的數(shù)值仿真實驗。圖23本源量禹使用界面來源：本源量子2、京東探索研究院2021年8月，京東探索研究院提出全球首個以經(jīng)典云平臺為依托、量子計算設(shè)備為終端的量子并行處理框架QUDIO（quantumdistributedoptimizationQUDIO是由一個經(jīng)典處理器為中心和多個分布式量子處理器形成的量子云QUDIO是一種獨立于具體量子硬件和協(xié)議的框架，具有很強的兼容性，易顯著的運行時間優(yōu)勢。3、百度量子計算研究所2021年10YunIDEYunIDE包，方便開發(fā)者高效便捷地研發(fā)量子控制、量子機器學(xué)習(xí)技術(shù)。4、弧光量子20211isQ5、圖靈量子2021年12月，圖靈量子自主研發(fā)的國內(nèi)首款商用光量子計算模擬軟件FeynmanPAQS宣布試商用，彌補了國內(nèi)這一領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)品的空白。FeynmanPAQS同時是專用光量子計算模擬軟件和三維光子芯片設(shè)計的模塊：①單光子量子行走（QuantumWalks）；②量子隨機行走（QuantumStochasticWalks）；③多粒子量子行走（Multi-ParticleQuantumWalks）；④自由設(shè)計的二維量子行走（CustomizedQuantumWalks）；⑤玻色采樣（BosonSampling）。表112021年全球量子計算軟件發(fā)展大事件資料來源：ICV三、算法進展通過對目前行業(yè)客戶參與量子軟件與算法研發(fā)的進展情況，普遍認為金融、密碼與制藥有可能是最先受益的行業(yè)。表12量子計算各技術(shù)路線成熟度評價體系注：評分采用5分制，1為最差，5為最優(yōu)，○代表1分，●代表5分。資料來源：ICV（一）金融2021年2月，本源量子攜手中國建設(shè)銀行旗下建信金科量子金融應(yīng)用實驗（VaR）數(shù)明顯優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。實現(xiàn)了國內(nèi)量子金融算法0的突破?！傲孔悠跈?quán)定價算法”應(yīng)用量子振幅估計相關(guān)的算法實現(xiàn)雙對數(shù)級別的量子71定的VaR值計算值。722021年3與丹麥技術(shù)大學(xué)的研究人員在D-Wave量子退火處理器上運行了一個包括65夠解決更大的問題。盡管研究還表明，D-Wave71/main/priceIndex72/main/quantumVaR不易編程和擴展。732021年3月，德意志交易所集團（DBAG）聘請法蘭克福的金融科技公司JoSQUANTUM100020運行傳統(tǒng)蒙特卡羅模擬需要大約10年，而量子蒙特卡羅模擬的計算時間還不到30分鐘。74經(jīng)典計算機模擬和量子計算機模擬的比較結(jié)果如下：圖24商業(yè)風(fēng)險敏感性分析的量子算法來源：德意志交易所集團2021年5一種新的量子算法，通過犧牲一些提速（1000倍變?yōu)?00倍），實現(xiàn)淺層蒙特5到10751000的量子算法需要糾錯量子硬件——預(yù)計將在10到20年內(nèi)提供。73https://\h/article/are-quantum-computers-good-at-picking-stocks-this-project-tried-to-find-out/74/pdf/2103.05475.pdf75/abs/2012.033482021年9宣布在其量子計算機上演示了高盛和QCWare能夠?qū)崿F(xiàn)一大類統(tǒng)計估計問題的平方加速，包括蒙特卡羅方法。762021年9月，IonQ與富達應(yīng)用技術(shù)中心（FCAT）聯(lián)合發(fā)表論文，展示了模型的準確性。IonQ和FCAT采用了Copula——一種在統(tǒng)計模型中常用來描述機構(gòu)建復(fù)雜模型的能力遠遠大于經(jīng)典計算機。772021年11月，加拿大量子計算SaaS初創(chuàng)公司Agnostiq宣布與光量子計算公司Xanadu合作，在Xanadu的開源軟件PennyLane上構(gòu)建產(chǎn)品，以使用先進的計算技術(shù)解決金融問題。782021年12量子優(yōu)化算法Grover適應(yīng)性搜索算法，可快速從所有投資組合中找到給定風(fēng)險偏好下的最佳收益組合，進一步拓寬量子計算在金融領(lǐng)域的使用場景。79（二）化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)2021年1月，Quantinuum（前劍橋量子公司）與全球TOP3制藥巨頭羅氏EUMEN76/pdf/2109.09685.pdf77/abs/2109.0631578https://\h/news-releases/agnostiq-selects-pennylane-to-develop-quantum-platform-for-finance-301420610.html79/s/JYD-LkGgA8zsroea53c7wg作用，研究治療阿爾茨海默氏癥和其他疾病的新療法。802021年3月，美國初創(chuàng)公司Entanglement創(chuàng)建了一個疫苗分發(fā)平臺，使用性能優(yōu)于可比較的進化算法90％以上。8120213Qu&Co發(fā)布QUBECQUBEC融合了最先進的專有BEC通過與IBMQuantumExperience和亞馬遜Braket平臺的集成提供對該處理器的訪問。8220215月，美國楊森制藥（Janssen）Qu&Co將開展一項為期2021年7ChemiQChemiQ勢能面、研究化學(xué)反應(yīng)，最終以圖形化形式展示量子計算結(jié)果。10月，該公司ChemiQ生物化學(xué)行業(yè)生態(tài)聯(lián)盟。2021年8Phasecraft介紹了一種很有前途的量子5個數(shù)量級25980/2021/01/31/cqc-roche-partner-to-use-quantum-algorithms-to-tackle-drug-discovery-for-alzheimers-disease/81https://\hwww.entanglement.ai/entanglement-takes-a-quantum-leap-towards-transparent-vaccine-distribution/82/news/release-qubec-beta最好記錄是1,243,586。這讓以前被認為需要完全可擴展的、容錯的量子計算機才能進行的哈密頓量模擬，在NISQ時代更接近可行。832021年9月，新日鐵和Quantinuum（前劍橋量子公司）不同的配置模擬鐵晶體的行為，使用的算法和噪聲緩解技術(shù)可以在今天的NISQ量子計算機上運行。為了模擬鐵