2024全球量子計算產業(yè)發(fā)展展望-2024.02

2024全球量子計算產業(yè)發(fā)展展望2024/02量子信息年度系列報告序言引領量子時代，共鑄產業(yè)未來在過去的一年里，我們見證了全球量子計算領域取得的多方面的進展和突破，這些成就正在引領人類進入一個前所未有的計算時代。2023年無疑是AI大模型蓬勃發(fā)展的一年，而這背后，量子計算也悄悄參與其中。量子計算可以加速和優(yōu)化大規(guī)模模型的計算過程，雖然還不能賦予巨大的能力，但為解決復雜問題提供了新的思路和工具，展示了跨領域融合創(chuàng)新的廣泛潛力。今年起，我們的報告關注焦點有了較為明顯的改變，以往我們大量關注大學和科研院所的科技研發(fā)進展，因為那時他們是量子計算進步的主力軍。今年，已經有越來越多的商業(yè)組織在量子計算領域有了動作，我們回到初衷，重點關注商業(yè)和產業(yè)的進展情況。在量子芯片技術方面，多元發(fā)展成為產業(yè)競爭的關鍵動力。各國在超導、離子阱、光子、中性原子和半導體等多種技術路線上投入了巨大支持，形成了各具特色的發(fā)展優(yōu)勢。量子計算云平臺的日益成熟，逐步降低量子計算的使用門檻和成本，為用戶提供更為便捷的服務。這一進步將使得更多行業(yè)和領域能夠充分利用量子計算的能力，推動其應用范圍和影響力的不斷擴大。然而，我們也不得不面對2023年量子計算行業(yè)融資活動相對降溫的現實。宏觀經濟情況不佳，融資交易減少，國際競爭在量子領域日趨激烈...最后，站在這個充滿挑戰(zhàn)和機遇的時刻，我們仍對2024年量子計算的產業(yè)發(fā)展充滿信心和期待。讓我們攜手共進，共同見證量子計算產業(yè)的蓬勃發(fā)展。ICV前沿科技咨詢總監(jiān)、高級副總裁JudeGreen1聲明0102本報告體現的內容和闡明的觀點力求獨立、客觀，本報告中的信息或所表述的觀點均不構成投資建議，請謹慎參考。本報告旨在梳理和呈現2023年度內全球范圍內量子細分技術和產業(yè)領域發(fā)生的重要事件，涉及數據及信息以公開資料為主，以及對公開數據的整理。并且，結合發(fā)布之時的全球經濟發(fā)展狀態(tài)，對短期未來可能產生的影響進行預判描述。0304本報告重點關注2023年1月1日至2023年12月31日間量子細分行業(yè)發(fā)生的相關內容，以當地時間報道為準，以事件初次發(fā)布之時為準。對同一內容或高度相似內容的再次報道，若跨年度，不視為2023年發(fā)生的重要事件。本報告版權歸ICV

TA&K和光子盒所有，其他任何形式的使用或傳播，包括但不限于刊物、網站、公眾號或個人使用本報告內容的，須注明來源（2024全球量子計算產業(yè)發(fā)展展望[R].ICVTA&K&光子盒.2024.02）。本報告最終解釋權歸ICV

TA&K和光子盒所有。05任何個人和機構，使用本報告內容時，不得對本報告進行任何有悖原意的引用、刪減和篡改。未經書面許可，任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、發(fā)表、印刷等。如征得同意進行引用、轉載、刊發(fā)的，需在允許范圍內。違規(guī)使用本報告者，承擔相應的法律責任。0607本報告引用數據、事件及觀點的目的在于收集和歸納信息，并不代表贊同其全部觀點，不對其真實性負責。本報告涉及動態(tài)數據，呈現截至統(tǒng)計之時的情況，不代表未來情況，不夠成投資建議，請謹慎參考。2致謝本篇報告由全球前沿科技咨詢機構ICV邀請中國量子科技服務平臺光子盒聯(lián)合撰寫和發(fā)布。感謝包括但不限于以下公司給予技術和素材的支持：3Contents目錄1.2023產業(yè)發(fā)展概覽2.硬件整機517313951576673803.核心設備與器件4.軟件、算法、云平臺5.投融資6.供應商評價7.產業(yè)分析與預測8.產業(yè)展望9.附件4012023產業(yè)發(fā)展概覽第一章2023產業(yè)發(fā)展概覽012023產業(yè)發(fā)展概覽目錄0102030405060708量子計算芯片與軟件算法蓬勃發(fā)展高性能計算與量子計算的融合已成為現實各大電信運營商競相布局量子計算研究活躍科研成果頻出硬件發(fā)展路線圖不斷更新產業(yè)鏈相關企業(yè)逐年增多生態(tài)建設日趨完善產業(yè)發(fā)展即將進入快速成長周期6第一章012023產業(yè)發(fā)展概覽量子計算芯片與軟件算法蓬勃發(fā)展本部分根據技術創(chuàng)新、實際效益以及科研引領等評價標準，選取了2023年量子計算領域的十項最重要進展，包括首次成功應用、有效實驗驗證、新穎架構設計、參數最值、實際效用提升、采用方案者數量及影響力，以及是否有重大科研突破和廣泛報道?？傮w進展按照量子計算芯片以及軟件算法云平臺兩個大方向展示。圖表

2023年全球量子計算十項重要進展量子計算芯片量子比特數量與量子體積相干時間量子芯片架構傳輸與存儲量子糾錯Quantinuum的H-Series量子計算機連續(xù)創(chuàng)下了三個量子體積（QV）的新紀錄：217、218和219，為目前報道最高的量子體積記錄。馬里蘭大學在藍寶石芯片上成功創(chuàng)建了磁通量量子比特，其相干時間IBM推出模塊化量子計算機，結合可擴展低溫基礎設施和經典服務器，實現了計算的蘇薩塞克斯大學與UniversalQuantum合作，實現了微芯片模塊之間的快速和可靠的傳輸，成深圳量子研究院、清華大學、福州大學以及南方科技大學4家研究團隊利用具有定制頻率梳的脈沖來操控輔助量子比特，提高了量子糾錯的效率，超過了糾錯盈虧平衡點約16%。為1.48毫秒，

超級計算架構。

功率高達IBM發(fā)布了首款超過1000量子比特的量子計算處理器Condor，其擁有1，121量子比特，基于其上一代旗艦產品Eagle芯片架構。QuEra實現了48個邏輯量子比特，能夠檢測和糾正糾纏邏輯門操作過程中出現的任意錯誤。是目前最高紀錄，并且保真度達到基于此架構，IBM發(fā)布了133量子比特可擴99.999993%，連接速度為每秒2424次，是目前最高紀錄。了99.991%。

展芯片Heron。軟件、算法、云平臺混合計算與大模型容錯算法量子云平臺英偉達發(fā)布了DGXQuantum系統(tǒng)，結合了CUDAQuantum和H100NVL等技術，為GPT等生成式AI大模型提供了量子經典混合計算的加速平臺。Quantinuum使用邏輯量子比特在其H1量子計算機上實現了容錯算法，通過“隨機量子相位估計”計算了氫分子的基態(tài)能量。Q-CTRL的錯誤抑制技術（名為Q-CTRLEmbedded）已被集成到IBM云量子服務中，現在用戶只需輕按開關，就能降低錯誤率。|VersionFeb20247第一章022023產業(yè)發(fā)展概覽高性能計算與量子計算的融合已成為現實2023年，全球發(fā)生了諸多量子計算與超算融合的事件，量超融合已經從理論轉向初步實踐，還呈現出深化發(fā)展之勢。量超融合主要依托云平臺向外提供算力，成為超算中心的一種新型計算形式的補充，提供多樣、靈活、高效的計算資源，為不同行業(yè)領域提供更強大的算力，可供更廣泛地探索量子計算的潛在價值。目前量子計算與超算融合仍然面臨著硬件穩(wěn)定性和算法優(yōu)化等挑戰(zhàn)，量超融合的實現，接下來需要在多個維度進行嘗試與探索，包括兼容性與集成（接口設計、系統(tǒng)集成）、軟件與算法（量子編程語言與工具、算法適配與優(yōu)化）、資源管理與調度等。隨著技術演進和國際合作的深化，量子計算融入超算體系將是必然的一步。圖表2023量超融合進展事件德國啟動Euro-Q-Exa量

歐盟高性能計算聯(lián)合計劃子計算機招標，系統(tǒng)該系

(EuroHPCJU)下的高性能統(tǒng)將由萊布尼茨超級計算

計算和量子模擬(HPCQS)中心

(LRZ)托管和運營

，

項目，其用戶已經能夠通并

集

成

到

超

級

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算

機

過各成員國的節(jié)點，驗證SuperMUC-NG中他們的HPC-QC融合應用在法國混合量子計劃（HQI）在，法國國家大型計算中心（GENCI）購入Pasqal的100比特量子計算機本源量子與上海超級計算中心合作成立長三角量超協(xié)同創(chuàng)新中心；9月，發(fā)布“量超融合”

平臺實現了經典與量子任務統(tǒng)一調度和‘經典+量子’算法的混合編程，并對公眾開放英偉達與德國于利希超算中心(JSC)、ParTec建立實驗室開發(fā)經典-量子混合超級計算機中國電信發(fā)布“天衍”量子計算云平臺，基于超量混合云架構，實現了“天翼云”超算能力和176量子比特超導量子計算能力的融合魁北克數字和量子創(chuàng)新平臺PINQ2落成IBMQSystemOne，在舍布魯克設立的高性能計算中心將使PINQ2能夠提供混合計算方法澳大利亞Pawsey超級理化學研究所計劃計算研究中心與加拿大Xanadu公司簽署諒解備忘錄，將為研究人員提供最先進的混合計算在

2025年左右通過與富岳超級計算機的集成|VersionFeb20248第一章2023產業(yè)發(fā)展概覽圖表

全球現有量子計算機與經典計算機相融合的計算中心及相關實驗室法國原子能委員會與國家超大型計算中心應用Atos量子學習機（QLM）將量子計算能力整合到超級計算機JoliotCurie當中芬蘭IT科學中心德國于利希超級計算中心基于模塊化超級計算架構概念的最緊密集成德國萊布尼茨超級計算中心與Atos和HQS合作研究HPC與QC之間的整合VTT的5量子比特超導量子計算機HELMI（“Pearl”）與歐洲超級計算機LUMI（“Snow”）連接；使用了英偉達CUDAQuantum平臺中國安徽省量子計算工程研究中心將計算任務在量子計算機和超級計算機之間進行分解、調度和分配中國國家超級計算鄭州中心與中國上海超級計算中心西班牙加利西亞超級計算中心在

“PRIMEHPCFX700”超級計算機上構建基于富士通34量子比特量子計算模擬器的集群系統(tǒng)和本源量子以及中移（蘇州）軟件共同打造量超融合先進計算平臺，提供量超云融合服務美國國家超級計算應用中心集成英偉達CUDAQuantum美國橡樹嶺國家實驗室應用Atos量子學習機（QLM）；參與CUDAQuantum測試計劃美國阿貢國家實驗室日本國家高級產業(yè)科學技術研究院英偉達的合作伙伴，將CUDAQuantum集成到其超算平臺日本理化學研究所應用Atos量子學習機（QLM）富士通公司的量子計算機與“富岳”超級計算機集成澳大利亞帕西超級計算中心巴西SENAI-CIMATEC應用Atos量子學習機（QLM）將量子計算能力整合到超級計算機當中印度高級計算發(fā)展中心與Atos達成合作協(xié)議，共享量子學習機（QLM）成果將量子加速器與HPE

CrayEx超級計算機Setonix配對，展示和測試量子和經典計算的混合模型|VersionFeb2024全球超算中心與量子計算機的融合正在加速推進。各種類型和規(guī)模的超算中心，無論是大型的國家級研究機構還是小型的企業(yè)級實驗室，都在積極探索與量子計算機的集成。這種集成不僅提升了計算能力和效率，還拓寬了應用領域。例如，生物信息學、物理模擬、金融工程等領域的復雜問題，通過超算和量子計算的結合，可以得到更精確、更高效的解決方案。此外，這種融合還推動了新的算法和應用的發(fā)展，如量子機器學習、量子優(yōu)化等，顯示出超算和量子計算相結合的巨大潛力。HPC+QC線下機群模式是未來高性能計算的重要發(fā)展方向。這種模式通過整合傳統(tǒng)超級計算機和量子計算資源，使得高性能計算更加靈活、高效。在這種模式下，可以實現更復雜、高精度的運算和模擬，從而推動科學研究、工程技術和產業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展。這種模式的優(yōu)勢在于，它可以充分利用傳統(tǒng)超級計算機在處理經典問題上的強大能力，同時利用量子計算機在處理量子問題上的獨特優(yōu)勢。未來，超級計算機和量子計算機能夠無縫集成，實現互補優(yōu)勢，為解決復雜問題提供強大的計算支持。隨著技術的進步和應用的拓展，我們可以預見，HPC+QC線下機群模式將在未來的計算領域發(fā)揮越來越重要的作用。9第一章032023產業(yè)發(fā)展概覽各大電信運營商競相布局量子計算領域2023年，全球主要電信運營商積極加大對量子計算領域的投資和研究力度。它們在超導、離子阱等多種量子計算機類型上進行了深入研究，反映出電信運營商對于量子技術在提升網絡性能、加強安全通信等方面的潛在價值的認可。此外，這些電信運營商在量子計算領域的布局不僅僅停留在研究層面，更在積極尋求技術合作和商業(yè)合作。例如，與IBM、IonQ等企業(yè)和科研機構建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，共同推動量子計算技術在實際應用中的驗證和商業(yè)化進程。圖表

全球主要電信運營商在量子計算機領域的布局國家中國公司基本情況發(fā)布具備“量子優(yōu)越性”能力的超量融合量子計算云平臺“天衍”*與中國電科等單位合作，建設“五岳”量子計算云平臺*聯(lián)合日本理化學研究所、富士通等研究合作伙伴，成功開發(fā)出日本第一臺超導量子計算機*日本加入由東京大學運營的量子創(chuàng)新倡議聯(lián)盟，并使用IBM

量子計算機驗證電信用例*與與韓國科學技術院（KAIST）和Qunova計算公司合作，使用D-Wave量子計算機優(yōu)化6G低軌衛(wèi)星網絡*韓國澳大利亞德國目前已對量子計算領域進行投資（SQC），但未獨立開展研究*DT全資子公司推出其量子即服務產品，提供量子計算專業(yè)知識和對IBM量子計算資源的訪問*探索量子計算機如何為電路交換、數據包路由、信號處理和天線波束控制等應用帶來好處*英國與IBM聯(lián)手探索量子計算技術和量子安全密碼學，幫助驗證和推進電信領域潛在的量子用例利用量子計算來優(yōu)化無線電單元的規(guī)劃，在D-Wave量子計算機上執(zhí)行二次無約束二進制優(yōu)化算法意大利|VersionFeb2024注：*表示2023年的進展全球電信運營商在量子計算領域的布局表現出一種跨界合作、開放共享的趨勢，力圖在未來科技競爭中保持領先地位。目前，全球電信運營商正在構建量子計算生態(tài)系統(tǒng)，通過開放云平臺、吸引愛好者參與等方式，推動量子領域從業(yè)人員和愛好者的積極參與。這種開放性和生態(tài)系統(tǒng)建設有助于推動整個量子計算領域的進一步發(fā)展，同時也預示著量子計算技術有望在電信領域發(fā)揮越來越重要的角色，為網絡性能、通信安全等方面帶來全新的突破。10第一章042023產業(yè)發(fā)展概覽研究活躍科研成果頻出圖表

2023年量子計算相關頂級期刊發(fā)文情況量子計算相關文章發(fā)布數量影響因子41.842.84540353025201510537.615.414.920.02.73.18.60注：此處僅呈現發(fā)文數量前十的期刊情況，詳見附件|VersionFeb2024圖表

2023年量子計算相關頂級期刊發(fā)文的通訊作者所在國家Netherlands3.3%Canada1.0%Russia1.0%FinlandGermany5.3%0.3%UK5.7%Korea2.3%Austria1.7%Japan5.0%USAIsraelChina8.3%48.0%0.3%Spain1.3%Switzerland3.7%49.7%

NorthAmerica25.0%

EuropeFrance0.7%Singapore1.0%21.7%

AsiaPacific3.7%

OthersAustralia2.3%Denmark1.0%|VersionFeb2024注：圖中所引量子計算領域發(fā)文數據來自Nature、Science、PhysicalReviewLetter等頂級期刊，詳見附件11第一章2023產業(yè)發(fā)展概覽圖表展示了2023年上半年主要期刊上與量子計算相關的文章發(fā)布數量和其對應的影響因子（數據來自2023年最新的SCI影響因子）。通過分析比對這些數據，可以對這些期刊在量子計算領域的學術貢獻和影響力進行評估，為科研人員選擇適合發(fā)表研究成果的期刊提供參考。量子計算領域的文章發(fā)布數量和影響因子之間存在一定的關系，但并非絕對。有些期刊發(fā)布數量較多，同時影響因子也較高，這表明該期刊在該領域具有較高的學術貢獻和廣泛的影響力。例如，Nature和Science這類綜合性期刊發(fā)布數量和影響因子都較高，這主要歸因于它們的學術聲譽、嚴格的同行評審流程以及跨學科的研究覆蓋范圍。有些期刊發(fā)布數量較少，但影響因子仍然較高。例如，PRX

Quantum是一個專注于量子物理學的高質量期刊，其發(fā)布數量雖然較少，但其影響因子仍然相對較高。另一方面，有些期刊發(fā)布數量較多，但影響因子相對較低。這可能是因為該期刊的研究領域較為特定，受眾群體較小，或者在同行評審和學術質量方面存在一定的問題。2023年在頂級期刊上發(fā)布的量子計算相關文章的通訊作者所在地區(qū)數據則提供了關于不同國家和地區(qū)在量子計算研究中的參與度和影響力的重要線索。從通訊作者所在發(fā)文機構所屬國家來看，美國以144篇的總數遙遙領先，約占總發(fā)文數量的48%。這反映了美國在量子計算技術的絕大多數方面處于國際領導地位，其長期積累的科研實力和政府對量子計算技術的重視，造就了美國在量子計算領域的國際地位。中國以25篇的發(fā)文總數位列第二，約占8%，顯示了中國在基礎科學研究和前沿技術領域奮起直追，至今已取得了多項量子計算技術的重要成果，中國科研機構在國際期刊中的發(fā)文數量的增長，展現出中國在國際舞臺的影響力逐漸增強。其他國家如日本、德國、英國等也有較多論文發(fā)布，表明它們在全球量子計算研究較為活躍，在某些專一領域有較高的國際影響力。從通訊作者所在機構的地理位置來看，美州地區(qū)位居第一，占據約1/2的比例，反映了美國在該地區(qū)的領導地位以及加拿大在量子計算領域的貢獻。歐洲緊隨其后在該領域的科研活動占據了25%。這顯示了歐洲在量子計算研究中的重要地位和活躍度。亞太地區(qū)占據了21.7%，顯示了該地區(qū)在量子計算研究中的快速發(fā)展和重要性。而其他地區(qū)的貢獻相對較少。全球范圍內的國際合作對于推動量子計算的研究和應用至關重要。通過合作共享資源和知識，各國和地區(qū)可以加快技術進步和應用創(chuàng)新。因此，加強國際間的合作交流將是未來量子計算發(fā)展的重要趨勢。12第一章052023產業(yè)發(fā)展概覽硬件發(fā)展路線圖不斷更新量子電路具有三種常見的度量：電路大小、電路深度和量子比特數。其中，電路大小對應“量子電路中量子門的個數”，電路深度對應“執(zhí)行量子電路的并行運行時間”，量子比特數對應“量子電路的空間成本”。這三者一般不能同時達到最優(yōu)，尤其是深度（時間）和比特數（空間）之間往往是此消彼長的。目前，多條技術路線仍未收斂，也未有公認的換算標準。ICV以時間、核心指標（量子門數量、量子體積、量子比特數量）、組織三大維度，呈現量子計算技術發(fā)展趨勢圖。圖表

量子計算發(fā)展階段及其硬件趨勢圖（單位：量子比特數量）2025超導離子阱光量子中性原子半導體量子門數量量子體積量子比特數量103211102103104106IBMGoogleRigettiIonQ華翊量子Xanadu104220中科大九章PsiQuantumInfleqtionIBMQuantinnum105225230PasqalIntelQuEraSQC109|VersionFeb2024例如，從量子門數量的維度上來看，IBM在2024年在從內向外的第二個扇形區(qū)域內，也就是10^4，預計為5000門，預計2033年將達到最大扇形區(qū)域，即10億量子門；從量子比特數量上來看，IBM落在從內向外的第三個扇形區(qū)域，預計有2000量子比特。從量子體積上的維度上來看，Quantinnum在2023年為2^19，位于從內向外的第二個扇形區(qū)域內，而到了2029年，其量子體積將有望達到2^25。13第一章062023產業(yè)發(fā)展概覽產業(yè)鏈相關企業(yè)逐年增多較此前發(fā)布的量子計算產業(yè)生態(tài)圖譜，本次新增若干企業(yè)logo，在分類與結構方面做出調整。圖表

量子計算產業(yè)生態(tài)圖譜量子比特測控系統(tǒng)測控系統(tǒng)整機低溫微波器件線纜激光器探測器賦能量子比特環(huán)境芯片其他技GM/脈沖管制冷機稀釋制冷機真空系統(tǒng)加工制造設備材料術量子計算硬件整機超導離子阱光量子中性原子半導體其它系統(tǒng)軟件量子編程軟件量子主機軟件整機量子應用軟件藥物探索金融服務化學化工其它量子計算云平臺量子云平臺應用合作國防軍工金融醫(yī)藥汽車化學材料行業(yè)應用注：部分整機企業(yè)為全棧量子計算機企業(yè)，其標識不出現在軟件算法相關部分。研究所和大學不在企業(yè)生態(tài)考慮范圍之內。|VersionFeb202414第一章072023產業(yè)發(fā)展概覽生態(tài)建設日趨完善圖表

2023全球主要科技國量子計算生態(tài)建設情況GovernmentSupportUSAInternationalCooperationNumberofEnterprisesChinaGermanyFranceUKJapanCanadaScientificResearchIndustrialChainIntegrity注：評價模型詳見附件|VersionFeb2024美國在量子計算產業(yè)鏈上具有明顯優(yōu)勢，政府對量子計算的高度重視和大力支持推動了企業(yè)數量的增長，其中涵蓋了各類型的企業(yè)，包括IBM、谷歌、微軟、亞馬遜等代表性企業(yè)。美國在超導、離子阱、光量子等多個領域都保持領先地位，其科研創(chuàng)新和合作活躍，技術水平和引領能力處于全球前列。中國在量子計算領域崛起迅猛，政府對該領域的高度支持和資金投入推動了企業(yè)數量的增加，其中包括騰訊、華為等具有代表性的大型互聯(lián)網企業(yè)。近些年，中國在光量子計算機等方面取得了顯著優(yōu)勢，技術水平和挑戰(zhàn)能力迅速提升，然而在中美競爭日益加劇的背景下，尤其是在量子芯片和超低溫設備等方面，中國與美國相比仍存在較大差距。德國、法國等歐洲國家在量子計算生態(tài)建設上表現出積極態(tài)勢。德國政府通過量子技術行動計劃，旨在成為全球量子技術領導者，投入資金并制定戰(zhàn)略框架。德國量子計算企業(yè)數量在全球中位于前列，技術水平較高，特別在離子阱、中性原子等方向領先。但相對于美國，技術上還存在差距，與歐盟協(xié)調整合問題亦需解決。法國通過《量子技術國家戰(zhàn)略》等文件大力支持量子計算。然而，相較美中，投入和產出仍有差距，與德國相比在硬件和軟件能力上稍顯不足。英國、日本、加拿大等國也在量子計算領域有所建設。英國政府發(fā)布《科學和技術框架》及《國家量子戰(zhàn)略》，致力于鞏固科技超級大國地位，但在與美中的競爭中，量子計算機規(guī)模和類型方面仍有不足。日本通過量子未來產業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略，強調實用化與產業(yè)化，在量子軟件和服務方面仍有一定劣勢。加拿大也啟動了國家量子戰(zhàn)略，政府支持力度大，尤其是光量子技術路線全球領先，但與美國相比，其在硬件和軟件方面稍顯不足。15第一章082023產業(yè)發(fā)展概覽產業(yè)發(fā)展即將進入快速成長周期目前，量子計算正處于迅速發(fā)展的階段。雖然當前仍然存在一些挑戰(zhàn)，如測控系統(tǒng)優(yōu)化、量子比特數量與質量、量子比特間的相互干擾等，但在各自得技術路線上，已經有了不少可觀的突破，為產業(yè)的進一步發(fā)展奠定了基礎。例如，IBM推出得可擴展Quantum

System2架構以及對應的Heron芯片，使得超導技術路線繼續(xù)領跑全球；“九章三號”的成功構建則標志著量子比特的穩(wěn)定性和糾纏性質的控制已經取得了顯著的進展，使得量子計算機在解決某些特定問題上表現出色等。圖表

量子計算發(fā)展生命周期示意圖產業(yè)規(guī)模專用量子計算機實現多種核心應用示范研制出可糾錯的通用量子計算機進入全面容錯量子計算

（FTQC）時代量子優(yōu)越性展示進入NISQ時代-20192020-20272028-20332034-20402040-時間?

由計算領域成熟企業(yè)引導，完成初步的概念驗證?

IBM早在1990年代就建立了專門的量子計算研究團隊；

Google團隊首次證明了量子優(yōu)越性等?

初創(chuàng)企業(yè)以及大部分科研機構開始加入硬件研發(fā)以及糾錯的行列，全面推進各個技術路線發(fā)展?

各技術路線的專用量子計算機不斷涌現，并且中下游的量子軟件企業(yè)，將在這一階段迅速增長?

將優(yōu)先在金融、醫(yī)藥、化工、汽車、機器學習等領域替代經典計算機，產生多種核心應用范例?

各技術路線間的優(yōu)劣勢開始逐漸被放大，或將收斂到單一或幾條特定路線，糾錯成本大幅降低?

由下游新應用場景的需求驅動產業(yè)鏈進一步細化，產業(yè)鏈上游話語權增加，產線擴張直至供需平衡?

運算錯誤率接近或小于經典計算機，量子比特數量將達百萬量級?

但即使計算機產業(yè)進入全面容錯的量子計算時代，量子計算機和經典計算機依舊將并存，各自發(fā)揮優(yōu)勢，二者并非完全替代關系?

代表企業(yè)：Rigetti、IonQ、Quantinnum、Xannadu、QuEra、本源量子、國盾量子等?

代表企業(yè)：IBM、Google、Intel、Microsoft等變革期起步期成長期成熟期衰退期|VersionFeb2024量子計算產業(yè)將進入快速成長周期。即隨著量子計算機硬件的不斷升級和算法的不斷優(yōu)化，更多的軟硬件企業(yè)將投身于量子計算領域，并推動量子計算在不同行業(yè)的廣泛應用。量子計算將在金融、醫(yī)療、材料科學等領域最先發(fā)揮作用，為下游行業(yè)帶來顛覆性的創(chuàng)新。與此同時，產業(yè)鏈上的合作與競爭也將更加激烈，投資和創(chuàng)新以及龐大的市場需求將成為推動產業(yè)前進的關鍵驅動力。政府和企業(yè)也將共同合作，加大研發(fā)投入，以爭取在全球量子計算領域的競爭優(yōu)勢。1602硬件整機第二章硬件整機02硬件整機目錄0102032023年量子計算機核心進展全球量子計算硬件整機企業(yè)競爭格局量子計算整機企業(yè)發(fā)展趨勢18第二章01硬件整機2023年量子計算機核心進展2023年，各機構針對于量子計算領域進行了諸多探索。研究人員通過不斷優(yōu)化噪聲大小、連接距離和退相干時間，提高量子比特質量。尤其是在量子比特糾錯、量子存儲、量子算法、量子與AI大模型相結合以及材料探索等方面并取得了重要突破，推動了量子計算技術的發(fā)展。超導量子計算路線：在過去的一年里，超導仍然是最為矚目的路線，技術突破也最為迅猛，在所有路線中位于榜首。IBM發(fā)布了首款超過1000量子比特的量子計算處理器Condor，其擁有1，121量子比特。同時，IBM還推出模塊化量子計算機，結合可擴展低溫基礎設施和經典服務器，實現了計算的超級計算架構。基于此架構，IBM發(fā)布了133量子比特可擴展芯Heron。離子阱量子計算路線：Quantinuum的H-Series量子計算機連續(xù)創(chuàng)下了三個量子體積（QV）的新紀錄：217、218和219，為目前報道最高的量子體積記錄。lonQ在鋇平臺上實現29個算法量子比特。光量子計算路線：中國科大團隊證明了“九章”的量子計算優(yōu)勢，解決了兩個圖論問題，并在之后成功構建了255個光子

的“九章三號”光量子計算原型機。中性原子量子計算路線：

AtomComputing將推出的第二代中性原子量子計算機。目前該公司已經在其量子計算平臺中創(chuàng)建了一個1225個站點的原子陣列，目前填充了1180個量子比特。半導體量子計算路線：英特爾公司發(fā)布了一種在主流CMOS工藝技術上構建的具有12個量子比特的量子芯片Tunnel

Falls。它由12個量子點構建，可配置4至12個基于自旋的量子比特。其目的是讓研究實驗室用不同的拓撲結構來構建更大的系統(tǒng)，特別是測試量子比特的糾錯方案。拓撲量子計算路線：微軟公布了三個重要的量子計算公告。首先，公司宣布它已經實現了通往量子超級計算機的六步路線圖的第一個里程碑；其次，公司將會在10年內完成量子超級計算機的構建；最后，公司預計將把250年的化學和材料科學進展壓縮到未來25年?？偟膩砜?，2023年量子計算的主要發(fā)展方向還是著重于增加量子比特數量、密度和連通性，提高量子比特的質量，更好的相干時間和門保真度；以及設計和實施新的架構，包括3D設置和新的組裝技術；還有開發(fā)可組裝和集成大型量子處理器的工業(yè)規(guī)模制造設施；演示不同量子計算機之間的互聯(lián)和信息交換等。目前量子計算的多種技術路線仍并駕齊驅，各自展示著自己的優(yōu)勢。19第二章硬件整機量子糾錯企業(yè)與科研機構共創(chuàng)，驅動性能提升2023年，研究人員利用輔助量子比特、錯誤緩解方法、擴展表面碼邏輯量子比特等技術，有效地降低了錯誤率，提高了量子計算的可靠性和精度，為實現容錯量子計算提供了關鍵技術。這些技術也探索了不同類型的糾錯方法和策略，為量子比特糾錯技術的研究和發(fā)展提供了新的思路和方向。谷歌量子AI團隊采用了表面碼糾錯技術，通過將多個量子比特組合成一個邏輯量子比特，實現了量子糾錯的盈虧平衡點，并證明了這種方法可以顯著降低容錯率，達到實現通用計所需的邏輯錯誤率。Psiquantum研究團隊提出了一種基于光子量子計算機的主動體積編譯技術，通過光學元件和光學干涉來實現量子比特和量子門的糾錯，能夠將運行量子算法的時間和成本降低50倍，并可自動優(yōu)化網絡結構和資源分配。南方科技大學、深圳量子研究院、福州大學和清華大學利用具有定制頻率梳的脈沖應用于輔助量子比特，超過糾錯盈虧平衡點約16％。IBM通過“錯誤緩解”方法，在127量子比特的處理器上準確獲得復雜量子線路運行結果，并可在不進行糾錯的情況下超越經典計算機。Q-CTRL宣布其嵌入式軟件已作為選件集成到IBM

Quantum的“現收現付計劃”（Pay-As-You-GoPlan）中，以提高量子計算的實用性和性能。這些成果對于增強量子計算的信任度和可信度具有重要的影響，

顯示了量子比特糾錯技術在未來量子計算技術發(fā)展中的重要地位和作用。在量子計算中，容錯一直是一個重要的問題。容錯算法的代價通常很高，包括物理比特和邏輯比特之間的問題以及基本操作的時間成本。盡管超導量子比特的操作速度相對較快，但仍與經典計算存在較大差距，而其他類型的量子比特，如離子比特，操作速度更慢。因此，需要在容錯和執(zhí)行效率之間進行權衡。盡管在2023年，部分機構在糾錯方面取得了諸多進展，但是量子計算硬件目前仍處于小規(guī)模含噪聲的階段。這就意味著在實際應用中，量子計算的準確性和可靠性仍面臨一定限制。糾錯技術的應用雖然可以提高計算精度，但在大規(guī)模量子計算任務中，噪聲問題仍然是一個制約因素。因此，解決小規(guī)模含噪聲階段的問題需要持續(xù)的研究和創(chuàng)新。例如，使用二維尋址技術可以幫助克服串擾問題，提高量子比特之間的隔離效果。不僅如此，通過加強對硬件質量和規(guī)模的研究，并不斷改進糾錯技術，可以逐步提高量子計算的可靠性和穩(wěn)定性。20第二章硬件整機量子芯片比特數量與質量齊飛，保持高速發(fā)展2023年，不同公司和研究機構在芯片架構設計、量子芯片生產制造鏈、光子集成技術以及中性原子量子處理器等方面取得了突破。利用超導、光子、離子等不同類型的量子比特和芯片架構，研究人員突破了量子體積、保真度、連接距離等性能瓶頸，為實現量子優(yōu)越性和容錯量子計算提供了硬件基礎。這些技術也探索了不同類型的量子比特和芯片架構的優(yōu)勢和潛力，為量子芯片的設計和制造提供了多樣化的選擇。IBM發(fā)布超過1000量子比特的量子計算處理器Condor，其擁有1121量子比特。IBM還推出模塊化量子計算機，結合可擴展低溫基礎設施和經典服務器，實現了計算的超級計算架構。IBM發(fā)布了133量子比特可擴展芯Heron。PsiQuantum與英國科學和技術設施委員會（STFC）合作，共同開發(fā)下一代高功率低溫模塊。不僅如此PsiQuantum還與SkyWaterTechnology合作開發(fā)光量子芯片。Quantinuum在其H1-1量子處理器上實現了524288（2^19）的量子體積，并在H2上展示了非阿貝爾拓撲有序狀態(tài)的新物質狀態(tài)。中國科學技術大學與北京大學合作，成功實現了51個超導量子比特簇態(tài)制備和驗證，刷新了所有量子系統(tǒng)中真糾纏比特數目的世界紀錄，并首次實現了基于測量的變分量子算法的演示。美國伯克利實驗室與AQT公司開發(fā)了Fluxonium量子比特，性能優(yōu)于目前廣泛使用的超導量子比特。華翊量子發(fā)布離子阱量子計算第一代商業(yè)化原型機HYQ-A37，實現可編程的通用量子邏輯門集合與絕熱量子計算。最高水平可維持包含92個鐿-171離子的一維離子晶體長達數小時不發(fā)生霧化。本源量子與中科大團隊合作，實現硅基量子計算自旋量子比特的超快調控。雙方還發(fā)展并驗證了一種可適用于不同耦合強度和多量子比特系統(tǒng)的響應理論方法。此外，雙方還通過調控微波驅動頻率、幅值等參數，實現任意能級結構，進而實現高速、抗噪聲的量子比特操控。21第二章硬件整機啟科量子與中山大學合作開展PT對稱性量子比特的研究，實現了量子速度極限，并在50比特離子阱量子計算工程機上實踐應用。中科大團隊成功構建了255個光子的量子計算原型機“九章三號”。該原型機由255個光子構成，在解決高斯玻色取樣數學問題方面比全球最快的超級計算機快一億億倍，再度刷新了光量子信息技術的世界紀錄。聯(lián)手開發(fā)三代離子阱量子處理器，利用MAGIC技術提供高計算能力的QPU，并通過共同設計策略實現基于離子阱的量子計算機功能不斷增強，未來將通過云端訪問提供給工業(yè)和科學用戶。宣布將于2024年推出的第二代中性原子量子計算機:已經在其量子計算平臺中創(chuàng)建了一個1225個站點的原子陣列,目前填充了1180個量子比特。實現了48個邏輯量子比特，能夠檢測和糾正糾纏邏輯門操作過程中出現的任意錯誤。這些成果對于推動量子計算的發(fā)展和應用具有重要的價值和意義。但是目前、實現大規(guī)模系統(tǒng)需要解決量子比特之間的耦合和交互問題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性。量子芯片仍然面臨著諸多的挑戰(zhàn)和問題，例如如何實現更大規(guī)模和更高性能的量子系統(tǒng)、如何克服量子系統(tǒng)的噪聲和不穩(wěn)定性、如何制造和加工高質量的量子材料等。22第二章硬件整機人工智能與機器學習量子與大模型融合，開拓新思維方式2023年，各公司都在積極探索量子機器學習的新思路和新應用。量子計算和機器學習相結合，能夠充分利用量子計算的優(yōu)勢解決傳統(tǒng)計算無法處理的復雜問題。例如利用VQNet

2.0框架、CUDAQuantum和H100NVL等技術，研究人員實現了量子和經典計算資源的同時調度和優(yōu)化，提高了機器學習的效率和性能，為解決復雜的AI問題提供了混合計算方案。谷歌與盧森堡大學以及BIFOLD合作，共同開發(fā)機器學習算法以處理復雜的量子系統(tǒng)。Rigetti與Moody's以及倫敦帝國學院合作，使用量子增強的數據轉換和經典特征核方法相結合的機器學習技術，提出了解決經濟衰退預測問題的新方法。Quantinuum發(fā)布了量子自然語言處理工具λambeq的更新版本0.3.0，通過與PennyLane的集成，增強了功能和用戶體驗。Ionq計劃優(yōu)化離子阱技術，增加量子比特數量和密度，并預測將在2024年實現量子機器學習的量子優(yōu)勢。英偉達的DGX

Quantum利用CUDAQuantum和H100NVL可以利用針對語言大模型的加速解決方案來加速GPT的訓練和部署。這些成果對于促進量子計算與AI領域的協(xié)同發(fā)展具有重要的影響，目前AI在科研領域的應用還未完全展開，且對于解決智能問題、情感和人機交互等方面具有巨大潛力。然而，量子計算與AI大模型的融合在當前階段仍然面臨著諸多的挑戰(zhàn)和問題，如如何克服量子系統(tǒng)的噪聲和不穩(wěn)定性、如何適應不同類型的AI任務和數據、如何評估和驗證量子計算在AI領域的優(yōu)越性等。通過自然語言與AI進行交互，在解決問題和開發(fā)應用方面或許將有更多的可能性。目前的量子計算機仍然面臨著錯誤率和噪聲的問題，需要更穩(wěn)定和可控的量子比特來支持大規(guī)模的機器學習任務。量子機器學習需要針對量子計算的特殊性質進行算法設計和優(yōu)化，同時也需要簡化和統(tǒng)一的編程框架來加速開發(fā)和應用。23第二章硬件整機其它原理與新材料探索驗證，開拓多元發(fā)展方向利用拓撲絕緣體，研究人員驗證了反?；魻栃?、馬約拉納粒子以及在镥-氫-氮化合物等新型材料中，發(fā)現了室溫超導性等新型物理現象和新型物質的存在，為探索新型物理現象和新型物質提供了理論和實驗支持。這些材料也為開發(fā)基于拓撲絕緣體和馬約拉納粒子的新型量子器件和量子計算平臺，以及開發(fā)低功耗、高速度、高密度的超導電路和器件提供了可能性，為拓展量子計算的概念和范疇，以及改善現有超導技術提供了新的思路和途徑。德克薩斯大學奧斯汀分校驗證了拓撲絕緣體中的反常霍爾效應，為探索新型物理現象和新型物質提供了理論和實驗支持。芝加哥大學普利茲克分子工程學院研究人員開發(fā)了一種新工具用于幫助解釋設計材料中的電子態(tài)起源，這意味著利用材料用于未來量子技術的應用又邁進一步。南京大學未觀察到镥-氫-氮化合物在接近室溫條件下具有超導性，為探索新型物理現象和新型物質提供了理論和實驗支持。代爾夫特理工大學的量子物理學家首次證明使用超導體控制和操縱芯片上的自旋波是可能的。磁鐵中的這些微小的波可能會在未來提供電子產品的替代品。紐約哥倫比亞大學的一個研究小組偶然發(fā)現了一種名為Re6Se8C2（由、硒和氯組成）的超原子材料，它是迄今為止最快、最高效的半導體，讓實驗中的電子在不到納秒的時間內移動幾微米。這些成果對于推動量子物理學和量子信息學的發(fā)展，未來，室溫超導有可能提高量子比特的操控效率和性能，擴大量子系統(tǒng)的規(guī)模和穩(wěn)定性，降低量子計算機的制造和維護成本，增加量子計算機的可用性和可靠性。然而，目前實現室溫超導的技術路線主要是通過極高的壓力來達到，這大大限制了它在實際應用中的可行性和可控性。近期看，室溫超導對超導量子計算意義不大，因為量子計算還需要考慮其他因素，如溫度噪聲、相干長度、材料加工等。從遠期看，還是要關注新技術發(fā)現帶來的更多可能性。24第二章硬件整機商業(yè)應用跨領域合作，推動產業(yè)發(fā)展2023年，各公司在不同領域展開了合作，致力于用量子計算技術解決復雜問題，為大規(guī)模商業(yè)化應用奠定基礎。盡管2023年量子計算行業(yè)商業(yè)化進展迅速，與各行各業(yè)的優(yōu)越性探索都在如火如荼的展開。但目前階段下，去解決這個問題可能需要超過幾年的時間。因此，與行業(yè)領先的公司進行討論，以了解量子計算的現狀和未來的發(fā)展方向就尤為重要。在這個過程中，對于每個具體問題，需要深入分析時間復雜性、問題規(guī)模以及量子算法與經典算法之間的差異，并找到實際達成量子優(yōu)勢的交叉點。通過向芝加哥大學和東京大學提供資金和共享量子計算機，推動其量子計算相關技術的商業(yè)化。這種合作關系旨在共同開發(fā)為期10年的量子計算項目，為量子計算的商業(yè)化應用奠定基礎。與美國國防部高級研究計劃局（DARPA）簽署合同，參與公共事業(yè)實用規(guī)模量子計算（US2QC）計劃。該合作旨在加速公司構建第一臺實用規(guī)模的量子計算機，利用DARPA的資源和指導推動量子計算的創(chuàng)新和應用。成功在歐洲OVHcloud數據中心安裝了其首臺量子計算機MosaiQ，標志著歐洲領先的光子量子計算公司向工業(yè)客戶提供量子平臺的重要里程碑。宣布加入IBMQuantumNetwork，旨在進一步探索量子計算如何為畢馬威專業(yè)人士和客戶帶來未來機遇。收購公司用于研發(fā)下一代網絡量子計算機架構和全棧量子編譯器；為AWS提供新的（Aria系統(tǒng)，25個算法量子比特）后端支持；與美國空軍研究實驗室（AFRL）簽訂了2550萬美元的合同。和寶馬集團共同發(fā)起了一項名為

“量子交通探索”的全球量子計算挑戰(zhàn)賽，以應對航空和汽車領域最緊迫的挑戰(zhàn)。將CUDAQuantum集成到其平臺的新的合作伙伴，包括量子硬件公司AnyonSystems、AtomComputing、IonQ、ORCAComputing、OxfordQuantumCircuits和QuEra；量子軟件公司Agnostiq和QMware；以及幾家超算中心合計120+企業(yè)，大舉切入量子業(yè)務。25第二章硬件整機與MicrosoftAzureQuantum、KPMG、福特汽車、匯豐銀行等眾多領域展開合作，包括在量子算法開發(fā)、電動汽車電池材料模擬、銀行領域潛在收益研究、全新實驗室揭幕、量子化學模擬、可持續(xù)交通研究、量子蒙特卡羅集成引擎發(fā)布等方面的合作項目。升級云服務平臺服務能力；已形成250+機構的生態(tài)網絡社群；與Moderna合作利用量子計算和人工智能研究mRNA疫苗，以加速新型信使RNA疫苗和療法的發(fā)現；與安永展開戰(zhàn)略合作，安永成為IBM

QuantumNetwork成員，可通過訪問IBM的量子計算系統(tǒng)解決復雜業(yè)務問題。ColdQuanta新的公司品牌和名稱，標志著公司從研究和開發(fā)量子技術轉向了將其用于商業(yè)用途。2023年，公司成功地與多個合作伙伴，包括日本量子登月計劃、Riverlane公司以及L3Harris等進行了合作。與NVIDIA、NOVONIX、安永等領軍企業(yè)展開戰(zhàn)略合作，致力于推動藥物研發(fā)、電池設計、清潔能源等領域的創(chuàng)新應用。同時，通過建立戰(zhàn)略伙伴關系，如與大學和教育機構的合作，推動人才培養(yǎng)和推廣量子和STEM教育。SandboxAQ在推進人工智能和量子技術生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，促進創(chuàng)新和就業(yè)增長方面取得實質性進展。與平安銀行達成戰(zhàn)略合作，探索量子計算與金融科技應用新場景；全線業(yè)務升級，發(fā)布發(fā)布超導量子芯片、量子芯片EDA軟件、超導量子測控系統(tǒng)、量子軟件編程框架及云平臺；成功向一家中東科研機構交付超導量子芯片，這是中國首枚向海外出口的超導量子計算芯片。發(fā)布模塊化離子阱量子計算工程機，與中國移動研究院在移動通信和算力網絡等多個領域開展深入合作；與上海計算機軟件技術開發(fā)中心成立上海量子軟件技術研究與驗證中心；作為創(chuàng)始成員，參與中國首個量子計算產業(yè)知識產權聯(lián)盟的創(chuàng)立；簽約入駐入駐粵港澳大灣區(qū)算力調度平臺。與平安銀行合作，共同開展金融欺詐領域的量子金融算法研究與落地，通過量子計算機真機驗證實現量子算法在金融業(yè)務中的應用，有望提升反欺詐和反洗錢業(yè)務的計算速度，顯著提高銀行金融服務的智能化水平。26第二章硬件整機量子教育以教學機產品、比賽訓練營、實訓基地等，共育量子專業(yè)人才量子計算教育在2023年繼續(xù)推進，但量子學科作為一個較為新興、綜合交叉的學科，尤其是在大學本科的培養(yǎng)方案仍然較少。為了解決行業(yè)人才稀缺的問題，跟得上行業(yè)發(fā)展節(jié)奏，一些企業(yè)也為學校培養(yǎng)量子人才提供了許多量子計算教育設備、網絡平臺資源，甚至是企業(yè)內的實踐機會，為學生提供更優(yōu)質的學習資源和環(huán)境，帶來一些新的培養(yǎng)模式。當前，量子人才的培養(yǎng)主要以專業(yè)性較強的理工科人才培養(yǎng)為主，但量子產業(yè)作為未來產業(yè)，缺乏的人才不僅是科學技術領域的專業(yè)人才，還包括工程制作、管理、市場營銷等與之配套的各類人才，這些培訓解決方案仍然較少。IBM宣布，將與芝加哥大學、慶應義塾大學、東京大學、延世大學和首爾國立大學合作，共同支持日本、韓國和美國的量子教育活動。發(fā)布新一代便攜式核磁量子計算機旗艦產品雙子座Mini

Pro和三角座Mini；舉辦第二屆“量旋杯”量子計算挑戰(zhàn)營；在深圳中學、桂林首附中學落地量子計算教育解決方案；向印尼萬隆理工學院、墨西哥國立自治大學交付教育級量子計算機。Xanadu與加拿大金斯頓女王大學簽署了備忘錄，致力于開發(fā)量子計算教育工具并提供教育計劃，為學生在量子領域的職業(yè)生涯做好準備。國盾量子與合肥一中以及合肥十中合作，共同籌建了量子科學探究實驗室和量子信息創(chuàng)新實驗室，以滿足學生對量子科技的理論學習和實驗需求，并通過科普講座等形式探索量子信息技術在高中階段的培養(yǎng)模式。Infleqtion公司推出了miniMOTV2，這款用于中性原子研究和量子應用開發(fā)的緊湊型真空系統(tǒng)，提供了控制量子態(tài)的能力，可用于學術研究和物理教育。與中國地質大學（武漢）數學與物理學院簽訂校企合作協(xié)議，并舉行實習實踐基地授牌儀式。開發(fā)專為高?？破战逃O計的VR教學系統(tǒng)，幫助用戶深入了解量子技術、認知量子比特狀態(tài)演化，并通過搭建超導量子計算機進行實踐；公司還舉辦了”司南杯“量子計算編程挑戰(zhàn)賽，助力高校、企業(yè)量子計算人才培養(yǎng)。與

30多所大學、企業(yè)和教育組織合作，擴大AI和量子培訓。這些機構與公司開展正式或非正式的合作，以擴展其人工智能、量子和STEM課程。27第二章02硬件整機全球量子計算硬件整機企業(yè)競爭格局硬件整機企業(yè)全球分布情況全球共有76家量子計算整機公司，其中北美占了34.21%，歐洲占了30.26%，亞洲占了28.95%，其他地區(qū)占了6.58%。圖表

2023整機企業(yè)全球分布情況英國德國荷蘭法國65西班

中國芬蘭184牙1美國32206日本奧

挪

愛地

威

爾以色列14利蘭加拿大澳大利亞3111|VersionFeb2024美洲歐洲亞洲澳洲北美是量子計算中游整機的最大市場，美國擁有20家公司，占全球的26.3%，加拿大擁有6家公司，占全球的7.9%。北美的優(yōu)勢在于其強大的科研和創(chuàng)新能力，以及對量子計算的高度重視和投入。北美的企業(yè)主要采用超導、離子阱、光子等不同的物理平臺來構建量子計算機，形成了多元化和競爭性的市場格局。該地區(qū)的代表性企業(yè)有IBM、谷歌、微軟、亞馬遜、英特爾、Rigetti、IonQ、Xanadu等。歐洲是量子計算中游整機的第二大市場，共有23家公司，分布在法國、德國、英國、荷蘭、芬蘭等國家。歐洲的優(yōu)勢在于其多元化和協(xié)作的市場環(huán)境，以及對量子計算的長期發(fā)展和規(guī)劃。歐洲的企業(yè)也采用了不同的物理平臺來構建量子計算機，包括超導、離子阱、光子、中性原子等。歐洲的企業(yè)主要通過歐盟的量子旗艦計劃和各國的量子計劃來獲得資金和支持，同時也與學術界和工業(yè)界進行合作和交流。該地區(qū)的代表性企業(yè)有Pasqal、Quandela等。亞洲是量子計算中游整機的第三大市場，共有20家公司，主要集中在中國和日本。亞洲的優(yōu)勢在于其龐大和快速增長的市場需求，以及對量子計算的積極探索和應用。企業(yè)主要采用超導、離子阱、光子等物理平臺來構建量子計算機，其中超導平臺占據了主導地位。該地區(qū)的代表性企業(yè)有華為、富士通、NTT等。28第二章硬件整機硬件整機企業(yè)各技術路線分布情況圖表

2023全球各主要科技國整機硬件企業(yè)各技術路線分布情況822233313美國中國5441

1121英國2221

1加拿大法國1

1

131澳大利亞日本21

1

11

1

11

1德國荷蘭芬蘭0510152025超導量子計算機離子阱量子計算機半導體量子計算機光量子計算機其它中性原子量子計算機|VersionFeb2024美國是中游整機公司最多且類型分布最廣的國家，在量子計算領域的領導地位和引領能力是毋庸置疑的，美國擁有最先進的技術、最豐富的資源、最廣泛的合作、最多樣化的應用、最完善的生態(tài)系統(tǒng)。美國的中游整機公司涵蓋了所有的物理平臺，包括超導、離子阱、光子、中性原子、半導體、拓撲絕緣體等，形成了多元化和競爭性的市場格局。美國的中游整機公司的優(yōu)勢在于其強大的科研和創(chuàng)新能力，以及對量子計算的高度重視和投入。美國政府對量子計算的投入和支持非常大，建立了多個量子信息科學中心和量子產業(yè)聯(lián)盟，并與學術界、工業(yè)界和軍方緊密合作。中國是整機公司數量與類型第二多的國家。中國在量子計算領域的追趕能力和發(fā)展能力是極強的，擁有龐大的市場以及相對完整的產業(yè)鏈。中國的中游整機公司涵蓋了超導、離子阱、光子、中性原子等物理平臺，形成了多元化和競爭性的市場格局。29第二章03硬件整機量子計算整機企業(yè)發(fā)展趨勢量子計算中游的企業(yè)的未來發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：技術創(chuàng)新隨著量子計算技術的不斷進步，中游整機公司將面臨更高的技術挑戰(zhàn)和更多的技術機會。例如，量子比特糾錯技術在未來量子計算技術發(fā)展中的重要地位和作用，顯示了增強量子計算的信任度和可信度的重要性。然而，量子計算硬件目前仍處于小規(guī)模含噪聲的階段，這就意味著在實際應用中，量子計算的準確性和可靠性仍面臨一定限制。因此，中游整機公司需要不斷提升自己的技術能力和創(chuàng)新能力，同時也需要與其他技術提供者進行合作和交流，共同推動量子計算技術的發(fā)展和創(chuàng)新。市場需求隨著量子計算應用的不斷拓展，中游整機公司將面臨更大的市場需求和更多的市場機會。例如，量子計算與AI領域的協(xié)同發(fā)展具有重要的影響，目前AI在科研領域的應用還未完全展開，且對于解決智能問題、情感和人機交互等方面具有巨大潛力。然而，量子計算與AI大模型的融合在當前階段仍然面臨著諸多的挑戰(zhàn)和問題。因此，中游整機公司需要不斷調整自己的市場定位和發(fā)展策略，同時也需要與其他市場參與者進行合作和交流，共同推動量子計算應用的發(fā)展和創(chuàng)新。政策環(huán)境隨著量子計算的重要性和影響力的不斷提升，中游整機公司將面臨更多的政府投入和支持，也可能會面臨更多的政府監(jiān)管和限制。不同的國家和地區(qū)可能會出現不同的政策環(huán)境和政策變化，對中游整機公司的發(fā)展和競爭產生不同的影響。因此，中游整機公司需要不斷關注和適應政策環(huán)境和政策變化，同時也需要與其他政策制定者和政策執(zhí)行者進行合作和交流，共同推動量子計算政策的發(fā)展和創(chuàng)新。協(xié)作交流隨著量子計算行業(yè)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，中游整機公司將面臨更多的合作伙伴和競爭對手。例如，各家量子計算公司的軟件為此進行了整套系統(tǒng)的自研，走全棧開發(fā)的路線，采用了不同的編程語言和框架進行。這種情況下，可能會導致資源的重復投入和浪費。因此，中游整機公司需要不斷建立和維護自己的合作關系和競爭力，同時也需要與其他合作伙伴和競爭對手進行合作和交流，共同推動量子計算行業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。3003核心設備與器件第三章核心設備與器件03核心設備與器件目錄0102032023年量子計算機核心器件主要進展全球量子計算賦能技術企業(yè)競爭格局量子計算賦能技術企業(yè)發(fā)展趨勢32第三章01核心設備與器件2023年量子計算機核心器件主要進展2023年，量子計算領域的核心器件發(fā)展迅速，各類技術和產品不斷涌現。芬蘭Bluefors收購了美國Cryomech和日本Rockgate，進一步擴大了其在低溫設備制造和銷售領域的影響力。中科院物理所和深圳國際量子研究院在低溫低噪聲放大器和無液氦稀釋制冷機方面取得了重要進展，這對于量子計算機的穩(wěn)定運行至關重要。此外，NIST和日本國家信息通信技術研究所的研究成果為量子計算機的光子探測和激光顏色控制提供了新的可能性。明尼蘇達大學和Quantum

Machines的研究成果則為量子計算機的電路組件和低溫樣品架提供了新的設計和改進方案。這些進展為量子計算未來的大規(guī)模應用鋪平了道路，預示著量子計算的未來充滿了無限可能。圖表

2023年量子計算核心設備與器件進展量子比特環(huán)境量子測控系統(tǒng)量子芯片制造其它??Bluefors收購美國低溫設備制造商Cryomech及日本的低溫設備經銷商Rockgate合肥知冷低溫研制出連續(xù)運行最低溫度8.5mK，制冷量480μW@100mK的無液氦稀釋制冷機?NIST在芯片上使用相同的輸入激光源創(chuàng)建了多種激光顏色，提高了芯片的效率和功率輸出?桑迪亞國家實驗室的微系統(tǒng)工程、科學和應用制造工廠生產的新型???DOE埃姆斯國家實驗室與超導量子材料與系統(tǒng)中心

（SQMS）合作，研究納米約瑟夫森結的接口和連接性EnchiladaTrap芯片，能夠存儲和傳輸多達200個量子比特IMEC和Xanadu宣布建立合作伙伴關系，以開發(fā)基于超低損耗氮化硅（SiN）波導的下一代光子量子比特???QuiXQuantum首次展示了一種完全集成在芯片上的糾纏量子光源??中船重工鵬力交付首臺稀釋制冷機，在客戶現場完成安裝、調試、培訓及驗收中科院物理所研發(fā)的無液氦稀釋制冷機，其連續(xù)運行最低溫度7.5mK，制冷量450μW@100mK?明尼蘇達大學雙城分校研發(fā)的超導二極管裝置更加節(jié)能、并可同時處理多個電信號，從而增強量子計算可擴展性Quantum北京量子院首次采用極窄帶干涉電路方法，降低了單光子探測器的噪聲CryoCoax開發(fā)了基于

SMPM接口可安裝于稀釋制冷機的高密度多路同軸線纜?IMEC研究團隊采用重疊約瑟夫森結設計，并通過改進制造過程和優(yōu)化結構表面處理步驟，實現了超過100μs的相干時間和99.94%的平均單量子比特門保真度??本源量子研發(fā)的SL400可提供12mK以下極低溫環(huán)境及不低于400μW@100mK的制冷量Machines推出基于PCB的模塊化低溫樣品架，適用于超導量子芯片，支持8千兆赫射頻信號連接??日本NICT研制超導寬條帶單光子探測器本源量子發(fā)布氧化釕溫度傳感器、阻抗匹配量子參量放大器Maybell推出的BigFridge，在最低溫度10mK，制冷量1000μW@100mK的基礎上，擁有超過130升的樣品體積|VersionFeb202433第三章核心設備與器件稀釋制冷機兼并收購，產品優(yōu)化迭代不斷，初創(chuàng)企業(yè)持續(xù)涌入在量子計算領域，稀釋制冷機產業(yè)總體呈現出你追我趕，蓬勃發(fā)展趨勢。各國要想取得領先地位，關鍵在于突破技術瓶頸和解決短板，其中最主要的技術突破來自于對制冷量的提高以及針對量子計算機的架構優(yōu)化。大空間、高冷量以及滿足分布式量子計算的結構要求，將是各國稀釋制冷機企業(yè)的中短期奮斗目標。歐美公司之間通過收購和合作，如Bluefors收購Cryomech，彰顯了獲取核心技術和市場優(yōu)勢的迫切需求。而對于中國的稀釋制冷機來說，盡管“起步晚”，但通過持續(xù)投入研發(fā)，已成功研制出高性能指標的無液氦稀釋制冷機，標志著中國超低溫制冷技術在全球科技競爭中崛起。在這一進展的推動下，中國的量子計算領域地位逐漸增強，為全球科技創(chuàng)新競爭注入了更多活力。量子計算領域的蓬勃發(fā)展為中國極低溫系統(tǒng)的研發(fā)提供了巨大機遇，同時也對其提出了一系列挑戰(zhàn)。與國際先進水平相比，中國在核心技術上，仍存在一定差距，如在脈管制冷機、核心部件蒸餾室、mK溫區(qū)的空間布局、漏熱優(yōu)化等方面，仍有較大的上升空間。另一方面，中國的稀釋制冷機在全球市場上的競爭力需要更多的時間檢驗。盡管中國在推出產品需要一定時間，但通過研發(fā)，這些產品有望滿足全球范圍內的重大需求，提升相應技術水平，并在高端儀器設備領域取得競爭地位。關鍵在于中國能否在有限資源的條件下，把握國際標準，產品在國際市場上具備競爭力。但總體來說，在過去的一年，中國各團隊在稀釋制冷機的研發(fā)上都取得了顯著進展，目前正在逐漸接近全球頂尖商用機的性能水平。量子比特測控系統(tǒng)強化學習促進超導測控系統(tǒng)軟硬件協(xié)同，硅氮化物、硅光集成加速光學測控系統(tǒng)器件研發(fā)進程量子計算測控系統(tǒng)的發(fā)展目標是輔助實現容錯量子計算，即能夠確保在含噪量子體系中執(zhí)行量子算法。為了達到這一目標，量子計算測控系統(tǒng)需要對量子計算機進行高保真度的量子門操作、高效的量子糾錯編碼、高速的量子反饋控制等功能。已有的超導量子測控系統(tǒng)可分為兩代。

第一代主要由可直接生成和接收模擬微波信號的設備組成，系統(tǒng)易于實現，但因缺乏反饋控制而使可

擴展性和編程能力受限。2017年，代爾夫特理工大學研究團隊提出了QuMA微體系結構

，可實時生成時序精確的控制信號，兼具可靈活編程的反饋

控制能力和更好的可擴展性；這類基于定制數字邏輯（尤其是使用指令集）的量子測控硬件系統(tǒng)可稱為第二代量子測控系統(tǒng)。國際上主流的測量系統(tǒng)供應商（如蘇黎世儀器、是德科技等）

均推出了第二代量子測控系統(tǒng)產品。中國的第二代量子測控系統(tǒng)產品自2021年之后，也陸續(xù)被推出。34第三章核心設備與器件量子控制體系結構當前面臨的主要挑戰(zhàn)在于，

以極低的反饋延遲（百納秒級別甚至更短）實現可編程的反饋控制，同時保證測控系統(tǒng)的可擴展性。

量子軟件、量子控制體系結構理應緊密對接，而兩個方向的發(fā)展仍相對獨立，存在著能力不相匹配的

現實問題；協(xié)調量子軟件與量子測控系統(tǒng)的發(fā)展以實現無縫對接，是量子計算機工程面臨的又一挑戰(zhàn)。就目前來看，強化學習作為機器學習的一個子領域，已經在量子物理的數值計算中顯示出優(yōu)勢，包括量子態(tài)制備、量子線路設計和容錯量子計算等方面。因此，強化學習可能是解決量子測控系統(tǒng)現有問題的有效手段。在量子計算光學測控系統(tǒng)中的激光器一般具有高穩(wěn)定性、高精度的調諧能力以及較低的漂移，以保證量子信息的精確性和可靠性。未來針對激光器的研發(fā)將聚焦于集成光子器件（硅光集成芯片）上，即在一個芯片上創(chuàng)建不同波長頻率的激光。盡管硅氮化物微諧振器的顏色轉換效率仍然較低，但通過改進芯片級顏色轉換激光器，可以顯著提高設備的效率和功率輸出，以便實現使用相同激光源產生不同顏色激光的目標。在探測器方面，硅氮化物光子學同樣成為關鍵發(fā)展方向。通過引入滑輪波導等新技術，研究人員成功提高了硅氮化物微諧振器的性能，解決了模式競爭導致的轉換效率降低的問題。此外，超導寬條帶光子探測器（SWSPD）作為一種新型的光子探測器展現出巨大潛力。其創(chuàng)新的結構設計允許高效的光子探測，且具有比傳統(tǒng)超導納米線光子探測器（SNSPD）更寬200倍以上的條帶寬度。SWSPD的開發(fā)代表了光子探測器領域的一個重要進展方向，即通過改進探測器的結構來提高光子探測效率。然而，隨之而來的挑戰(zhàn)包括如何在保持高探測效率的同時確保探測器的穩(wěn)定性和可靠性。未來的研究可能需要進一步優(yōu)化探測器的結構，并通過改進制造工藝來提高制造精度，以克服這些挑戰(zhàn)。其它硅鍺量子材料助力能效提升，晶圓級集成為關鍵挑戰(zhàn)全球范圍內，量子計算材料和相關輔助設備領域正在加速發(fā)展，不斷探索硅和鍺量子計算材料的制備方法、基本性質以及相應量子器件。這些材料的研究涉及到量子點的形成、電荷控制、自旋操控等關鍵技術問題。埃姆斯國家實驗室與超導量子材料與系統(tǒng)中心（SQMS）的合作，推動超導量子材料的性質研究，進一步拓展量子計算的前沿。明尼蘇達大學雙城分校研發(fā)的新型超導二極管具有更高的能效，能夠一次性處理多個電信號，并集成了一系列控制能量流動的門，可提高量子計算機的規(guī)模。這些研究和發(fā)展工作表明，美國在量子計算領域的研究正在朝著深入理解和改進量子計算組件的方向發(fā)展。中國作為全球電子元器件第一大生產國，但行業(yè)大而不強問題依然突出，量子材料以及輔助器件的相關企業(yè)普遍較少，并且規(guī)模較小，技術研發(fā)起步較晚，產業(yè)化能力與國際先進水平相比存在較大差距。未來量子計算芯片材料的研究主要目標是實現晶圓級硅鍺量子材料原子尺度的可控制備，位錯、應力、原子占位、原子臺階、同位素純化程度和納米線結構與成分的可控制備等都將是影響量子比特性質和集成的關鍵因素。35第三章02核心設備與器件全球量子計算賦能技術企業(yè)競爭格局賦能技術企業(yè)全球分布情況截至2023年底，全球共有238家涉足量子計算上游賦能技術的企業(yè)。其中，中國企業(yè)數量最多，達85家，占總數的35.7%。緊隨其后的是美國，擁有54家企業(yè)，占比22.7%。德國排名第三，有25家企業(yè)，占比10.5%。法國和日本分別位列第四和第五，企業(yè)數量分別為21家（占總數的8.8%）和14家（占總數的5.9%）。英國、荷蘭、瑞士、芬蘭、瑞典、丹麥、加拿大、俄羅斯、以色列、意大利、比利時和新加坡等國家也在這一領域有所涉足。圖表2023賦能技術企業(yè)全球分布情況德國法國2521英國

荷蘭芬蘭

瑞典4365中國日本85丹麥俄羅斯意美國54瑞士大利新加坡21

加拿大11141031比利時

1

澳大利亞|VersionFeb2024美洲歐洲亞洲澳洲亞太是量子計算上游賦能技術的企業(yè)最多的地區(qū)，占比約為42.0%。企業(yè)主要集中在中國和日本，這兩個國家都對量子計算有較高的重視和支持，制定了相應的戰(zhàn)略性文件，并投資建設了一些量子科技實驗室和研究中心。中國的企業(yè)主要涉及低溫設備、量子計算測控系統(tǒng)、真空設備、激光器等方面，技術水平較快進步，挑戰(zhàn)能力較強。亞太的代表性企業(yè)有SHI

CryogenicsGroup、上海頻準等。歐洲是量子計算上游賦能技術的企業(yè)第二多的地區(qū)，占總數的33.6%。該地區(qū)企業(yè)涵蓋了所有的賦能技術方面，技術水平較高，創(chuàng)新能力較強。歐洲的企業(yè)主要集中在法國、德國、英國等國家，這些國家都有自己的量子計劃和戰(zhàn)略，政府給予了大量的投入和支持。歐盟也為歐洲的企業(yè)提供了統(tǒng)一的平臺和資源，促進了跨國的合作和競爭。代表性企業(yè)有Bluefors、Qblox、Quandela等。美洲是量子計算上游賦能技術的企業(yè)有56家，占總數的23.5%。美洲的企業(yè)也涵蓋了所有的賦能技術方面，技術水平最高，引領能力最強，企業(yè)主要集中在美國。美國是量子計算領域的領導者和引領者，政府對量子計算的投入和支持非常大，建立了多個量子信息科學中心和量子網絡聯(lián)盟，并與學術界、工業(yè)界和軍方緊密合作。該區(qū)代表性企業(yè)有Form

Factor、Keysight、Photon

Spot、IPGPHOTONICS等。36第三章核心設備與器件全球賦能技術企業(yè)類型分布情況圖表

2023全球主要科技國賦能技術企業(yè)類型分布情況中國美國德國法國日本英國2115401771034823522134

22276511荷蘭

1

5瑞士

2

3芬蘭

121丹麥3瑞典

111010量子比特環(huán)境20304050607080其它90量子比特測量與控制芯片制造|VersionFeb2024從國家和賦能技術類型的交叉分布來看，量子計算上游賦能技術的企業(yè)在不同國家展現出不同的類型偏好。量子比特環(huán)境方面，中國、美國、德國等國家的企業(yè)數量相對較多，占該類型總數的比例較高，表明這些國家在量子比特環(huán)境技術領域有較強的實力和發(fā)展優(yōu)勢。量子比特測控系統(tǒng)方面，同樣，中國、美國等國家在量子比特測控系統(tǒng)方面擁有較多的企業(yè)，顯示出這些國家在該技術領域的領先地位。芯片制造方面，美國、德國等國家的企業(yè)在芯片制造方面占據主導地位，數量相對較多。這表明這些國家在量子計算芯片制造領域具備較高的技術水平和市場份額。從國家和類型的平衡度來看，不同國家在量子計算上游賦能技術的企業(yè)類型平衡程度也存在差異。高平衡度國家，例如中國，各個類型的企業(yè)數量相差不大，表明這些國家在量子計算上游賦能技術的企業(yè)發(fā)展上相對全面和均衡。低平衡度國家，例如德國、日本等，各個類型的企業(yè)數量相差較大，顯示出這些國家在某些特定技術領域有較為突出的發(fā)展，而其他領域相對較弱。這種差異可能與各國的科研基礎、市場需求、技術創(chuàng)新、戰(zhàn)略選擇以及資源配置等因素密切相關。各國在量子計算上游賦能技術領域的不同發(fā)展重點和優(yōu)勢領域反映了其在全球量子計算產業(yè)中的獨特地位和競爭優(yōu)勢。37第三章03核心設備與器件量子計算賦