量子計算發(fā)展態(tài)勢研究報告（2024年）

工中國信通院版權聲明本報告版權屬于中國信息通信研究院、中移（蘇州）軟件技術有限公司和北京玻色量子科技有限公司，并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，應注明“來源：中國信息通信研究院、中移（蘇州）軟件技術有限公司和北京玻色量子科技有限公司”。違反上述聲明者，編者將追究其相關法律責任。量子計算以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現(xiàn)并行計算，有望在解決計算復雜問題過程中提供指數(shù)級加速，具有重大戰(zhàn)略意義和科學價值，是未來實現(xiàn)計算能力跨越式發(fā)展的重要方向之一，全球主要國家持續(xù)深化布局相關技術研發(fā)、應用探當前，量子計算處于技術攻關和應用探索的關鍵階段。超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等技術路線科研探索和原型機工程研發(fā)不斷取得進展，金融、化工、生物、交通、人工智能等行業(yè)領域應用探索持續(xù)深化，量子-經(jīng)典融合計算成為業(yè)界關注焦點，基準測評研究穩(wěn)步推進，科技巨頭和初創(chuàng)企業(yè)發(fā)展保持活躍，國內(nèi)外積極推動產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟建設，業(yè)界依托量子計算云平臺、公共基礎設中國信息通信研究院持續(xù)開展量子計算發(fā)展態(tài)勢研究。本年度報告持續(xù)跟蹤近期國內(nèi)外量子計算技術研究、應用探索和產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育等方面的最新熱點進展，分析研判量子計算技術演進方向與應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，并結合量子計算發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢和問題提出發(fā)展 1 1 3 7 16 18（四）支撐保障系統(tǒng)愈加重要，指標亟待進一步提高 21 24 24 27 31（四）量子-經(jīng)典融合成焦點，技術體系架構至關 34 38 38 42 46 49 51圖目錄 3 5 6 6 7 8 9 10 10 15 18 24 28 32 35 38 41 47表目錄 1 481一、全球持續(xù)深化量子計算布局，正進入快速發(fā)展期（一）量子計算有望帶來顛覆變革，成國際競逐焦點量子計算是以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現(xiàn)信息處理的一種計算方案，具有經(jīng)典計算無法比擬的信息表征能力和超強并行處理能力，為解決特定計算復雜問題提供指數(shù)級加速。量子計算是“第二次量子革命”的重要標志，可以帶動計算能力實現(xiàn)跨越式發(fā)展，有望顛覆和重塑傳統(tǒng)技術體系對于信息處理和問題解決的模式，為經(jīng)濟社會發(fā)展帶來前所量子計算已成為全球主要國家之間開展綜合國力競爭，維護國家技術主權的關注焦點之一。近幾年全球主要科技國家在量子計算點的量子信息領域規(guī)劃布局，全球主要國家的戰(zhàn)略規(guī)劃和投資概況如表1所示。國際競爭日趨激烈，各國均加大量子計算領域投入并爭奪領先地位，這種競爭將會持續(xù)并對世界科技發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。7年投資約7.4億5年投資約21.7億5年投資約2.19億美國是全球最早開展量子計算研究的國家之一，注重依托政府指導推進量子計算發(fā)展，國家戰(zhàn)略部署圍繞頂層設計、組織機制、域?qū)嶋H投資較NQI法案原計劃五年投資12.75億美元超出兩倍有余，歐洲國家自上世紀九十年代開始關注并持續(xù)支持量子計算發(fā)展。近年來，歐洲國家布局并出臺了一系列量子信息相關戰(zhàn)略和專項計劃，目標是在全球量子科技競爭中贏得主動版量子旗艦計劃《戰(zhàn)略研究和產(chǎn)業(yè)議程》2，在量子計算等四大領域開展基礎科研、促進產(chǎn)業(yè)化以及加強基礎設施建設等方式，使歐洲1/the-national-quantum-initiative-supplement-to-the-presidents-2https://qt.eu/news/2024/2024-02-14_new-roadmap-to-position-europe-as-the-quantum-valley-of-the-wor23我國高度重視以量子計算為代表的量子信息領域發(fā)展，通過組建國家實驗室和實施重大科技專項等措施推動形成全面科研布局。2024年《政府工作報告》中提到在積極培育新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)領域，制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開辟量子技術、生命科學等新賽道，創(chuàng)建一批未來產(chǎn)業(yè)先導區(qū)3。近年來我國已有二十余個省市在地方“十四五”科技與信息技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，針對量子計算基礎科研、應用探索和產(chǎn)業(yè)培育等方面提出規(guī)劃部署，采取措施主要聚焦在量子計算技術研發(fā)、應用探索和產(chǎn)業(yè)培育等方向。此外，英國、日本、加拿大、印度、澳大利亞、丹麥、韓國、愛爾蘭、新加坡等國也高度重視量子計算發(fā)展，相繼發(fā)布了量子信息發(fā)展戰(zhàn)略，圍繞頂層規(guī)劃、專項計劃、組織機制、前沿研究、應（二）技術創(chuàng)新持續(xù)活躍，漸成為前沿科學研究熱點量子計算技術創(chuàng)新持續(xù)活躍，正逐漸成為前沿科技領域的研究熱點，近年全球量子計算科研論文發(fā)表數(shù)量和專利數(shù)量如圖1所示。3/yaowen/liebia4種增速一定程度上反應了量子計算科研活躍度不斷提高。從發(fā)文趨勢上看，2013年到2017年的論文年增長量相對較小，平均每年的增從2019年到2021年，每年的增長量超過了300篇。根據(jù)過去的增長趨勢，預計未來幾年全球量子計算論文量仍將繼續(xù)增長，相關研究2013年至2023年期間，全球量子計算發(fā)明專利申請量共計速發(fā)展階段，年度申請量呈現(xiàn)快速增長趨勢，到2021年達到峰值2866件，2022年申請量略微下響有所下降，預計仍然保持上升趨勢。從授權趨勢看，2013年起呈量子計算論文數(shù)量前十位國家的統(tǒng)計情況如圖2所示，可反映各國量子計算科研產(chǎn)出和影響力。從發(fā)文量看，美國和中國占據(jù)前國在量子計算科研方面的活躍度和領先地位。德國、英國和日本緊勁的研究活躍度。根據(jù)篇均被引頻次（即平均每篇的被引頻次）分5國和英國同樣展現(xiàn)了較高的影響力。雖然中國在論文數(shù)量上僅次于量子計算包括不同技術路線，超導量子計算、離子阱量子計算、中性原子量子計算、光量子計算、硅半導體量子計算等五個主流技術方向的科研論文數(shù)量統(tǒng)計如圖3所示，可反映量子計算不同細分領域的受關注程度?？梢钥闯?，五條技術路線均受到廣泛關注，發(fā)文量均呈現(xiàn)上升態(tài)勢。其中，超導量子計算和中性原子量子計算的6量子計算專利申請的主要來源國家情況如圖4所示，可反映主要國家/地區(qū)量子計算技術產(chǎn)出與貢獻。量子計算專利的主要來源國家為中國和美國，分別占比39%和28%，此外，日本國家/地區(qū)在量子計算領域具有較高的技術創(chuàng)新能力和活躍程度，其7量子計算不同技術路線的全球?qū)＠麛?shù)量對比情況如圖5所示。在五條技術路線中表現(xiàn)最為突出，這表明超導量子計算路線長期被（三）企業(yè)數(shù)量增速回落明顯，投融資市場有望回暖依托量子計算等前沿技術構建新質(zhì)生產(chǎn)力，需要加速其從實驗室走向工程應用和產(chǎn)業(yè)化的進程。企業(yè)是高效推動科技成果轉化的重要推動者和執(zhí)行者，也是科技創(chuàng)新鏈條中不可或缺的關鍵環(huán)節(jié)，對推動科技成果向市場轉化、促進經(jīng)濟增長和社會進步發(fā)揮著重要作用。量子計算企業(yè)數(shù)量、分布和投融資情況的統(tǒng)計分析，是觀察8全球量子計算不同技術路線硬件系統(tǒng)研制企業(yè)分布情況如圖79全球量子計算企業(yè)投融資事件與金額變化趨勢如圖8所示。從2017年開始，企業(yè)投融資事件數(shù)量及金額開始出現(xiàn)明顯增長，2022整體趨勢略微放緩，但已出現(xiàn)回暖跡象，這表明資本市場雖然開始趨于謹慎，但投資者對量子計算的潛在價值和未來前景依舊保持樂體來看，量子計算投融資市場比較活躍，但仍處于早期二、量子計算技術研究有序推進，依舊面臨多重挑戰(zhàn)（一）多技術路線競相爭鳴，短期難以形成方案聚焦量子計算目前呈現(xiàn)多種硬件技術路線并行發(fā)展的態(tài)勢。目前不同技術路線可以歸納為兩類，一類是以超導路線、硅半導體路線為代表的人造粒子路線，另一類是以離子阱路線、中性原子路線、光量子路線為代表的天然粒子路線。前者在擴展性等方面占據(jù)優(yōu)勢，但在邏輯門保真度、量子比特控制等指標提升方面對加工工藝條件的依賴性較高。后者具有比特全同性和高邏輯門精度等優(yōu)勢，但實現(xiàn)更大規(guī)模的系統(tǒng)將會面臨困難。近年來，多條技術路線量子比特規(guī)模、質(zhì)量、退相干時間等關鍵指標持續(xù)優(yōu)化，技術水平穩(wěn)步提升，依舊保持多元化和競爭性的發(fā)展格局，路線收斂呈現(xiàn)出較大不確定超導技術路線基于超導約瑟夫森結構造二能級系統(tǒng)，具有擴展性好、易操控和集成電路工藝兼容等優(yōu)勢，是關注度最高、發(fā)展較為迅速的技術路線之一。近年來，超導量子計算原型機研制不斷取研發(fā)504比特超導量子計算芯片“驍鴻”6。北五塊百比特規(guī)模量子芯片和經(jīng)典計算資源融合，總量子比特數(shù)達到56/cm/202404/t202405907。本源量子上線72位超導量子比特芯片“悟空芯”8。基于超導路線的科研成果層出不窮，深圳量子院聯(lián)合團隊基于分布式超導量子處理器，驗證了使用分布式量子處理器模擬拓撲相位的可行性9。型超導量子比特10。清華大學聯(lián)合團隊在超導量子處理器上模擬斐波那契任意子編織，實驗結果所得的斐波那契任意子量子維度十分接近理論的黃金分割率1.61811?？傮w而言，超導量子計算路線在比特規(guī)模、質(zhì)量等技術指標突破較為迅猛，仍然是最受矚目的量子計離子阱技術路線以囚禁在射頻電場中離子的超精細或塞曼能級作為量子比特載體，通過激光或微波進行相干操控，離子阱量子比特的全連接性使其在操控精度、相干時間等方面具有優(yōu)勢。近年來囚禁離子數(shù)量、邏輯門操控保真度等關鍵指標持續(xù)提升，工程技術研究不斷深入。2023年底，清華大學聯(lián)合團隊利用離子阱系統(tǒng)展示了多種量子誤差緩解技術對復雜量子線路進行誤差消除的能力12。7/news8/s/g2Jt_jwa1oa1LvJ9/prl/abstract/10.1103/PhysRevL10/prl/abstract/10.1103111213/news/quantinuum-extends-its-significant-lead-in-istoric-milestones-for-hardware-fidelity-and-quantum性和更低噪聲特性的新型電子量子比特控制技術16。離子阱量子計算路線面臨量子比特大規(guī)模擴展、高集成度測控以及模塊化互聯(lián)等中性原子技術路線使用光鑷或光晶格進行原子的囚禁，激光激發(fā)原子里德堡態(tài)進行邏輯門操作或量子模擬演化，在相干時間、操控精度以及可擴展性方面占據(jù)一定優(yōu)勢。近年來在比特規(guī)模擴展和基于中性原子路線的科研成果頗多。2024年，德國達姆施塔特工業(yè)究與實驗等方面表現(xiàn)頗為亮眼，未來有望在量子模擬應用等方面產(chǎn)光量子技術路線利用光子的多個自由度進行編碼，優(yōu)點在于相14/news/quantinuum-launches-industry-first-trapped-ion-that-challenges-the-worlds-best-supercom15/ar16/news/oxford-ionics-breaks-global17/10.18/news/infleqtion-unveils-5-year-quantum-computimmercialize-quantum-at-sca19/off-the-wire/quera-to-build-quantu20/news/pasqal-exceeds-1000-atoms-in-quan干時間長、室溫運行以及測控相對簡單，可分為邏輯門型光量子計望開發(fā)出大規(guī)?？蓴U展的光量子計算機。未來，邏輯門型光量子計算樣機研發(fā)需要在加強光子間相互作用、構建雙比特邏輯門以及大規(guī)模集成光子技術等方面集中攻關，專用光量子計算則有望在求解硅半導體技術路線使用量子點中囚禁的單電子或空穴作為量子比特，通過電脈沖實現(xiàn)量子比特操控和耦合，優(yōu)勢體現(xiàn)在與成熟發(fā)硅半導體量子計算芯片新型制造與測試工藝，基于該技術制造的自旋量子芯片中量子比特的柵極保真度達到所基于硅量子點中兩個電子自旋之間發(fā)生的自旋封鎖現(xiàn)象，實現(xiàn)了量子比特的高速高精度讀出24。硅半導體路線受限于同位素材料加工以及柵極間串擾等因素影響，規(guī)模擴展性和操控精度等指標的突量子計算多種技術路線基礎科研和工程化成果不斷涌現(xiàn)，評估路線演進趨勢和分析比較關鍵性能指標，有助于直觀分析不同技術21/ne22/news/quix-quantum-technology-unlocks-key-to-scaling-photonicuting23/articles/s41524https://q-portal.riken.jp/topic_detail?topic_id=T20240084&lang可以看出，由于量子計算目前處于早期發(fā)展階段，各技術路線的關鍵指標發(fā)展水平不可避免地呈現(xiàn)參差不一的狀態(tài)。超導路線的比特數(shù)量、邏輯門保真度等指標提升迅速，其他指標發(fā)展也保持相對平衡；離子阱路線在邏輯門保真度和相干時間指標上表現(xiàn)突出，但比特數(shù)量擴展等方面依舊面臨瓶頸挑戰(zhàn)；中性原子路線在比特數(shù)量、門保真度和相干時間等指標上持續(xù)取得進展；光量子路線完成量子優(yōu)越性驗證，但與硅半導體路線類似，目前在比特數(shù)量、邏輯門?？偟膩碚f，多條硬件路線的技術突破難度和發(fā)展應用前景存在差異，各有優(yōu)劣勢，目前仍處于并行發(fā)展階段，何種體系最優(yōu)尚無明確定論。當前量子計算原型機的性能水平距離實現(xiàn)大規(guī)模可容錯通用量子計算依舊存在較大差距，技術攻關的核心要素是高精度擴展量子計算原型機比特規(guī)模，這意味著量子比特的設計、制造和調(diào)控等方面均面臨巨大挑戰(zhàn)，未來仍需學術界和工程界協(xié)同努力攻關。（二）量子糾錯研究不斷深入，實用化差距依舊明顯量子糾錯用于保護量子比特免受噪聲等干擾，是使量子計算機能夠真正發(fā)揮其巨大潛力的重要環(huán)節(jié)之一。量子糾錯方案的基本思路是使用冗余的量子比特來檢測和糾正量子比特中的錯誤，從而恢復出原始的量子態(tài)。這些冗余的量子比特也即量子糾錯碼，其作用在于即使在環(huán)境噪聲和干擾很強的情況下，仍能夠保證量子計算的相較于經(jīng)典糾錯碼，量子糾錯碼的構建更為復雜，這是由量子系統(tǒng)本身特性導致的，例如量子態(tài)的不可克隆性會限制非正交未知量子態(tài)的精確復制，因此量子糾錯碼無法利用簡單的復制操作來增加冗余。自從量子糾錯概念被提出，目前已出現(xiàn)了多種采用不同原理實現(xiàn)的量子糾錯編碼方案，其中表面碼作為一種二能級編碼方式，具有擴展性好、僅需近鄰物理比特相互作用、容錯閾值高以及多路隨著量子計算硬件水平的不斷提升，量子糾錯研究具備了更好的物理基礎，研究持續(xù)深入并取得諸多新進展。2024年，Alice&Bob公司聯(lián)合團隊提出基于玻色子貓態(tài)量子比特和量子低密100個高可靠性的邏輯量子比特（錯誤率<10?8）26。清華大學聯(lián)合團隊提出基于玻色編碼的糾錯方案，并將其應用到多個邏輯量子比特從而實現(xiàn)糾纏保護，使糾纏邏輯量子比特的相干時間提高了45%，并首次在實驗上利用邏輯量子比特證明貝爾不等式27。IBM提出基隨著近年來量子計算硬件性能和糾錯相關控制技術的迅速發(fā)展，量子糾錯科研與實驗驗證持續(xù)深入并取得較多進展，但當前邏輯量子比特的最低錯誤率距離量子計算實用化要求依舊存在很大差距，未來需要在以下多個方面開展攻關：研究基于高維度量子資源帶來的冗余實現(xiàn)量子糾錯，探索分布式量子糾錯架構，實現(xiàn)從原理上免疫特定噪聲的量子系統(tǒng)操控，搭建切合實用化需求的量子糾錯方案評價體系，探究容錯量子邏輯門的相關操作等等。綜上所述，實用化量子糾錯已經(jīng)成為業(yè)界的重點研究和攻關方向之一，基于量子糾錯構建邏輯量子比特將是下一個重要里程碑，為實現(xiàn)這一目標，未27/articles/s428/articles/s4（三）量子計算軟件持續(xù)多元發(fā)展，成熟度有待提升量子計算軟件為開發(fā)者提供使用量子計算硬件和運行量子算法的必要工具，正處于快速發(fā)展階段。量子計算軟件作為一種結構化的工具集合，需依據(jù)量子計算原理進行開發(fā)設計，為不同技術路線其中應用軟件匹配不同行業(yè)訴求并進行需求映射，編譯軟件是實現(xiàn)軟件開發(fā)功能的基礎，測控軟件為量子計算機正常高效運行提供支撐保障，EDA軟件則是提升量子計算硬件研發(fā)與制造工程化水平的關鍵，不同量子計算軟件的功能各具特色，在用戶使用過程中各司應用軟件提供創(chuàng)建和操作量子程序的工具集，包括算法庫、開發(fā)組件和調(diào)試優(yōu)化工具等，支持開發(fā)者設計和實現(xiàn)各類復雜的量子軟件“l(fā)ambeq”0.4.0版本，改進可用性的同時提升字符串圖處理速度30。HQS向萊布尼茨超級計算中心交付量子模擬仿真軟件“HQSElements軟件推出生成化學和密度泛函理論加速兩項新功能，助力用戶開展化學和材料科學研究32。未來應用開發(fā)軟件需要擴展應用場景研究，豐富計算問題類型，提升算法運行效率，提高跨硬件后編譯軟件規(guī)范量子編程邊界并實現(xiàn)量子程序的正確編譯和執(zhí)行，同時提供成套的語法規(guī)則用以協(xié)調(diào)和約束編譯操作。2023年底，英集成式量子軟件用于在算法運行中實時管理量子比特錯誤檢測36。編譯軟件未來需要在持續(xù)更新迭代的基礎上，提升軟硬件協(xié)同編譯30https://www.quanti31https://quantumsimulations.de/news/exploring-open-quantum-systems-and-noise-characteristics-in-collaborat-with-the-lrz-hqs-quantum-simulations-presents-the-hqs-noise-app-at-a-wor32/en-us/quantum-elements/product-o33/blog/accelerate-quantum-circuit-simulation-with-nvidia-c34/2024-05-15-IBM-Expands-Qiskit,-Worlds-Most-Perfor35/content/www/cn/zh/content-details/816508/int36/quantum-circuits-ac測控軟件主要用于量子計算硬件的控制、處理和運算，支持測供更優(yōu)的量子處理器表征和優(yōu)化功能37。QuantrolOx發(fā)布量子比特自動化控制軟件平臺QuantumEdge，支持量子芯片監(jiān)控、工作流動化和數(shù)據(jù)可視化38。測控軟件面臨的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在量子糾錯支持能力、物理比特和邏輯比特映射能力、自動化和流程EDA軟件可提供量子計算芯片的芯片設計、優(yōu)化布局、仿真驗證、制造測試等功能。2024年，是德科技推出面向超導量子處理器建、電磁分析、非線性電路仿真和量子參數(shù)提取等功件未來需要在功能完整性、仿真效率與準確性、優(yōu)化效果等方面持由于當前量子計算機硬件技術路線尚未最終確定、通用體系架構并未完全統(tǒng)一等原因，目前量子計算軟件處于開發(fā)設計與生態(tài)構建的初期階段，呈現(xiàn)多元化和差異化的發(fā)展態(tài)勢，不同類型軟件功能各異，但在技術成熟度、穩(wěn)定性和用戶體驗等方面均遠不及經(jīng)典軟件完善。隨著硬件能力的提升和算法的改進，未來量子計算軟件37/news/home/20240313371338/en/Keysight-Infrastructure-Quantum-38/quantu39/cn/zh/about/newsroom/news-releases/2024/0227-pr24-036-keysighantumpro-delivering--first-需在量子編程語言、算法庫、量子中間表示、硬件接口和優(yōu)化等關鍵環(huán)節(jié)持續(xù)推進，為后續(xù)實現(xiàn)更高效可靠的量子計算應用奠定基礎。（四）支撐保障系統(tǒng)愈加重要，指標亟待進一步提高量子態(tài)信息易受到復雜環(huán)境噪聲干擾和量子系統(tǒng)內(nèi)部非理想特性等因素的影響而被破壞，因此量子計算機的運行需要極其苛刻的環(huán)境支撐系統(tǒng)，以及高精度的測控系統(tǒng)進行環(huán)境保障和測控支持。量子計算支撐保障系統(tǒng)是技術研究和樣機工程研發(fā)的重要組成部分和核心控制要素，主要包括環(huán)境設備、測控系統(tǒng)、關鍵設備組件等環(huán)境設備是保障量子計算機穩(wěn)定運行的必要支撐部分和基礎設施，主要包括超大功率稀釋制冷機、GM脈管制冷機、超高真空腔年來我國在稀釋制冷機等設備方面也取得頗多成果，國盾量子ez-Qfridge稀釋制冷機完成交付測試41，本源量子推出自研的本源設備有所區(qū)別，未來仍需在技術水平、核心指標、設備工程化、小型化、集成化等方面突破技術瓶頸，以支持量子計算機比特數(shù)量的精確的量子控制技術和高效的讀出技術，對于實現(xiàn)可靠的單量40/products/dilution-refrigerator-measurement-systems/ld-dilution-refrigerator-41/News/qy/2024/2024/42/zh/new_detail.html?newId子比特操作、多量子比特邏輯門操作、量子態(tài)高保真度讀出等量子操作至關重要。量子計算測控系統(tǒng)大致可分為低溫電子學測控系統(tǒng)和光學測控系統(tǒng)兩類，前者通過低溫微波技術對超導、硅半導體等路線的量子比特進行操控，后者則利用光學信號囚禁或激發(fā)天然粒子來實現(xiàn)離子阱、中性原子、光量子等路線的量子比特操控。2024年，Intel推出mk級低溫量子控制芯片“PandoTree”43。蘇黎世儀器推 型電子量子比特控制技術45。量子計算測控系統(tǒng)需要在提升測控精 度和效率的基礎上，持續(xù)增強穩(wěn)定性、集成度、靈活性和可擴展性，量子計算機的研發(fā)離不開與之相關的關鍵設備組件的研制與攻關。按照設備組件的應用領域大致可以分為兩類，分別是量子計算研制不可或缺的特性化設備組件，以及量子計算與光電子、半導體等領域通用型設備組件。特性化設備組件主要包括高性能示波器、低溫電子學器件、多通道聲光調(diào)制器和特種線纜等，通用型設備組件主要包括分子束外延設備、電子束曝光設備、高品質(zhì)光學鏡片、子放大器“CrescendoSJ-TWPA”46。QuantumMachines將其產(chǎn)品43/t5/Blogs/Tech-Innovation/Data-Center/Intel-s-Millirol-Chip-Provides/post/1608558?wapkw=Pando%44/china/cn/quantum-comp45/news/oxford-ionics-breaks-global-quantum-perf46/p和俘獲離子量子比特提供超快速相機讀出功能47。中科院上海微系 分辨光量子探測器48。未來隨著量子計算原型機比特規(guī)模的不斷提 升，關鍵設備組件的核心指標需進一步優(yōu)化，與此同時還需強化設備組件的性能驗證能力，以滿足量子計算機工程化發(fā)展的更高需求。量子計算所需的極端環(huán)境條件對儀器設備的精度、靈敏度、穩(wěn)定性等指標提出了極為苛刻的要求，未來量子計算支撐保障系統(tǒng)發(fā)展仍面臨瓶頸挑戰(zhàn)。一方面由于量子計算處于發(fā)展早期階段、技術路線尚未收斂等原因，導致支撐保障系統(tǒng)呈現(xiàn)分散化、碎片化的發(fā)展特點，這使得上游供應商難以集中有效地配置資源進而開展核心技術攻關，明確行業(yè)分工、打造量子計算支撐保障領域的“專精特新”企業(yè)可能是一條有效的發(fā)展路徑。另一方面隨著量子計算技術發(fā)展和原型機研制水平不斷進步，未來對于支撐保障系統(tǒng)的性能指標提出了更苛刻的要求，這亟需業(yè)界不斷攻關推動核心系統(tǒng)、設備、組件的關鍵性能指標提升。隨著業(yè)界在量子計算支撐保障系統(tǒng)領域的持續(xù)投入和不斷創(chuàng)新，相關技術產(chǎn)品的發(fā)展將為未來量子計算的大47https://www.quantum-machines.co/press_release/quantum-machines-and-hamamatsu-photonicanced-quantum-computing-c48/prj/fulltext.cfm?uri=prj-12-6-1328&三、量子計算應用探索持續(xù)發(fā)力，實用落地有待突破（一）多領域應用探索并進，實用落地仍需加速突破目前量子計算處于從前沿研究向應用落地突破的關鍵階段，廣泛而活躍的多方應用探索是推動量子計算技術走向應用的關鍵。業(yè)界正在積極尋找匹配行業(yè)需求的特定應用場景，目標是在未來為不同行業(yè)應用領域提供服務。典型應用領域包括金融、化工、生物、技術監(jiān)測》研究報告，量子計算預計在未來五到十年將加速發(fā)展，金融領域存在大量量子計算潛在應用場景，包括金融風險管理、投資組合分析、模擬量化交易、金融市場預測等。2023年底，領域應用探索提供量子計算解決方案49。2024年，芝加哥量子交易 所發(fā)布報告認為量子計算在金融領域有望實現(xiàn)縮短獲取最優(yōu)解時間、提升預測準確性等諸多作用50?；ㄆ煦y行與Classiq共同基于Amazon Braket平臺研究用于投資組合優(yōu)化的量子解決方案，基于預期回報化工領域量子計算應用可用于模擬化學分子結構、化學反應等，并以此為基礎更高效、更低耗能地設計化學品。2024年，英國石油探索量子計算提升化學領域機器學習算法性能的潛力52。微軟與美 國能源部太平洋西北國家實驗室合作利用量子計算將新型電池材料篩選到少數(shù)幾種，實驗表表明篩選時間可大幅減少53?？笨怂?公司利用量子計算探索解決復雜能源問題的方案，用于預測能源需生物領域量子計算應用主要聚焦于早期疾病診斷、藥物研發(fā)與篩選、藥物測試、基因組數(shù)據(jù)研究、蛋白質(zhì)結構預測等場景。2024年，勃林格殷格翰量子實驗室發(fā)表論文探討量子計算機在藥物發(fā)現(xiàn)領域的應用現(xiàn)狀，認為量子計算未來有望在藥物設計領域產(chǎn)生實用49/micr50/bp-and-orca-computing-team-up-to-quantum-powered-computational-che51/cn/blogs/quantum-computing/citi-and-classiq-advance-quantum-solutions-for-52/news/university-government-and-industry-researchers-join-forces-explotum-computing-could53/2024/01/09/microsoft-puts-azure-quantum-elements-to-54/off-the-wire/pinq2-collaborates-with-hydro-quebec-tapping-intofor-sustainable-energ55/art混合量子-經(jīng)典計算方法演示碳酸酐酶的酶促反應計算，有望助力生交通領域量子計算應用可用于交通流量優(yōu)化算法與實時預測、將量子計算應用于航班登機口優(yōu)化，在縮短旅客轉機時間、飛機停中性原子量子處理器，展示了量子計算在解決衛(wèi)星規(guī)劃問題中的潛人工智能領域與量子計算結合成為的量子人工智能技術，有望作為共性技術為金融、生物、交通、氣象等眾多行業(yè)領域提供服務。型KRAS抑制劑分子，該分子比經(jīng)典模型生成的分子具有更高的結鐵生產(chǎn)效率方面潛力，目標是優(yōu)化還原劑用量并降低排放和成本62。Deloitte啟動年度量子氣候挑戰(zhàn)賽，主題為應用量子機器學習研究預56/doi/full/10.1021/acs.jctc57/inspiration/worlds-first-calculation-of-enzymatic58/news/news-details/2024/IonQ-and-DESY-Research-Highlighenefits-for-Airport-Flight-Gate-Optimization/def59/news/pasqal-and-thales-tackles-satellite-pla60/about/highlight/2024-06-vehicl61https://zapata.ai/news/for-the-first-time-quantum-enhanced-generative-ai-generates-viable-cancer-62https://terraquantum.swiss/news/terra-quantum-grows-presence-in-asian-markets-with-a-landmark-collabo-with-posco-holdings-to-improve-steel-production-efficiency-using測河流洪水災害的新方法63。Rigetti和穆迪公司等利用量子機器學習總體而言，業(yè)界面向具有加速潛力的量子計算應用場景開展探索和嘗試十分重要，但現(xiàn)階段量子計算尚未實現(xiàn)大規(guī)?？扇蒎e通用量子計算，已有應用案例距離實現(xiàn)指數(shù)級加速或提供量子計算優(yōu)越性依舊存在很大距離，實用化應用落地亟需進一步加速突破。未來量子計算一旦在實用價值計算問題上實現(xiàn)明顯加速優(yōu)勢，將極大推動技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展。以此為目標，業(yè)界需要在提升量子計算機硬件性能的基礎上，促進感興趣的行業(yè)企業(yè)開放應用場景，挖掘適合使用量子計算的潛在應用案例，加速推動面向?qū)嶋H業(yè)務場景的量子計算研發(fā)和應用，從而提高量子計算科研成果向?qū)嵱没?、工程化轉化的（二）量子計算云平臺提供者漸多，功能普遍待強化現(xiàn)階段，量子計算機具有軟硬件使用門檻高、硬件環(huán)境要求嚴苛以及運維成本高昂等特點，這使得企業(yè)和個人用戶難以在本地進行部署。以此為背景，量子計算云平臺應運而生，融合了量子計算與經(jīng)典云服務，通過網(wǎng)絡為用戶提供量子計算機的遠程訪問功能。量子計算云平臺憑借其靈活的服務模式、便利的接入方式以及豐富的應用場景，正逐漸成為量子計算重要發(fā)展方向之一，未來有望成為提供量子計算服務的主要應用形式。全球已涌現(xiàn)出數(shù)十個量子計63/de/de/pages/innovation/contents/deloitte-quantum-climate-challenge.64/rigetti/quantum-enhanced-machine-learning-with-moodys-analytics-543d37d離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等技術路線。量子計算云平臺后端硬件的接入模式主要可分為三類。第一類是自研設備接入模式，云平臺提供者具備量子計算硬件自主研發(fā)能力，在云平臺上提供自研的量子計算機或基于經(jīng)典算力的量子模擬器，代表性企業(yè)或機構包括IBM、IonQ、Xanadu、Rigetti、本源量子、國盾量子、北京量子院等。第二類是云服務接入模式，云平臺提供者憑借其云服務能力，在云平臺上接入其他供應商的軟硬件，代表性企業(yè)或機構包括微軟、亞馬遜、Strangeworks、弧光量子、中國移動、中國電信等。第三類是融合型接入模式，是上述兩類接入模式的綜合，即在計算云平臺為例，該平臺可接入自研量子處理器以及Rigetti、Rigetti等初創(chuàng)企業(yè)紛紛布局量子計算云平臺，通過提供量子計算處理器、模擬器以及開發(fā)工具等服務，吸引了大量開發(fā)者、研究者和德國電信合作為用戶提供其量子計算機的云端訪問能力68。國內(nèi)方面，本源量子、國盾量子、弧光量子等量子計算企業(yè)以及中國移動、中國電信等運營商也相繼推出量子計算云平臺，這不僅表明量子計算企業(yè)對于云平臺發(fā)展十分重視，也反映出電信運營商認可量子計算在提升網(wǎng)絡性能、加強安全通信等方面的潛在價值，致力于共同推動量子計算應用和產(chǎn)業(yè)化進程。2023年底，中國移動云能力中心和玻色量子共同推出“五岳量子計算云平臺——恒山光量子算力平臺”。中國移動“五岳”量子計算云平臺布局多制式量子算力并網(wǎng)、多模式量子算法程序設計和多元化量子場景算法等技術方向，65/blog/q-ctrl-integrates-its-error-suppression-technology-into-ibm-quant66/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevAppl67/off-the-wire/ionq-forte-now-available-through-the-amazon-b68/enterprise-telecoms/deutsche-telekom-strikes-yet-another旨在拓展量子計算應用邊界。2024年，北京量子院聯(lián)合中國物理研究所、清華大學發(fā)布Quafu量子云算力集群，該平臺提供五塊百比特規(guī)模的量子芯片資源，并融合了經(jīng)典算力資源69。中國科學院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院研發(fā)并交付504比特量子計算芯片“驍鴻”，后續(xù)計劃通過中電信量子集團“天衍”量子計算云平臺等平臺向全球開放70。啟科量子上線量子-經(jīng)典混合算力云平臺“<Qu|Cloud>”，提供20比特離子阱量子計算處理器和基于總的來說，國內(nèi)量子計算云平臺在云平臺功能、應用探索、商業(yè)模式、用戶影響力等方面與國際先進水平相比仍有較大差距，未來仍量子計算云平臺已成為用戶訪問量子計算資源、開展實驗驗證和應用探索的重要助力工具之一。隨著量子計算技術的不斷進步和云平臺功能的日益成熟，未來量子計算云平臺將呈現(xiàn)出三方面發(fā)展趨勢：一是服務模式的創(chuàng)新與拓展，從當前的基礎設施服務向更加豐富的平臺服務和應用服務演進；二是跨平臺跨行業(yè)的深度融合與協(xié)作，推動多領域量子計算應用與落地；三是智能化、自動化的運量子計算云平臺的發(fā)展需要業(yè)界在多個方向聯(lián)合推動。首先，持續(xù)加大研發(fā)投入，提升量子計算技術的成熟度和穩(wěn)定性，從而支69https://quafu.baqis71https://www.qudoor.撐量子計算云平臺的長期穩(wěn)定運行；其次，加強數(shù)據(jù)安全與隱私保護機制的建設，確保用戶數(shù)據(jù)的安全可控；最后，推動標準化與互操作性的發(fā)展，降低不同平臺之間交互使用的門檻，促進量子計算（三）基準測評研究正在穩(wěn)步推進，成果與挑戰(zhàn)并現(xiàn)隨著量子計算原型機的研制和應用探索的開展，基準測評開始逐步受到重視，如何準確高效地評估量子計算系統(tǒng)的性能，已成為業(yè)界關注的焦點，為用戶分析量子計算技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平提供重要參考。量子計算基準測評是表征硬件性能指標和評價系統(tǒng)能力的關鍵技術，不僅助力推進量子計算底層硬件開發(fā)和應用落地，更是連量子計算基準測評發(fā)展十分迅速，業(yè)界相繼提出了一系列測評基準方法。這些基準方法通常包含多種具有特定功能的任務，例如量子門操作的保真度測試、量子比特的相干時間評估以及量子算法執(zhí)行效率等等，旨在為不同的量子計算系統(tǒng)提供相對公平的對比手量子電路級、系統(tǒng)級、算法級和應用級等層次，各層次的測評基準呈現(xiàn)出不同特點與側重點。底層基準，例如量子比特級和量子電路級，與硬件的關聯(lián)度較高，能夠充分體現(xiàn)各種技術路線之間的差異性。底層的參數(shù)指標相對更為分散且具體，便于熟悉技術細節(jié)的研發(fā)人員精準地發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案。隨著層級的上升，例如系統(tǒng)級、算法級和應用級，基準變得更為集中和直觀，上層基準往往通過少數(shù)幾個關鍵參數(shù)，即可全面描述量子計算系統(tǒng)的整體性能或其在解決特定應用問題時的能力，這類基準更適合用于評估系統(tǒng)或近年來，業(yè)界積極開展量子計算基準測評研究，致力于以更加客觀的方法對量子計算系統(tǒng)的綜合性能進行評估。2023年底，IBM提出了每層門誤差（EPLG可以更準確地評估串擾，也可用于估計錯誤緩解所需的電路數(shù)量，同時更新了每秒電路層操作數(shù)（CLOPSh）的定義，以便更真實地反映硬件性能72。EPLG、模、質(zhì)量和速度三個維度較為全面地評價量子計算系統(tǒng)的性能。擴展了面向HHL、VQE、量子機器學習計算結果質(zhì)量（如最終基態(tài)能量、分類準確率等）和計算成本等參 （QBI主要針對量子計算算法和應用進行基準測試，并評估構建工業(yè)級量子計算機的可行性74。隨著量子計算技術的不斷發(fā)展，各類測試基準研究顯得尤為重要。然而量子計算基準測評研究也面臨著一系列挑戰(zhàn)，例如基準的這種高估主要源于錯誤緩解技術和電路編譯策略的應用，上述技術在特定使用場景中能夠提升效率和準確性，但可能誤導整體性能的評估。因此，在評估和比較不同量子計算機的性能時，研究人員必量子計算基準測評研究在評估發(fā)展現(xiàn)狀、推動行業(yè)發(fā)展、連接理論與實踐應用等方面均發(fā)揮著至關重要的作用?，F(xiàn)階段國內(nèi)外針對量子計算基準測評的研究不斷深入，取得成果的同時也面對諸多挑戰(zhàn)。未來業(yè)界需要持續(xù)完善評估體系，更新評價方案，建立評估標準，從而更精準、全面地展現(xiàn)量子計算機的實際性能，推動行業(yè)74/2024/07/darpa-launches-quantum-benchma75/news/debunking-a（四）量子-經(jīng)典融合成焦點，技術體系架構至關重要量子計算技術產(chǎn)業(yè)目前正處于蓬勃發(fā)展的階段，然而當前量子計算機的操作和維護仍面臨巨大挑戰(zhàn)，未來大規(guī)模商用必須跨越從理論優(yōu)勢證明到實現(xiàn)應用價值的鴻溝。業(yè)界逐漸意識到，單純的量子計算或經(jīng)典計算均難以滿足所有計算需求，因此需將兩者進行有機融合，以形成更為強大的計算能力。在此背景下，量子-經(jīng)典融合計算將量子計算和經(jīng)典計算相結合，充分利用二者的優(yōu)勢共同解決量子-經(jīng)典融合計算作為一種新型的計算模式，具有兩大基本特征：混合和協(xié)同?；旌鲜侵冈谝粋€系統(tǒng)中同時包含量子計算和經(jīng)典計算，形成具有異構算力的混合計算。量子計算機可以分為通用門型量子計算機和專用量子計算機。通用門型量子計算機目前存在超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等多種技術路線，不同路線在技術原理、性能指標、成熟度等方面存在較大差異。專用量子計算機主要包括量子退火機和相干伊辛機。經(jīng)典處理器主要包括用門型量子計算機與專用量子計算機之間的混合，也包含多種量子計算架構與各類經(jīng)典計算架構的混合。協(xié)同是指量子計算機負責處理量子信息，例如量子態(tài)制備和測量，而經(jīng)典計算機則負責處理經(jīng)典信息，例如邏輯運算、浮點運算、算法分析和優(yōu)化等。通過設計算法和接口，可使量子計算部分與經(jīng)典計算部分相互協(xié)作，共同完成計算任務。量子計算機適合解決數(shù)據(jù)的并行運算、矩陣運算、線性代數(shù)等問題，而經(jīng)典計算擅長進行邏輯運算、浮點運算等操作，且具有相對完善的編程開發(fā)工具、操作系統(tǒng)和算法庫。量子-經(jīng)典融合計算的核心思想是利用量子計算的優(yōu)勢加速求解特定問題，同時本報告研究并初步提出量子-經(jīng)典融合計算技術體系架構，如圖15所示，可劃分為應用層、開發(fā)工具層、算法層、編程框架層、任務調(diào)度層、資源管理層、物理資源層等七個層級。應用層包含了量子-經(jīng)典融合計算的典型應用領域，包括量化金融、能源材料、生物醫(yī)藥、交通物流和信息通信等，該層主要通過封裝好的軟件、函數(shù)，或自定義開發(fā)的形式向行業(yè)用戶提供計算服務。開發(fā)工具層為量子-經(jīng)典融合算法提供開發(fā)和調(diào)試的工具，包括JupyterNotebook、WebIDE等。算法層為應用層提供典型的量子-經(jīng)典融合算法，代表性算法包括變分量子本征求解器（VQE）、量子近似優(yōu)化算法（QAOA）、量子機器學習（QML）和量子神經(jīng)網(wǎng)絡（QNN）等。編程框架層為算法開發(fā)提供基本的編程語言和編譯工具，為底層硬件和上層應用軟件提供互聯(lián)接口，同時完成量子和經(jīng)典計算任務的拆解和互操作，最終將高級程序設計語言轉化為硬件指令集，傳遞至底層硬件。任務調(diào)度層對拆解后的量子任務和經(jīng)典任務進行調(diào)度，并實現(xiàn)各種量子和經(jīng)典異構算力之間的協(xié)同，目前主要有兩種任務調(diào)度方式，分別是異構并行調(diào)度和遠程并行調(diào)度，前者實現(xiàn)量子-經(jīng)典系統(tǒng)間的低時延通信，后者實現(xiàn)方式相對容易。資源管理層實現(xiàn)各類物理機、虛擬機、Docker容器以及拓撲的注冊、監(jiān)控、調(diào)度等功能。物理資源層是最底層，分為經(jīng)典資源和量子資源，經(jīng)典資源包含各類經(jīng)典算力、存力、運力基礎設施，量子資源包含各種技術路線的通用門型量子計算機、專用量子計算機以及量子線路模擬器。隨著技術的不斷突破，科技企業(yè)逐漸認識到量子-經(jīng)典融合計算量子計算系統(tǒng)NVIDIADGXQuantum，該系統(tǒng)基于NVIDIAGrace使得GPU和QPU間的通信時延降低至亞微秒級76。微軟提出批量量76/news/nvidia-announces-new-system-for-accelerated-quantum-classical-c子計算、交互式量子計算、集成量子計算和分布式量子計算四種量子-經(jīng)典融合模式，逐步從遠程并行調(diào)度過渡到異構并行模式77。亞管編排，將經(jīng)典計算資源和量子處理器的訪問權限相結合，同時支持量子電路的參數(shù)化編譯，可優(yōu)化基于循環(huán)迭代的量子-經(jīng)典融合算法的執(zhí)行流程78。IBM在路線圖中指出預計算中心的超級計算，將量子處理器、經(jīng)典處理器、量子通信網(wǎng)絡和國內(nèi)方面，中微達信推出適用于經(jīng)典計算機、多路量子測控的級的調(diào)用延遲80。本源量子發(fā)布量云融合方案架構，量子計算機通過公網(wǎng)與經(jīng)典超算計算機遠程互聯(lián)，通過在量子司南操作系統(tǒng)與超算管理調(diào)度模塊之間運行量子-經(jīng)典交互協(xié)議進行協(xié)同計算81。中電信量子“天衍”量子計算云平臺提供批量和交互式兩種量子-經(jīng)典融合模式，從而實現(xiàn)遠程并行調(diào)度82。未來隨著量子計算技術的不斷突破和經(jīng)典計算機性能的日益提升，量子-經(jīng)典融合計算已成為推動計算產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的重要趨勢之一，二者形成互補優(yōu)勢，是推動技術發(fā)展的關鍵?？傮w而言，量子-g77/en-us/azure/quantum/hybrid-computing-78/zh_cn/braket/latest/developerguide/braket-developer-guide.pdf#braketbrid-job79/roadmaps/quantum.pdf80/81https://qcloud.originqc.82/labo經(jīng)典融合領域?qū)⒁M一步深入探索應用場景，同時不斷健全完善調(diào)度機制，分步驟地逐漸建立起產(chǎn)業(yè)生態(tài)。硬件制造商需要研制高性能、高穩(wěn)定性的量子-經(jīng)典融合計算系統(tǒng)，為整個生態(tài)提供強大的計算基礎；軟件開發(fā)者則需針對融合計算的特點和需求，開發(fā)高效、易用的編程工具和軟件平臺，降低開發(fā)難度，提高開發(fā)效率；應用服務提供者將利用量子-經(jīng)典融合計算的優(yōu)勢，為各行各業(yè)提供定制四、量子計算產(chǎn)業(yè)培育多方并舉，生態(tài)系統(tǒng)逐步興起（一）產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步形成，關鍵環(huán)節(jié)發(fā)展仍有待推進隨著量子計算原型機研制、軟件研發(fā)、應用探索和云平臺建設的發(fā)展，上中下游企業(yè)不斷涌現(xiàn)，為量子計算技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入充產(chǎn)業(yè)生態(tài)上游包括環(huán)境支撐系統(tǒng)、測控系統(tǒng)以及核心設備組件等，具體涉及稀釋制冷機、真空系統(tǒng)、低溫組件、光學器件等眾多方面，是整個量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)的基礎底座。由于量子計算技術復雜性、多路線并行推進和發(fā)展趨勢存在不確定性等原因，目前產(chǎn)業(yè)生態(tài)上游呈現(xiàn)分散化和多樣化的特點，一方面分散化導致供應商集中開展技術攻關的難度提升，但另一方面多樣化則可能有助于減少單一供應商可能造成的供應壟斷等風險。國內(nèi)外對比來看，歐美國家處于量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)上游的企業(yè)數(shù)量更多且發(fā)展水平更高，在產(chǎn)品研制、技術創(chuàng)新以及市場需求等方面積累了較為優(yōu)越的條件和資源。我國上游企業(yè)近幾年發(fā)展迅速，相繼推出各類自研產(chǎn)品，但在部分關鍵設備組件的性能指標、制造成本和市場認可度等方面仍有較大提升空間，未來仍需通過自主研發(fā)進一步提高產(chǎn)品技術水平。產(chǎn)業(yè)生態(tài)中游企業(yè)包括量子計算原型機制造商和軟件供應商，是量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心環(huán)節(jié)，同時也是企業(yè)數(shù)量較為集中的部分。原型機方面，全球從事量子計算機原型機研制的企業(yè)中，專注于超導路線的企業(yè)數(shù)量最多，超過總量的三分之一，其次是離子阱、中性原子、光量子和硅半導體等技術路線。軟件方面，眾多企業(yè)致力于打造各自的量子計算軟件，同時構建開源軟件社區(qū)，為量子計算技術發(fā)展和應用探索提供推動力。國內(nèi)外對比來看，大部分國家并行布局多種技術路線，歐美企業(yè)在數(shù)量、原型機研制能力、軟件研發(fā)、開源社區(qū)建設等方面占據(jù)一定優(yōu)勢。我國在幾條主流技術路線均有布局，近年也出現(xiàn)一批量子計算軟件企業(yè)，但總體而言在企產(chǎn)業(yè)生態(tài)下游企業(yè)包括量子計算云平臺供應商和行業(yè)應用企業(yè)，是最接近用戶的環(huán)節(jié)，在產(chǎn)業(yè)生態(tài)中扮演著至關重要的角色。云平臺方面，依托互聯(lián)網(wǎng)為各類用戶提供云端接入，共享量子計算資源，促進量子計算產(chǎn)業(yè)提前布局與生態(tài)良性培養(yǎng)。行業(yè)應用方面，金融、化工、醫(yī)藥、交通等行業(yè)用戶關注量子計算應用潛力，開放應用場景并開展應用探索，致力于尋找針對行業(yè)特定難題的解決方案。國內(nèi)外對比來看，IBM、亞馬遜、微軟等國外科技巨頭的量子計算云平臺在資源共享性、硬件多樣性、應用案例豐富性、服務模式商用化等方面走在全球前列。量子計算企業(yè)與不同領域行業(yè)企業(yè)積極合作，聯(lián)合探索量子計算在重點行業(yè)領域的應用。我國量子計算云平臺供應商在平臺間協(xié)同合作、后端硬件水平、商業(yè)模式探索等方面仍有待提升。我國傳統(tǒng)行業(yè)企業(yè)在量子計算方面的投入力度、關注程度以及與量子計算企業(yè)之間的合作機制等方面仍有待進一步加強以量子計算為代表的量子信息技術已成為未來產(chǎn)業(yè)布局的重要關注點之一。產(chǎn)業(yè)基礎能力支撐未來產(chǎn)業(yè)的布局和發(fā)展，不同國家產(chǎn)業(yè)基礎能力的對比分析能夠為評價該國在量子計算技術產(chǎn)業(yè)領域的綜合實力和國際競爭力提供視角和工具。本報告基于科研基礎、政府支持、商業(yè)活動、技術成果等維度構建量子計算產(chǎn)業(yè)基礎能力分析方法，鑒于美、中、英三個國家在技術、應用和產(chǎn)業(yè)等方面取得諸多成果，走在全球量子計算發(fā)展的前列，具有代表性，因此選科研基礎方面，我國論文年增長量較高，但高被引論文量、國際合作論文比例等存在差距，某種程度上體現(xiàn)了我國科研影響力與國際合作等方面仍待提升。政府支持方面，中美研發(fā)資金總額均保持較高水平，我國量子計算重要研究中心數(shù)量仍需增加，且尚未有業(yè)活動方面，美國在企業(yè)總數(shù)、資金分布、初創(chuàng)企業(yè)投資金額、供應鏈環(huán)節(jié)等方面具有一定領先優(yōu)勢。技術成果方面，我國專利量增長率較高，領先的技術路線數(shù)量和技術路線圖等方面依舊有提升空間，側面表明了我國未來需要在提升量子計算技術水平的同時，加全球量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)仍處于發(fā)展初期，正逐步從理論研究走向?qū)嶋H應用，規(guī)?；瘧煤彤a(chǎn)業(yè)化仍有待進一步推進。上游企業(yè)提供支撐配套和服務功能，中游企業(yè)發(fā)揮創(chuàng)新決策主體、投入主體、科研組織主體、成果轉化主體等作用，下游企業(yè)則助力推進應用示范牽引。未來需要持續(xù)加大生態(tài)系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)基礎能力的培育力度，鼓勵量子計算上中下游企業(yè)共同參與、共建共擔共享，在技術攻關、實驗驗證、應用探索等方面加強合作，打造產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新模（二）企業(yè)進入發(fā)展活躍期，不斷推動產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展近年來，量子計算已成為全球科技企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)的重點布局方向之一?？萍计髽I(yè)主要采用局部重點發(fā)力的形式來推進量子計算技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展，致力于利用量子計算實現(xiàn)提升企業(yè)競爭力、創(chuàng)造經(jīng)濟效益、開拓新業(yè)務、應對市場變化等目標。初創(chuàng)企業(yè)的成熟度逐漸提升，在軟硬件研發(fā)、創(chuàng)新成果輸出和應用探索等方面表現(xiàn)活躍，現(xiàn)階段歐美是量子計算企業(yè)聚集度和活躍度較高的地區(qū)。美國IBM、谷歌、Intel、微軟、亞馬遜等大型科技企業(yè)憑借其公司體量龐大、技術先進、經(jīng)驗豐富、商業(yè)能力強等優(yōu)勢，在量子計算行業(yè)技術路線上穩(wěn)步發(fā)展，經(jīng)過數(shù)年運營已初具規(guī)模，推出各具特色的產(chǎn)品，并積極探索公司產(chǎn)品可能的應用方向，行業(yè)影響力日漸增強。元級別，三家上市公司均未扭虧為盈。整體來看，上市公司普遍實現(xiàn)營業(yè)收入持續(xù)增長但均仍處于虧損狀態(tài)，這是由行業(yè)發(fā)展存在技術風險、市場認可度有待提升以及企業(yè)營業(yè)成本增加等原因共同造歐洲量子計算企業(yè)以初創(chuàng)企業(yè)為主，代表性企業(yè)包括Pasqal、硅半導體等多條技術路線的硬件研制、軟件開發(fā)、云平臺建設和應用探索，具有較大的發(fā)展?jié)摿εc動能。此外，澳大利亞的SQC、路線上積極推進技術研究和產(chǎn)品研制，近幾年成果頗豐?？偟膩碚f，歐美企業(yè)發(fā)展勢頭迅猛且合作緊密，在技術攻關、應用探索和產(chǎn)業(yè)我國量子計算企業(yè)持續(xù)在樣機研制、軟件算法和應用推動等方面積極布局，推出諸多成果。騰訊、華為、中國電科等科技企業(yè)均布局量子計算方向，旨在開展技術研究，研發(fā)軟硬件產(chǎn)品，并探索量子計算在重點行業(yè)領域中的應用。阿里和百度相繼裁撤量子計算實驗室也一度成為業(yè)界熱點事件。中國移動、中國電信等電信運營商在近兩年也積極加大量子計算領域投資和研究力度，相繼推出各自的量子計算云平臺，致力于聯(lián)合量子計算企業(yè)共同加速推進技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本源量子、國盾量子、華翊量子、啟科量子、玻色量子、圖靈量子、量旋科技、弧光量子、中科酷源、幺正量子等初創(chuàng)企業(yè)積極推進技術研究與應用探索，紛紛推出軟硬件產(chǎn)品和云平臺，發(fā)展進程持續(xù)加快。整體來看，我國量子計算企業(yè)的投入力度和發(fā)展在量子計算快速發(fā)展的背景下，全球已涌現(xiàn)出百余家相關企業(yè)，企業(yè)的快速發(fā)展在推進量子計算產(chǎn)業(yè)化中起著至關重要的作用。針對量子計算企業(yè)的發(fā)展水平進行分析，對于促進和推動整個行業(yè)的進步具有重要意義，具體來看，路線布局從側面展示企業(yè)的核心能力，科研成果表征企業(yè)的創(chuàng)新水平，資本市場則是推動企業(yè)商業(yè)化發(fā)展的關鍵，下文從上述三個方面著重分析探討現(xiàn)階段全球量子計從路線布局上看，全球量子計算原型機研制企業(yè)在路線選擇方面呈現(xiàn)多樣化。其中超導路線受到最多企業(yè)關注，科技企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)均有布局。布局離子阱路線的企業(yè)數(shù)量僅次于超導，且大部分為初創(chuàng)企業(yè)。中性原子量子計算企業(yè)數(shù)量比較有限，基本為初創(chuàng)企業(yè)，但企業(yè)活力普遍較高，近年來發(fā)展迅速并推出大量成果。布局光量子路線與硅半導體路線的企業(yè)數(shù)量較少，前者受到初創(chuàng)企業(yè)關顯示，在量子計算領域，全球前10%高被引論文中，美國企業(yè)發(fā)表量子計算發(fā)明專利前十的企業(yè)中，美國企業(yè)占六家，IBM的專利數(shù)排名第一，而中國企業(yè)僅占一家。這一定程度上表明我國量子計算從資本市場上看，上市情況方面，美國量子計算初創(chuàng)企業(yè)中上金額僅4億美元。對比來看，我國量子計算產(chǎn)業(yè)培育和企業(yè)發(fā)展仍處早期階段，投入力度相對有限，未來仍需加快產(chǎn)業(yè)培育，激發(fā)企量子計算企業(yè)正在經(jīng)歷發(fā)展活躍期，企業(yè)規(guī)模持續(xù)增長，創(chuàng)新能力日益提升，但由于量子計算技術路線并未收斂、發(fā)展前景存在不確定性、應用尚未落地等原因，相關企業(yè)仍需提升多個方面的能力。原型機研制方面，硬件系統(tǒng)研制企業(yè)需加快原型機的更新迭代速度，在更新迭代中促進量子芯片等核心技術發(fā)展。供應鏈方面，上游量子計算企業(yè)需加強基礎設備組件研發(fā)，實現(xiàn)技術和工程突破，以滿足未來原型機更高的技術要求。應用探索方面，量子計算企業(yè)需進一步深化與行業(yè)用戶的合作，開展實用化算法研究和驗證，探索量子算法的加速作用。與此同時，需要加強量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)上中下游的交流協(xié)作，探索互惠互贏、可持續(xù)的生態(tài)模式，為量子計（三）聯(lián)盟促進生態(tài)培育，公共設施助力產(chǎn)學研合作隨著量子計算技術研發(fā)和應用探索持續(xù)推動，著眼于科研成果轉化、行業(yè)應用創(chuàng)新、供應鏈建設、人才培養(yǎng)和公共平臺建設等工作的產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育，已開始成為全球主要國家在量子計算領域的聚焦點之一，加強政產(chǎn)學研用各方的溝通交流與協(xié)同創(chuàng)新正逐步成為近年來全球多國相繼成立量子信息技術領域產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，成員涵蓋量子企業(yè)、研究機構和行業(yè)用戶，持續(xù)推動產(chǎn)學研用多方合作，已成為推動構建應用產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重要力量。全球代表性量子信息產(chǎn)布英國量子行業(yè)宣言，為下一屆英國政府提出促進量子技術發(fā)展的具體建議83。韓國運營商SKTelecom牽頭成立量子聯(lián)盟XQuantum，致力于通過探索聯(lián)合的商業(yè)機會共同推動韓國量子生態(tài)發(fā)展84。我開展技術研究、標準預研、測評驗證、應用案例征集等方向的二十余個項目，為國內(nèi)產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育貢獻力量。武漢量子科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟正式揭牌成立85。總的來說，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正有力促進產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展和產(chǎn)業(yè)集群的形成，產(chǎn)學研用多方合作開展活躍，取得多方響應。83/ukquantum-launches-its-manifesto-for-the-uk-quantum-techn84https://www.koreaherald.85/hbfb/szs開展量子計算加工制造、工程研發(fā)、測試驗證等相關公共設施平臺建設是助力產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展的另一種重要方式，代表性量子計算公共設施平臺建設如表2所示。歐美高度重視量子計算公共平臺與級現(xiàn)有的歐洲微納米和量子技術基礎設施86。法國在量子技術國家投資規(guī)劃框架下，啟動國家量子計算平臺，致力于聯(lián)通量子計算機和經(jīng)典計算機，并面向國際上的實驗室、初創(chuàng)企業(yè)和制造商等提供子計算測試平臺88。2024年，芬蘭國家計量研究所完成量子處理器測試與測量基礎設施建設，包含自旋量子比特低溫測量系統(tǒng)和晶圓87/news/france-announced-the-launuting-platform-nwid-914.ht