2024全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望-ICV光子盒

序

言引領(lǐng)量子時(shí)代，共鑄產(chǎn)業(yè)未來在過去的一年里，我們見證了全球量子計(jì)算領(lǐng)域取得的多方面的進(jìn)展和突破，這些成就正在引領(lǐng)人類進(jìn)入一個(gè)前所未有的計(jì)算時(shí)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(jì)算也悄悄參與其中。量子計(jì)算可以加速和優(yōu)化大規(guī)模模型的計(jì)算過程，雖然還不能賦予巨大的能力，但為解決復(fù)雜問題提供了新的思路和工具，展示了跨領(lǐng)域融合創(chuàng)新的廣泛潛力。今年起，我們的報(bào)告關(guān)注焦點(diǎn)有了較為明顯的改變，以往我們大量關(guān)注大學(xué)和科研院所的科技研發(fā)進(jìn)展，因?yàn)槟菚r(shí)他們是量子計(jì)算進(jìn)步的主力軍。今年，已經(jīng)有越來越多的商業(yè)組織在量子計(jì)算領(lǐng)域有了動(dòng)作，我們回到初衷，重點(diǎn)關(guān)注商業(yè)和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展情況。在量子芯片技術(shù)方面，多元發(fā)展成為產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵動(dòng)力。各國(guó)在超導(dǎo)、離子阱、光子、中性原子和半導(dǎo)體等多種技術(shù)路線上投入了巨大支持，形成了各具特色的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。量子計(jì)算云平臺(tái)的日益成熟，逐步降低量子計(jì)算的使用門檻和成本，為用戶提供更為便捷的服務(wù)。這一進(jìn)步將使得更多行業(yè)和領(lǐng)域能夠充分利用量子計(jì)算的能力，推動(dòng)其應(yīng)用范圍和影響力的不斷擴(kuò)大。然而，我們也不得不面對(duì)2023年量子計(jì)算行業(yè)融資活動(dòng)相對(duì)降溫的現(xiàn)實(shí)。宏觀經(jīng)濟(jì)情況不佳，融資交易減少，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)在量子領(lǐng)域日趨激烈...最后，站在這個(gè)充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇的時(shí)刻，我們?nèi)詫?duì)2024年量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)發(fā)展充滿信心和期待。讓我們攜手共進(jìn)，共同見證量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。ICV前沿科技咨詢總監(jiān)、高級(jí)副總裁JudeGreen1聲

明0102本報(bào)告體現(xiàn)的內(nèi)容和闡明的觀點(diǎn)力求獨(dú)立、客觀，本報(bào)告中的信息或所表述的觀點(diǎn)均不構(gòu)成投資建議，請(qǐng)謹(jǐn)慎參考。本報(bào)告旨在梳理和呈現(xiàn)2023年度內(nèi)全球范圍內(nèi)量子細(xì)分技術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)生的重要事件，涉及數(shù)據(jù)及信息以公開資料為主，以及對(duì)公開數(shù)據(jù)的整理。并且，結(jié)合發(fā)布之時(shí)的全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)短期未來可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)判描述。0304本報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注2023年1月1日至2023年12月31日間量子細(xì)分行業(yè)發(fā)生的相關(guān)內(nèi)容，以當(dāng)?shù)貢r(shí)間報(bào)道為準(zhǔn)，以事件初次發(fā)布之時(shí)為準(zhǔn)。對(duì)同一內(nèi)容或高度相似內(nèi)容的再次報(bào)道，若跨年度，不視為2023年發(fā)生的重要事件。本報(bào)告版權(quán)歸ICVTA&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(wǎng)站、公眾號(hào)或個(gè)人使用本報(bào)告內(nèi)容的，須注明來源（2024全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望[R].ICVTA&K&光子盒.2024.02）。本報(bào)告最終解釋權(quán)歸ICVTA&K和光子盒所有。05任何個(gè)人和機(jī)構(gòu)，使用本報(bào)告內(nèi)容時(shí)，不得對(duì)本報(bào)告進(jìn)行任何有悖原意的引用、刪減和篡改。未經(jīng)書面許可，任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、發(fā)表、印刷等。如征得同意進(jìn)行引用、轉(zhuǎn)載、刊發(fā)的，需在允許范圍內(nèi)。違規(guī)使用本報(bào)告者，承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。0607本報(bào)告引用數(shù)據(jù)、事件及觀點(diǎn)的目的在于收集和歸納信息，并不代表贊同其全部觀點(diǎn)，不對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。本報(bào)告涉及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)截至統(tǒng)計(jì)之時(shí)的情況，不代表未來情況，不夠成投資建議，請(qǐng)謹(jǐn)慎參考。2致

謝本篇報(bào)告由全球前沿科技咨詢機(jī)構(gòu)ICV邀請(qǐng)中國(guó)量子科技服務(wù)平臺(tái)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(shù)和素材的支持：3目錄Contents1.2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽2.硬件整機(jī)517313951576673803.核心設(shè)備與器件4.軟件、算法、云平臺(tái)5.投融資6.供應(yīng)商評(píng)價(jià)7.產(chǎn)業(yè)分析與預(yù)測(cè)8.產(chǎn)業(yè)展望9.附件4012023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽目錄012023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽0102030405060708量子計(jì)算芯片與軟件算法蓬勃發(fā)展高性能計(jì)算與量子計(jì)算的融合已成為現(xiàn)實(shí)各大電信運(yùn)營(yíng)商競(jìng)相布局量子計(jì)算研究活躍科研成果頻出硬件發(fā)展路線圖不斷更新產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)逐年增多生態(tài)建設(shè)日趨完善產(chǎn)業(yè)發(fā)展即將進(jìn)入快速成長(zhǎng)周期6第一章012023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽量子計(jì)算芯片與軟件算法蓬

勃發(fā)展本部分根據(jù)技術(shù)創(chuàng)新、實(shí)際效益以及科研引領(lǐng)等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，選取了2023年量子計(jì)算領(lǐng)域的十項(xiàng)最重要進(jìn)展，包括首次成功應(yīng)用、有效實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、新穎架構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)最值、實(shí)際效用提升、采用方案者數(shù)量及影響力，以及是否有重大科研突破和廣泛報(bào)道。總體進(jìn)展按照量子計(jì)算芯片以及軟件算法云平臺(tái)兩個(gè)大方向展示。圖表2023年全球量子計(jì)算十項(xiàng)重要進(jìn)展量子計(jì)算芯片量子比特?cái)?shù)量與量子體積相干時(shí)間量子芯片架構(gòu)傳輸與存儲(chǔ)量子糾錯(cuò)Quantinuum的H-Series量子計(jì)算機(jī)連續(xù)創(chuàng)下了三個(gè)量子體積（QV）的新紀(jì)錄：217、218和219，為目前報(bào)道最高的量子體積記錄。馬里蘭大學(xué)在藍(lán)寶石芯片上成功創(chuàng)建了磁通量量子比特，其相干時(shí)間IBM推出模塊化量子計(jì)算機(jī)，結(jié)合可擴(kuò)展低溫基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)典服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算的蘇薩塞克斯大學(xué)與UniversalQuantum合作，實(shí)現(xiàn)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(xué)、福州大學(xué)以及南方科技大學(xué)4家研究團(tuán)隊(duì)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(cuò)的效率，超過了糾錯(cuò)盈虧平衡點(diǎn)約16%。為1.48毫秒，超級(jí)計(jì)算架構(gòu)。功率高達(dá)IBM發(fā)布了首款超過1000量子比特的量子計(jì)算處理器Condor，其擁有1，121量子比特，基于其上一代旗艦產(chǎn)品Eagle芯片架構(gòu)。QuEra實(shí)現(xiàn)了48個(gè)邏輯量子比特，能夠檢測(cè)和糾正糾纏邏輯門操作過程中出現(xiàn)的任意錯(cuò)誤。是目前最高紀(jì)錄，并且保真度達(dá)到基于此架構(gòu)，IBM發(fā)布了133量子比特可擴(kuò)99.999993%，連接速度為每秒2424次，是目前最高紀(jì)錄。了99.991%。展芯片Heron。軟件、算法、云平臺(tái)混合計(jì)算與大模型容錯(cuò)算法量子云平臺(tái)英偉達(dá)發(fā)布了DGXQuantum系統(tǒng)，結(jié)合了CUDAQuantum和H100NVL等技術(shù)，為GPT等生成式AI大模型提供了量子經(jīng)典混合計(jì)算的加速平臺(tái)。Quantinuum使用邏輯量子比特在其H1量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)算法，通過“隨機(jī)量子相位估計(jì)”計(jì)算了氫分子的基態(tài)能量。Q-CTRL的錯(cuò)誤抑制技術(shù)（名為Q-CTRLEmbedded）已被集成到IBM云量子服務(wù)中，現(xiàn)在用戶只需輕按開關(guān)，就能降低錯(cuò)誤率。|VersionFeb20247第一章022023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽高性能

計(jì)算與量子計(jì)算的融

合已

成

為現(xiàn)實(shí)2023年，全球發(fā)生了諸多量子計(jì)算與超算融合的事件，量超融合已經(jīng)從理論轉(zhuǎn)向初步實(shí)踐，還呈現(xiàn)出深化發(fā)展之勢(shì)。量超融合主要依托云平臺(tái)向外提供算力，成為超算中心的一種新型計(jì)算形式的補(bǔ)充，提供多樣、靈活、高效的計(jì)算資源，為不同行業(yè)領(lǐng)域提供更強(qiáng)大的算力，可供更廣泛地探索量子計(jì)算的潛在價(jià)值。目前量子計(jì)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(shí)現(xiàn)，接下來需要在多個(gè)維度進(jìn)行嘗試與探索，包括兼容性與集成（接口設(shè)計(jì)、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(diào)度等。隨著技術(shù)演進(jìn)和國(guó)際合作的深化，量子計(jì)算融入超算體系將是必然的一步。圖表2023量超融合進(jìn)展事件德國(guó)啟動(dòng)Euro-Q-Exa量歐盟高性能計(jì)算聯(lián)合計(jì)劃子計(jì)算機(jī)招標(biāo)，系統(tǒng)該系(EuroHPCJU)下的高性能統(tǒng)將由萊布尼茨超級(jí)計(jì)算計(jì)算和量子模擬(HPCQS)中心(LRZ)托管和運(yùn)營(yíng)，項(xiàng)目，其用戶已經(jīng)能夠通并集成到超級(jí)計(jì)算機(jī)過各成員國(guó)的節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證SuperMUC-NG中他們的HPC-QC融合應(yīng)用在法國(guó)混合量子計(jì)劃（HQI）在，法國(guó)國(guó)家大型計(jì)算中心（GENCI）購(gòu)入Pasqal的100比特量子計(jì)算機(jī)本源量子與上海超級(jí)計(jì)算中心合作成立長(zhǎng)三角量超協(xié)同創(chuàng)新中心；9月，發(fā)布“量超融合”平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)典與量子任務(wù)統(tǒng)一調(diào)度和‘經(jīng)典+量子’算法的混合編程，并對(duì)公眾開放英偉達(dá)與德國(guó)于利希超算中心(JSC)、ParTec建立實(shí)驗(yàn)室開發(fā)經(jīng)典-量子混合超級(jí)計(jì)算機(jī)中國(guó)電信發(fā)布“天衍”量子計(jì)算云平臺(tái)，基于超量混合云架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了“天翼云”超算能力和176量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算能力的融合魁北克數(shù)字和量子創(chuàng)新平臺(tái)PINQ2落成IBMQSystemOne，在舍布魯克設(shè)立的高性能計(jì)算中心將使PINQ2能夠提供混合計(jì)算方法澳大利亞Pawsey超級(jí)理化學(xué)研究所計(jì)劃計(jì)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(jìn)的混合計(jì)算在2025年左右通過與富岳超級(jí)計(jì)算機(jī)的集成|VersionFeb20248第一章2023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽圖表全球現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)相融合的計(jì)算中心及相關(guān)實(shí)驗(yàn)室|VersionFeb2024全球超算中心與量子計(jì)算機(jī)的融合正在加速推進(jìn)。各種類型和規(guī)模的超算中心，無論是大型的國(guó)家級(jí)研究機(jī)構(gòu)還是小型的企業(yè)級(jí)實(shí)驗(yàn)室，都在積極探索與量子計(jì)算機(jī)的集成。這種集成不僅提升了計(jì)算能力和效率，還拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。例如，生物信息學(xué)、物理模擬、金融工程等領(lǐng)域的復(fù)雜問題，通過超算和量子計(jì)算的結(jié)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(dòng)了新的算法和應(yīng)用的發(fā)展，如量子機(jī)器學(xué)習(xí)、量子優(yōu)化等，顯示出超算和量子計(jì)算相結(jié)合的巨大潛力。HPC+QC線下機(jī)群模式是未來高性能計(jì)算的重要發(fā)展方向。這種模式通過整合傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算資源，使得高性能計(jì)算更加靈活、高效。在這種模式下，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、高精度的運(yùn)算和模擬，從而推動(dòng)科學(xué)研究、工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展。這種模式的優(yōu)勢(shì)在于，它可以充分利用傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)在處理經(jīng)典問題上的強(qiáng)大能力，同時(shí)利用量子計(jì)算機(jī)在處理量子問題上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。未來，超級(jí)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)能夠無縫集成，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，為解決復(fù)雜問題提供強(qiáng)大的計(jì)算支持。隨著技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用的拓展，我們可以預(yù)見，HPC+QC線下機(jī)群模式將在未來的計(jì)算領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。9第一章032023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽各大

電信運(yùn)

營(yíng)商競(jìng)相

布局

量子計(jì)算領(lǐng)域2023年，全球主要電信運(yùn)營(yíng)商積極加大對(duì)量子計(jì)算領(lǐng)域的投資和研究力度。它們?cè)诔瑢?dǎo)、離子阱等多種量子計(jì)算機(jī)類型上進(jìn)行了深入研究，反映出電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)于量子技術(shù)在提升網(wǎng)絡(luò)性能、加強(qiáng)安全通信等方面的潛在價(jià)值的認(rèn)可。此外，這些電信運(yùn)營(yíng)商在量子計(jì)算領(lǐng)域的布局不僅僅停留在研究層面，更在積極尋求技術(shù)合作和商業(yè)合作。例如，與IBM、IonQ等企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，共同推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的驗(yàn)證和商業(yè)化進(jìn)程。圖表全球主要電信運(yùn)營(yíng)商在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的布局國(guó)家中國(guó)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(jì)算云平臺(tái)“天衍”*攜手中國(guó)電科發(fā)布目前中國(guó)最大規(guī)模的量子計(jì)算云平臺(tái)。發(fā)布“五岳”量子計(jì)算云平臺(tái)*聯(lián)合日本理化學(xué)研究所、富士通等研究合作伙伴，成功開發(fā)出日本第一臺(tái)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)*日本加入由東京大學(xué)運(yùn)營(yíng)的量子創(chuàng)新倡議聯(lián)盟，并使用IBM量子計(jì)算機(jī)驗(yàn)證電信用例*與與韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KAIST）和Qunova計(jì)算公司合作，使用D-Wave量子計(jì)算機(jī)優(yōu)化6G低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)*韓國(guó)澳大利亞德國(guó)目前已對(duì)量子計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)行投資（SQC），但未獨(dú)立開展研究*DT全資子公司推出其量子即服務(wù)產(chǎn)品，提供量子計(jì)算專業(yè)知識(shí)和對(duì)IBM量子計(jì)算資源的訪問*探索量子計(jì)算機(jī)如何為電路交換、數(shù)據(jù)包路由、信號(hào)處理和天線波束控制等應(yīng)用帶來好處*英國(guó)與IBM聯(lián)手探索量子計(jì)算技術(shù)和量子安全密碼學(xué)，幫助驗(yàn)證和推進(jìn)電信領(lǐng)域潛在的量子用例利用量子計(jì)算來優(yōu)化無線電單元的規(guī)劃，在D-Wave量子計(jì)算機(jī)上執(zhí)行二次無約束二進(jìn)制優(yōu)化算法意大利|VersionFeb2024注：*表示2023年的進(jìn)展全球電信運(yùn)營(yíng)商在量子計(jì)算領(lǐng)域的布局表現(xiàn)出一種跨界合作、開放共享的趨勢(shì)，力圖在未來科技競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先地位。目前，全球電信運(yùn)營(yíng)商正在構(gòu)建量子計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)，通過開放云平臺(tái)、吸引愛好者參與等方式，推動(dòng)量子領(lǐng)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(shè)有助于推動(dòng)整個(gè)量子計(jì)算領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也預(yù)示著量子計(jì)算技術(shù)有望在電信領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的角色，為網(wǎng)絡(luò)性能、通信安全等方面帶來全新的突破。10第一章042023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽研究活躍

科

研成

果頻出圖表2023年量子計(jì)算相關(guān)頂級(jí)期刊發(fā)文情況量子計(jì)算相關(guān)文章發(fā)布數(shù)量影響因子41.842.84540353025201510537.615.414.920.02.73.18.60注：此處僅呈現(xiàn)發(fā)文數(shù)量前十的期刊情況，詳見附件|VersionFeb2024圖表2023年量子計(jì)算相關(guān)頂級(jí)期刊發(fā)文的通訊作者所在國(guó)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%SpainSwitzerland3.7%1.3%France0.7%Singapore1.0%Australia2.3%Denmark1.0%|VersionFeb2024注：圖中所引量子計(jì)算領(lǐng)域發(fā)文數(shù)據(jù)來自Nature、Science、PhysicalReviewLetter等頂級(jí)期刊，詳見附件11第一章2023產(chǎn)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(jì)算相關(guān)的文章發(fā)布數(shù)量和其對(duì)應(yīng)的影響因子（數(shù)據(jù)來自2023年最新的SCI影響因子）。通過分析比對(duì)這些數(shù)據(jù)，可以對(duì)這些期刊在量子計(jì)算領(lǐng)域的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)和影響力進(jìn)行評(píng)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(jì)算領(lǐng)域的文章發(fā)布數(shù)量和影響因子之間存在一定的關(guān)系，但并非絕對(duì)。有些期刊發(fā)布數(shù)量較多，同時(shí)影響因子也較高，這表明該期刊在該領(lǐng)域具有較高的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)和廣泛的影響力。例如，Nature和Science這類綜合性期刊發(fā)布數(shù)量和影響因子都較高，這主要?dú)w因于它們的學(xué)術(shù)聲譽(yù)、嚴(yán)格的同行評(píng)審流程以及跨學(xué)科的研究覆蓋范圍。有些期刊發(fā)布數(shù)量較少，但影響因子仍然較高。例如，PRXQuantum是一個(gè)專注于量子物理學(xué)的高質(zhì)量期刊，其發(fā)布數(shù)量雖然較少，但其影響因子仍然相對(duì)較高。另一方面，有些期刊發(fā)布數(shù)量較多，但影響因子相對(duì)較低。這可能是因?yàn)樵撈诳难芯款I(lǐng)域較為特定，受眾群體較小，或者在同行評(píng)審和學(xué)術(shù)質(zhì)量方面存在一定的問題。2023年在頂級(jí)期刊上發(fā)布的量子計(jì)算相關(guān)文章的通訊作者所在地區(qū)數(shù)據(jù)則提供了關(guān)于不同國(guó)家和地區(qū)在量子計(jì)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(jī)構(gòu)所屬國(guó)家來看，美國(guó)以144篇的總數(shù)遙遙領(lǐng)先，約占總發(fā)文數(shù)量的48%。這反映了美國(guó)在量子計(jì)算技術(shù)的絕大多數(shù)方面處于國(guó)際領(lǐng)導(dǎo)地位，其長(zhǎng)期積累的科研實(shí)力和政府對(duì)量子計(jì)算技術(shù)的重視，造就了美國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的國(guó)際地位。中國(guó)以25篇的發(fā)文總數(shù)位列第二，約占8%，顯示了中國(guó)在基礎(chǔ)科學(xué)研究和前沿技術(shù)領(lǐng)域奮起直追，至今已取得了多項(xiàng)量子計(jì)算技術(shù)的重要成果，中國(guó)科研機(jī)構(gòu)在國(guó)際期刊中的發(fā)文數(shù)量的增長(zhǎng)，展現(xiàn)出中國(guó)在國(guó)際舞臺(tái)的影響力逐漸增強(qiáng)。其他國(guó)家如日本、德國(guó)、英國(guó)等也有較多論文發(fā)布，表明它們?cè)谌蛄孔佑?jì)算研究較為活躍，在某些專一領(lǐng)域有較高的國(guó)際影響力。從通訊作者所在機(jī)構(gòu)的地理位置來看，美州地區(qū)位居第一，占據(jù)約1/2的比例，反映了美國(guó)在該地區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)地位以及加拿大在量子計(jì)算領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。歐洲緊隨其后在該領(lǐng)域的科研活動(dòng)占據(jù)了25%。這顯示了歐洲在量子計(jì)算研究中的重要地位和活躍度。亞太地區(qū)占據(jù)了21.7%，顯示了該地區(qū)在量子計(jì)算研究中的快速發(fā)展和重要性。而其他地區(qū)的貢獻(xiàn)相對(duì)較少。全球范圍內(nèi)的國(guó)際合作對(duì)于推動(dòng)量子計(jì)算的研究和應(yīng)用至關(guān)重要。通過合作共享資源和知識(shí)，各國(guó)和地區(qū)可以加快技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用創(chuàng)新。因此，加強(qiáng)國(guó)際間的合作交流將是未來量子計(jì)算發(fā)展的重要趨勢(shì)。12第一章052023產(chǎn)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?cái)?shù)。其中，電路大小對(duì)應(yīng)“量子電路中量子門的個(gè)數(shù)”，電路深度對(duì)應(yīng)“執(zhí)行量子電路的并行運(yùn)行時(shí)間”，量子比特?cái)?shù)對(duì)應(yīng)“量子電路的空間成本”。這三者一般不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)，尤其是深度（時(shí)間）和比特?cái)?shù)（空間）之間往往是此消彼長(zhǎng)的。目前，多條技術(shù)路線仍未收斂，也未有公認(rèn)的換算標(biāo)準(zhǔn)。ICV以時(shí)間、核心指標(biāo)（量子門數(shù)量、量子體積、量子比特?cái)?shù)量）、組織三大維度，呈現(xiàn)量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)圖。圖表量子計(jì)算發(fā)展階段及其硬件趨勢(shì)圖（單位：量子比特?cái)?shù)量）|VersionFeb2024例如，從量子門數(shù)量的維度上來看，IBM在2024年在從內(nèi)向外的第二個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)，也就是10^4，預(yù)計(jì)為5000門，預(yù)計(jì)2033年將達(dá)到最大扇形區(qū)域，即10億量子門；從量子比特?cái)?shù)量上來看，IBM落在從內(nèi)向外的第三個(gè)扇形區(qū)域，預(yù)計(jì)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(nèi)向外的第二個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)，而到了2029年，其量子體積將有望達(dá)到2^25。13第一章062023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽產(chǎn)業(yè)鏈相

關(guān)企業(yè)逐年增多較此前發(fā)布的量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)圖譜，本次新增若干企業(yè)logo，在分類與結(jié)構(gòu)方面做出調(diào)整。圖表量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)圖譜量子比特測(cè)控系統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)整機(jī)低溫微波器件線纜激光器探測(cè)器賦能技術(shù)芯片量子比特環(huán)境稀釋制冷機(jī)其他GM/脈沖管制冷機(jī)真空系統(tǒng)加工制造設(shè)備材料量子計(jì)算硬件整機(jī)超導(dǎo)離子阱光量子中性原子半導(dǎo)體其它系統(tǒng)軟件整量子編程軟件藥物探索量子主機(jī)軟件機(jī)量子應(yīng)用軟件金融服務(wù)化學(xué)化工其它量子云量子計(jì)算云平臺(tái)平臺(tái)行用應(yīng)用合作業(yè)國(guó)防軍工金融醫(yī)藥汽車化學(xué)材料應(yīng)注：部分整機(jī)企業(yè)為全棧量子計(jì)算機(jī)企業(yè)，其標(biāo)識(shí)不出現(xiàn)在軟件算法相關(guān)部分。研究所和大學(xué)不在企業(yè)生態(tài)考慮范圍之內(nèi)。|VersionFeb202414第一章072023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽生態(tài)

建設(shè)日趨

完善圖表2023全球主要科技國(guó)量子計(jì)算生態(tài)建設(shè)情況注：評(píng)價(jià)模型詳見附件|VersionFeb2024美國(guó)在量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈上具有明顯優(yōu)勢(shì)，政府對(duì)量子計(jì)算的高度重視和大力支持推動(dòng)了企業(yè)數(shù)量的增長(zhǎng)，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(guó)在超導(dǎo)、離子阱、光量子等多個(gè)領(lǐng)域都保持領(lǐng)先地位，其科研創(chuàng)新和合作活躍，技術(shù)水平和引領(lǐng)能力處于全球前列。中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域崛起迅猛，政府對(duì)該領(lǐng)域的高度支持和資金投入推動(dòng)了企業(yè)數(shù)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(wǎng)企業(yè)。近些年，中國(guó)在光量子計(jì)算機(jī)等方面取得了顯著優(yōu)勢(shì)，技術(shù)水平和挑戰(zhàn)能力迅速提升，然而在中美競(jìng)爭(zhēng)日益加劇的背景下，尤其是在量子芯片和超低溫設(shè)備等方面，中國(guó)與美國(guó)相比仍存在較大差距。德國(guó)、法國(guó)等歐洲國(guó)家在量子計(jì)算生態(tài)建設(shè)上表現(xiàn)出積極態(tài)勢(shì)。德國(guó)政府通過量子技術(shù)行動(dòng)計(jì)劃，旨在成為全球量子技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，投入資金并制定戰(zhàn)略框架。德國(guó)量子計(jì)算企業(yè)數(shù)量在全球中位于前列，技術(shù)水平較高，特別在離子阱、中性原子等方向領(lǐng)先。但相對(duì)于美國(guó)，技術(shù)上還存在差距，與歐盟協(xié)調(diào)整合問題亦需解決。法國(guó)通過《量子技術(shù)國(guó)家戰(zhàn)略》等文件大力支持量子計(jì)算。然而，相較美中，投入和產(chǎn)出仍有差距，與德國(guó)相比在硬件和軟件能力上稍顯不足。英國(guó)、日本、加拿大等國(guó)也在量子計(jì)算領(lǐng)域有所建設(shè)。英國(guó)政府發(fā)布《科學(xué)和技術(shù)框架》及《國(guó)家量子戰(zhàn)略》，致力于鞏固科技超級(jí)大國(guó)地位，但在與美中的競(jìng)爭(zhēng)中，量子計(jì)算機(jī)規(guī)模和類型方面仍有不足。日本通過量子未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)實(shí)用化與產(chǎn)業(yè)化，在量子軟件和服務(wù)方面仍有一定劣勢(shì)。加拿大也啟動(dòng)了國(guó)家量子戰(zhàn)略，政府支持力度大，尤其是光量子技術(shù)路線全球領(lǐng)先，但與美國(guó)相比，其在硬件和軟件方面稍顯不足。15第一章082023產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽產(chǎn)業(yè)發(fā)展即將

進(jìn)

入

快

速成

長(zhǎng)周

期目前，量子計(jì)算正處于迅速發(fā)展的階段。雖然當(dāng)前仍然存在一些挑戰(zhàn)，如測(cè)控系統(tǒng)優(yōu)化、量子比特?cái)?shù)量與質(zhì)量、量子比特間的相互干擾等，但在各自得技術(shù)路線上，已經(jīng)有了不少可觀的突破，為產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。例如，IBM推出得可擴(kuò)展QuantumSystem2架構(gòu)以及對(duì)應(yīng)的Heron芯片，使得超導(dǎo)技術(shù)路線繼續(xù)領(lǐng)跑全球；“九章三號(hào)”的成功構(gòu)建則標(biāo)志著量子比特的穩(wěn)定性和糾纏性質(zhì)的控制已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，使得量子計(jì)算機(jī)在解決某些特定問題上表現(xiàn)出色等。圖表量子計(jì)算發(fā)展生命周期示意圖產(chǎn)業(yè)規(guī)模專用量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)多種核心應(yīng)用示范研制出可糾錯(cuò)的通用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)入全面容錯(cuò)量子計(jì)算（FTQC）時(shí)代2028-20332034-20402040-時(shí)間?

由計(jì)算領(lǐng)域成熟企業(yè)引導(dǎo)，完成初步的概念驗(yàn)證?

IBM早在1990年代就建立了專門的量子計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)；Google團(tuán)隊(duì)首次證明了量子優(yōu)越性等?

運(yùn)算錯(cuò)誤率接近或小于經(jīng)典計(jì)算機(jī)，量子比特?cái)?shù)量將達(dá)百萬量級(jí)?

但即使計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入全面容錯(cuò)的量子計(jì)算時(shí)代，量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)依舊將并存，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，二者并非完全替代關(guān)系?

代表企業(yè)：IBM、Google、Intel、Microsoft等變革期起步期成長(zhǎng)期成熟期衰退期|VersionFeb2024量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入快速成長(zhǎng)周期。即隨著量子計(jì)算機(jī)硬件的不斷升級(jí)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(jì)算領(lǐng)域，并推動(dòng)量子計(jì)算在不同行業(yè)的廣泛應(yīng)用。量子計(jì)算將在金融、醫(yī)療、材料科學(xué)等領(lǐng)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(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈上的合作與競(jìng)爭(zhēng)也將更加激烈，投資和創(chuàng)新以及龐大的市場(chǎng)需求將成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。政府和企業(yè)也將共同合作，加大研發(fā)投入，以爭(zhēng)取在全球量子計(jì)算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。1602硬件整機(jī)第二章硬件整機(jī)目錄02硬件整機(jī)0102032023年量子計(jì)算機(jī)核心進(jìn)展全球量子計(jì)算硬件整機(jī)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局量子計(jì)算整機(jī)企業(yè)發(fā)展趨勢(shì)18第二章01硬件整機(jī)2023年量子計(jì)算機(jī)

核

心進(jìn)

展2023年，各機(jī)構(gòu)針對(duì)于量子計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)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(shí)間，提高量子比特質(zhì)量。尤其是在量子比特糾錯(cuò)、量子存儲(chǔ)、量子算法、量子與AI大模型相結(jié)合以及材料探索等方面并取得了重要突破，推動(dòng)了量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展。超導(dǎo)量子計(jì)算路線：在過去的一年里，超導(dǎo)仍然是最為矚目的路線，技術(shù)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(jì)算處理器Condor，其擁有1，121量子比特。同時(shí)，IBM還推出模塊化量子計(jì)算機(jī)，結(jié)合可擴(kuò)展低溫基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)典服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算的超級(jí)計(jì)算架構(gòu)。基于此架構(gòu)，IBM發(fā)布了133量子比特可擴(kuò)展芯Heron。離子阱量子計(jì)算路線：Quantinuum的H-Series量子計(jì)算機(jī)連續(xù)創(chuàng)下了三個(gè)量子體積（QV）的新紀(jì)錄：217、218和219，為目前報(bào)道最高的量子體積記錄。lonQ在鋇平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)29個(gè)算法量子比特。光量子計(jì)算路線：中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)證明了“九章”的量子計(jì)算優(yōu)勢(shì)，解決了兩個(gè)圖論問題，并在之后成功構(gòu)建了255個(gè)光子的“九章三號(hào)”光量子計(jì)算原型機(jī)。中性原子量子計(jì)算路線：

AtomComputing將推出的第二代中性原子量子計(jì)算機(jī)。目前該公司已經(jīng)在其量子計(jì)算平臺(tái)中創(chuàng)建了一個(gè)1225個(gè)站點(diǎn)的原子陣列，目前填充了1180個(gè)量子比特。半導(dǎo)體量子計(jì)算路線：英特爾公司發(fā)布了一種在主流CMOS工藝技術(shù)上構(gòu)建的具有12個(gè)量子比特的量子芯片TunnelFalls。它由12個(gè)量子點(diǎn)構(gòu)建，可配置4至12個(gè)基于自旋的量子比特。其目的是讓研究實(shí)驗(yàn)室用不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來構(gòu)建更大的系統(tǒng)，特別是測(cè)試量子比特的糾錯(cuò)方案。拓?fù)淞孔佑?jì)算路線：微軟公布了三個(gè)重要的量子計(jì)算公告。首先，公司宣布它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通往量子超級(jí)計(jì)算機(jī)的六步路線圖的第一個(gè)里程碑；其次，公司將會(huì)在10年內(nèi)完成量子超級(jí)計(jì)算機(jī)的構(gòu)建；最后，公司預(yù)計(jì)將把250年的化學(xué)和材料科學(xué)進(jìn)展壓縮到未來25年。總的來看，2023年量子計(jì)算的主要發(fā)展方向還是著重于增加量子比特?cái)?shù)量、密度和連通性，提高量子比特的質(zhì)量，更好的相干時(shí)間和門保真度；以及設(shè)計(jì)和實(shí)施新的架構(gòu)，包括3D設(shè)置和新的組裝技術(shù)；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(shè)施；演示不同量子計(jì)算機(jī)之間的互聯(lián)和信息交換等。目前量子計(jì)算的多種技術(shù)路線仍并駕齊驅(qū)，各自展示著自己的優(yōu)勢(shì)。19第二章硬件整機(jī)量子糾錯(cuò)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)共創(chuàng)，驅(qū)動(dòng)性能提升2023年，研究人員利用輔助量子比特、錯(cuò)誤緩解方法、擴(kuò)展表面碼邏輯量子比特等技術(shù)，有效地降低了錯(cuò)誤率，提高了量子計(jì)算的可靠性和精度，為實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算提供了關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)也探索了不同類型的糾錯(cuò)方法和策略，為量子比特糾錯(cuò)技術(shù)的研究和發(fā)展提供了新的思路和方向。谷歌量子AI團(tuán)隊(duì)采用了表面碼糾錯(cuò)技術(shù)，通過將多個(gè)量子比特組合成一個(gè)邏輯量子比特，實(shí)現(xiàn)了量子糾錯(cuò)的盈虧平衡點(diǎn)，并證明了這種方法可以顯著降低容錯(cuò)率，達(dá)到實(shí)現(xiàn)通用計(jì)所需的邏輯錯(cuò)誤率。iquantum研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于光子量子計(jì)算機(jī)的主動(dòng)體積編譯技，通過光學(xué)元件和光學(xué)干涉來實(shí)現(xiàn)量子比特和量子門的糾錯(cuò)，能夠?qū)⑦\(yùn)量子算法的時(shí)間和成本降低50倍，并可自動(dòng)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和資源分配。南方科技大學(xué)、深圳量子研究院、福州大學(xué)和清華大學(xué)利用具有定制頻率梳的脈沖應(yīng)用于輔助量子比特，超過糾錯(cuò)盈虧平衡點(diǎn)約16％。IBM通過“錯(cuò)誤緩解”方法，在127量子比特的處理器上準(zhǔn)確獲得復(fù)雜量子線路運(yùn)行結(jié)果，并可在不進(jìn)行糾錯(cuò)的情況下超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)。Q-CTRL宣布其嵌入式軟件已作為選件集成到IBMQuantum的“現(xiàn)收現(xiàn)付計(jì)劃”（Pay-As-You-GoPlan）中，以提高量子計(jì)算的實(shí)用性和性能。這些成果對(duì)于增強(qiáng)量子計(jì)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(cuò)技術(shù)在未來量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展中的重要地位和作用。在量子計(jì)算中，容錯(cuò)一直是一個(gè)重要的問題。容錯(cuò)算法的代價(jià)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(shí)間成本。盡管超導(dǎo)量子比特的操作速度相對(duì)較快，但仍與經(jīng)典計(jì)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(cuò)和執(zhí)行效率之間進(jìn)行權(quán)衡。盡管在2023年，部分機(jī)構(gòu)在糾錯(cuò)方面取得了諸多進(jìn)展，但是量子計(jì)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(shí)際應(yīng)用中，量子計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性仍面臨一定限制。糾錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用雖然可以提高計(jì)算精度，但在大規(guī)模量子計(jì)算任務(wù)中，噪聲問題仍然是一個(gè)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(shù)可以幫助克服串?dāng)_問題，提高量子比特之間的隔離效果。不僅如此，通過加強(qiáng)對(duì)硬件質(zhì)量和規(guī)模的研究，并不斷改進(jìn)糾錯(cuò)技術(shù)，可以逐步提高量子計(jì)算的可靠性和穩(wěn)定性。20第二章硬件整機(jī)量子芯片比特?cái)?shù)量與質(zhì)量齊飛，保持高速發(fā)展2023年，不同公司和研究機(jī)構(gòu)在芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)、量子芯片生產(chǎn)制造鏈、光子集成技術(shù)以及中性原子量子處理器等方面取得了突破。利用超導(dǎo)、光子、離子等不同類型的量子比特和芯片架構(gòu)，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(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性和容錯(cuò)量子計(jì)算提供了硬件基礎(chǔ)。這些技術(shù)也探索了不同類型的量子比特和芯片架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和潛力，為量子芯片的設(shè)計(jì)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(jì)算處理器Condor，其擁有1121量子比特。IBM還推出模塊化量子計(jì)算機(jī)，結(jié)合可擴(kuò)展低溫基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)典服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算的超級(jí)計(jì)算架構(gòu)。IBM發(fā)布了133量子比特可擴(kuò)展芯Heron。siQuantum與英國(guó)科學(xué)和技術(shù)設(shè)施委員會(huì)（STFC）合作，共同開發(fā)下代高功率低溫模塊。不僅如此PsiQuantum還與SkyWaterTechnology合開發(fā)光量子芯片。Quantinuum在其H1-1量子處理器上實(shí)現(xiàn)了524288（2^19）的量子體積，并在H2上展示了非阿貝爾拓?fù)溆行驙顟B(tài)的新物質(zhì)狀態(tài)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與北京大學(xué)合作，成功實(shí)現(xiàn)了51個(gè)超導(dǎo)量子比特簇態(tài)制備和驗(yàn)證，刷新了所有量子系統(tǒng)中真糾纏比特?cái)?shù)目的世界紀(jì)錄，并首次實(shí)現(xiàn)了基于測(cè)量的變分量子算法的演示。美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)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(dǎo)量子比特。華翊量子發(fā)布離子阱量子計(jì)算第一代商業(yè)化原型機(jī)HYQ-A37，實(shí)現(xiàn)可編程的通用量子邏輯門集合與絕熱量子計(jì)算。最高水平可維持包含92個(gè)鐿-171離子的一維離子晶體長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)不發(fā)生霧化。本源量子與中科大團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)現(xiàn)硅基量子計(jì)算自旋量子比特的超快調(diào)控。雙方還發(fā)展并驗(yàn)證了一種可適用于不同耦合強(qiáng)度和多量子比特系統(tǒng)的響應(yīng)理論方法。此外，雙方還通過調(diào)控微波驅(qū)動(dòng)頻率、幅值等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)任意能級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高速、抗噪聲的量子比特操控。21第二章硬件整機(jī)啟科量子與中山大學(xué)合作開展PT對(duì)稱性量子比特的研究，實(shí)現(xiàn)了量子速度極限，并在50比特離子阱量子計(jì)算工程機(jī)上實(shí)踐應(yīng)用。中科大團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了255個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章三號(hào)”。該原型機(jī)由255個(gè)光子構(gòu)成，在解決高斯玻色取樣數(shù)學(xué)問題方面比全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一億億倍，再度刷新了光量子信息技術(shù)的世界紀(jì)錄。聯(lián)手開發(fā)三代離子阱量子處理器，利用MAGIC技術(shù)提供高計(jì)算能力的QPU，并通過共同設(shè)計(jì)策略實(shí)現(xiàn)基于離子阱的量子計(jì)算機(jī)功能不斷增強(qiáng)，未來將通過云端訪問提供給工業(yè)和科學(xué)用戶。宣布將于2024年推出的第二代中性原子量子計(jì)算機(jī):已經(jīng)在其量子計(jì)算平臺(tái)中創(chuàng)建了一個(gè)1225個(gè)站點(diǎn)的原子陣列,目前填充了1180個(gè)量子比特。實(shí)現(xiàn)了48個(gè)邏輯量子比特，能夠檢測(cè)和糾正糾纏邏輯門操作過程中出現(xiàn)的任意錯(cuò)誤。這些成果對(duì)于推動(dòng)量子計(jì)算的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的價(jià)值和意義。但是目前、實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)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(zhì)量的量子材料等。22第二章硬件整機(jī)人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)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(jī)器學(xué)習(xí)的新思路和新應(yīng)用。量子計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，能夠充分利用量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)解決傳統(tǒng)計(jì)算無法處理的復(fù)雜問題。例如利用VQNet2.0框架、CUDAQuantum和H100NVL等技術(shù)，研究人員實(shí)現(xiàn)了量子和經(jīng)典計(jì)算資源的同時(shí)調(diào)度和優(yōu)化，提高了機(jī)器學(xué)習(xí)的效率和性能，為解決復(fù)雜的AI問題提供了混合計(jì)算方案。谷歌與盧森堡大學(xué)以及BIFOLD合作，共同開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)算法以處理復(fù)雜的量子系統(tǒng)。Rigetti與Moody's以及倫敦帝國(guó)學(xué)院合作，使用量子增強(qiáng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和經(jīng)典特征核方法相結(jié)合的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，提出了解決經(jīng)濟(jì)衰退預(yù)測(cè)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(qiáng)了功能和用戶體驗(yàn)。Ionq計(jì)劃優(yōu)化離子阱技術(shù)，增加量子比特?cái)?shù)量和密度，并預(yù)測(cè)將在2024年實(shí)現(xiàn)量子機(jī)器學(xué)習(xí)的量子優(yōu)勢(shì)。英偉達(dá)的DGXQuantum利用CUDAQuantum和H100NVL可以利用針對(duì)語言大模型的加速解決方案來加速GPT的訓(xùn)練和部署。這些成果對(duì)于促進(jìn)量子計(jì)算與AI領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展具有重要的影響，目前AI在科研領(lǐng)域的應(yīng)用還未完全展開，且對(duì)于解決智能問題、情感和人機(jī)交互等方面具有巨大潛力。然而，量子計(jì)算與AI大模型的融合在當(dāng)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(yīng)不同類型的AI任務(wù)和數(shù)據(jù)、如何評(píng)估和驗(yàn)證量子計(jì)算在AI領(lǐng)域的優(yōu)越性等。通過自然語言與AI進(jìn)行交互，在解決問題和開發(fā)應(yīng)用方面或許將有更多的可能性。目前的量子計(jì)算機(jī)仍然面臨著錯(cuò)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(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。量子機(jī)器學(xué)習(xí)需要針對(duì)量子計(jì)算的特殊性質(zhì)進(jìn)行算法設(shè)計(jì)和優(yōu)化，同時(shí)也需要簡(jiǎn)化和統(tǒng)一的編程框架來加速開發(fā)和應(yīng)用。23第二章硬件整機(jī)其它原理與新材料探索驗(yàn)證，開拓多元發(fā)展方向利用拓?fù)浣^緣體，研究人員驗(yàn)證了反?；魻栃?yīng)、馬約拉納粒子以及在镥-氫-氮化合物等新型材料中，發(fā)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)性等新型物理現(xiàn)象和新型物質(zhì)的存在，為探索新型物理現(xiàn)象和新型物質(zhì)提供了理論和實(shí)驗(yàn)支持。這些材料也為開發(fā)基于拓?fù)浣^緣體和馬約拉納粒子的新型量子器件和量子計(jì)算平臺(tái)，以及開發(fā)低功耗、高速度、高密度的超導(dǎo)電路和器件提供了可能性，為拓展量子計(jì)算的概念和范疇，以及改善現(xiàn)有超導(dǎo)技術(shù)提供了新的思路和途徑。德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校驗(yàn)證了拓?fù)浣^緣體中的反?；魻栃?yīng)，為探索新型物理現(xiàn)象和新型物質(zhì)提供了理論和實(shí)驗(yàn)支持。芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院研究人員開發(fā)了一種新工具用于幫助解釋設(shè)計(jì)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(shù)的應(yīng)用又邁進(jìn)一步。南京大學(xué)未觀察到镥-氫-氮化合物在接近室溫條件下具有超導(dǎo)性，為探索新型物理現(xiàn)象和新型物質(zhì)提供了理論和實(shí)驗(yàn)支持。代爾夫特理工大學(xué)的量子物理學(xué)家首次證明使用超導(dǎo)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(huì)在未來提供電子產(chǎn)品的替代品。紐約哥倫比亞大學(xué)的一個(gè)研究小組偶然發(fā)現(xiàn)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(dǎo)體，讓實(shí)驗(yàn)中的電子在不到納秒的時(shí)間內(nèi)移動(dòng)幾微米。這些成果對(duì)于推動(dòng)量子物理學(xué)和量子信息學(xué)的發(fā)展，未來，室溫超導(dǎo)有可能提高量子比特的操控效率和性能，擴(kuò)大量子系統(tǒng)的規(guī)模和穩(wěn)定性，降低量子計(jì)算機(jī)的制造和維護(hù)成本，增加量子計(jì)算機(jī)的可用性和可靠性。然而，目前實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)的技術(shù)路線主要是通過極高的壓力來達(dá)到，這大大限制了它在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和可控性。近期看，室溫超導(dǎo)對(duì)超導(dǎo)量子計(jì)算意義不大，因?yàn)榱孔佑?jì)算還需要考慮其他因素，如溫度噪聲、相干長(zhǎng)度、材料加工等。從遠(yuǎn)期看，還是要關(guān)注新技術(shù)發(fā)現(xiàn)帶來的更多可能性。24第二章硬件整機(jī)商業(yè)應(yīng)用跨領(lǐng)域合作，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展2023年，各公司在不同領(lǐng)域展開了合作，致力于用量子計(jì)算技術(shù)解決復(fù)雜問題，為大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。盡管2023年量子計(jì)算行業(yè)商業(yè)化進(jìn)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(gè)問題可能需要超過幾年的時(shí)間。因此，與行業(yè)領(lǐng)先的公司進(jìn)行討論，以了解量子計(jì)算的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展方向就尤為重要。在這個(gè)過程中，對(duì)于每個(gè)具體問題，需要深入分析時(shí)間復(fù)雜性、問題規(guī)模以及量子算法與經(jīng)典算法之間的差異，并找到實(shí)際達(dá)成量子優(yōu)勢(shì)的交叉點(diǎn)。通過向芝加哥大學(xué)和東京大學(xué)提供資金和共享量子計(jì)算機(jī)，推動(dòng)其量子計(jì)算相關(guān)技術(shù)的商業(yè)化。這種合作關(guān)系旨在共同開發(fā)為期10年的量子計(jì)算項(xiàng)目，為量子計(jì)算的商業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）簽署合同，參與公共事業(yè)實(shí)用規(guī)量子計(jì)算（US2QC）計(jì)劃。該合作旨在加速公司構(gòu)建第一臺(tái)實(shí)用規(guī)模的子計(jì)算機(jī)，利用DARPA的資源和指導(dǎo)推動(dòng)量子計(jì)算的創(chuàng)新和應(yīng)用。成功在歐洲OVHcloud數(shù)據(jù)中心安裝了其首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)MosaiQ，標(biāo)志著歐洲領(lǐng)先的光子量子計(jì)算公司向工業(yè)客戶提供量子平臺(tái)的重要里程碑。宣布加入IBMQuantumNetwork，旨在進(jìn)一步探索量子計(jì)算如何為畢馬威專業(yè)人士和客戶帶來未來機(jī)遇。收購(gòu)公司用于研發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)量子計(jì)算機(jī)架構(gòu)和全棧量子編譯器；為AWS提供新的（Aria系統(tǒng)，25個(gè)算法量子比特）后端支持；與美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）簽訂了2550萬美元的合同。和寶馬集團(tuán)共同發(fā)起了一項(xiàng)名為“量子交通探索”的全球量子計(jì)算挑戰(zhàn)賽，以應(yīng)對(duì)航空和汽車領(lǐng)域最緊迫的挑戰(zhàn)。將CUDAQuantum集成到其平臺(tái)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(jì)120+企業(yè)，大舉切入量子業(yè)務(wù)。25第二章硬件整機(jī)與MicrosoftAzureQuantum、KPMG、福特汽車、匯豐銀行等眾多領(lǐng)域展開合作，包括在量子算法開發(fā)、電動(dòng)汽車電池材料模擬、銀行領(lǐng)域潛在收益研究、全新實(shí)驗(yàn)室揭幕、量子化學(xué)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(xiàng)目。升級(jí)云服務(wù)平臺(tái)服務(wù)能力；已形成250+機(jī)構(gòu)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)社群；與Moderna合作利用量子計(jì)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(xiàn)；與安永展開戰(zhàn)略合作，安永成為IBMQuantumNetwork成員，可通過訪問IBM的量子計(jì)算系統(tǒng)解決復(fù)雜業(yè)務(wù)問題。ColdQuanta新的公司品牌和名稱，標(biāo)志著公司從研究和開發(fā)量子技術(shù)轉(zhuǎn)向了將其用于商業(yè)用途。2023年，公司成功地與多個(gè)合作伙伴，包括日本量子登月計(jì)劃、Riverlane公司以及L3Harris等進(jìn)行了合作。與NVIDIA、NOVONIX、安永等領(lǐng)軍企業(yè)展開戰(zhàn)略合作，致力于推動(dòng)藥物研發(fā)、電池設(shè)計(jì)、清潔能源等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。同時(shí)，通過建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，如與大學(xué)和教育機(jī)構(gòu)的合作，推動(dòng)人才培養(yǎng)和推廣量子和STEM教育。SandboxAQ在推進(jìn)人工智能和量子技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)創(chuàng)新和就業(yè)增長(zhǎng)方面取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。與平安銀行達(dá)成戰(zhàn)略合作，探索量子計(jì)算與金融科技應(yīng)用新場(chǎng)景；全線業(yè)務(wù)升級(jí)，發(fā)布發(fā)布超導(dǎo)量子芯片、量子芯片EDA軟件、超導(dǎo)量子測(cè)控系統(tǒng)、量子軟件編程框架及云平臺(tái)；成功向一家中東科研機(jī)構(gòu)交付超導(dǎo)量子芯片，這是中國(guó)首枚向海外出口的超導(dǎo)量子計(jì)算芯片。發(fā)布模塊化離子阱量子計(jì)算工程機(jī)，與中國(guó)移動(dòng)研究院在移動(dòng)通信和算力網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)領(lǐng)域開展深入合作；與上海計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)開發(fā)中心成立上海量子軟件技術(shù)研究與驗(yàn)證中心；作為創(chuàng)始成員，參與中國(guó)首個(gè)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟的創(chuàng)立；簽約入駐入駐粵港澳大灣區(qū)算力調(diào)度平臺(tái)。與平安銀行合作，共同開展金融欺詐領(lǐng)域的量子金融算法研究與落地，通過量子計(jì)算機(jī)真機(jī)驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)量子算法在金融業(yè)務(wù)中的應(yīng)用，有望提升反欺詐和反洗錢業(yè)務(wù)的計(jì)算速度，顯著提高銀行金融服務(wù)的智能化水平。26第二章硬件整機(jī)量子教育以教學(xué)機(jī)產(chǎn)品、比賽訓(xùn)練營(yíng)、實(shí)訓(xùn)基地等，共育量子專業(yè)人才量子計(jì)算教育在2023年繼續(xù)推進(jìn)，但量子學(xué)科作為一個(gè)較為新興、綜合交叉的學(xué)科，尤其是在大學(xué)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(xué)校培養(yǎng)量子人才提供了許多量子計(jì)算教育設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)資源，甚至是企業(yè)內(nèi)的實(shí)踐機(jī)會(huì)，為學(xué)生提供更優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源和環(huán)境，帶來一些新的培養(yǎng)模式。當(dāng)前，量子人才的培養(yǎng)主要以專業(yè)性較強(qiáng)的理工科人才培養(yǎng)為主，但量子產(chǎn)業(yè)作為未來產(chǎn)業(yè)，缺乏的人才不僅是科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人才，還包括工程制作、管理、市場(chǎng)營(yíng)銷等與之配套的各類人才，這些培訓(xùn)解決方案仍然較少。IBM宣布，將與芝加哥大學(xué)、慶應(yīng)義塾大學(xué)、東京大學(xué)、延世大學(xué)和首爾國(guó)立大學(xué)合作，共同支持日本、韓國(guó)和美國(guó)的量子教育活動(dòng)。發(fā)布新一代便攜式核磁量子計(jì)算機(jī)旗艦產(chǎn)品雙子座Mini?Pro和三角座Mini；舉辦第二屆“量旋杯”量子計(jì)算挑戰(zhàn)營(yíng)；在深圳中學(xué)、桂林首附中學(xué)落地量子計(jì)算教育解決方案；向印尼萬隆理工學(xué)院、墨西哥國(guó)立自治大學(xué)交付教育級(jí)量子計(jì)算機(jī)。Xanadu與加拿大金斯頓女王大學(xué)簽署了備忘錄，致力于開發(fā)量子計(jì)算教育工具并提供教育計(jì)劃，為學(xué)生在量子領(lǐng)域的職業(yè)生涯做好準(zhǔn)備。國(guó)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(xué)探究實(shí)驗(yàn)室和量子信息創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，以滿足學(xué)生對(duì)量子科技的理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)需求，并通過科普講座等形式探索量子信息技術(shù)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(yīng)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(xué)術(shù)研究和物理教育。與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）數(shù)學(xué)與物理學(xué)院簽訂《校企合作協(xié)議》，并舉行實(shí)習(xí)實(shí)踐基地授牌儀式。開發(fā)專為高?？破战逃O(shè)計(jì)的VR教學(xué)系統(tǒng)，幫助用戶深入了解量子技術(shù)、認(rèn)知量子比特狀態(tài)演化，并通過搭建超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)踐；公司還舉辦了”司南杯“量子計(jì)算編程挑戰(zhàn)賽，助力高校、企業(yè)量子計(jì)算人才培養(yǎng)。與30多所大學(xué)、企業(yè)和教育組織合作，擴(kuò)大AI和量子培訓(xùn)。這些機(jī)構(gòu)與公司開展正式或非正式的合作，以擴(kuò)展其人工智能、量子和STEM課程。27第二章02硬件整機(jī)全球量子計(jì)算硬件整機(jī)

企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局硬件整機(jī)企業(yè)全球分布情況全球共有76家量子計(jì)算整機(jī)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(jī)企業(yè)全球分布情況英國(guó)德國(guó)荷蘭法國(guó)65西班牙中國(guó)日本芬蘭184美國(guó)321206奧

挪

愛地

威

爾利蘭以色列14加拿大澳大利亞3111|VersionFeb2024美洲歐洲亞洲澳洲北美是量子計(jì)算中游整機(jī)的最大市場(chǎng)，美國(guó)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(shì)在于其強(qiáng)大的科研和創(chuàng)新能力，以及對(duì)量子計(jì)算的高度重視和投入。北美的企業(yè)主要采用超導(dǎo)、離子阱、光子等不同的物理平臺(tái)來構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)，形成了多元化和競(jìng)爭(zhēng)性的市場(chǎng)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(jì)算中游整機(jī)的第二大市場(chǎng)，共有23家公司，分布在法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、荷蘭、芬蘭等國(guó)家。歐洲的優(yōu)勢(shì)在于其多元化和協(xié)作的市場(chǎng)環(huán)境，以及對(duì)量子計(jì)算的長(zhǎng)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(tái)來構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)，包括超導(dǎo)、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(jì)劃和各國(guó)的量子計(jì)劃來獲得資金和支持，同時(shí)也與學(xué)術(shù)界和工業(yè)界進(jìn)行合作和交流。該地區(qū)的代表性企業(yè)有Pasqal、Quandela等。亞州是量子計(jì)算中游整機(jī)的第三大市場(chǎng)，共有20家公司，主要集中在中國(guó)和日本。亞州的優(yōu)勢(shì)在于其龐大和快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，以及對(duì)量子計(jì)算的積極探索和應(yīng)用。企業(yè)主要采用超導(dǎo)和光子兩種物理平臺(tái)來構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)，其中超導(dǎo)平臺(tái)占據(jù)了主導(dǎo)地位。亞洲企業(yè)主要通過政府的投入和支持來發(fā)展自己的技術(shù)和產(chǎn)品，同時(shí)也與學(xué)術(shù)界和工業(yè)界進(jìn)行合作和交流。該地區(qū)的代表性企業(yè)有騰訊、華為、富士通等。28第二章硬件整機(jī)硬件整機(jī)企業(yè)各技術(shù)路線分布情況圖表2023全球各主要科技國(guó)整機(jī)硬件企業(yè)各技術(shù)路線分布情況|VersionFeb2024美國(guó)是中游整機(jī)公司最多且類型分布最廣的國(guó)家，在量子計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位和引領(lǐng)能力是毋庸置疑的，美國(guó)擁有最先進(jìn)的技術(shù)、最豐富的資源、最廣泛的合作、最多樣化的應(yīng)用、最完善的生態(tài)系統(tǒng)。美國(guó)的中游整機(jī)公司涵蓋了所有的物理平臺(tái)，包括超導(dǎo)、離子阱、光子、中性原子、半導(dǎo)體、拓?fù)浣^緣體等，形成了多元化和競(jìng)爭(zhēng)性的市場(chǎng)格局。美國(guó)的中游整機(jī)公司的優(yōu)勢(shì)在于其強(qiáng)大的科研和創(chuàng)新能力，以及對(duì)量子計(jì)算的高度重視和投入。美國(guó)政府對(duì)量子計(jì)算的投入和支持非常大，建立了多個(gè)量子信息科學(xué)中心和量子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，并與學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和軍方緊密合作。中國(guó)是整機(jī)公司數(shù)量與類型第二多的國(guó)家。中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的追趕能力和發(fā)展能力是極強(qiáng)的，擁有龐大的市場(chǎng)以及相對(duì)完整的產(chǎn)業(yè)鏈。中國(guó)的中游整機(jī)公司涵蓋了超導(dǎo)、離子阱、光子、中性原子等物理平臺(tái)，形成了多元化和競(jìng)爭(zhēng)性的市場(chǎng)格局。29第二章03硬件整機(jī)量子計(jì)算整機(jī)

企業(yè)發(fā)展趨

勢(shì)量子計(jì)算中游的企業(yè)的未來發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：技術(shù)創(chuàng)新隨著量子計(jì)算技術(shù)的不斷進(jìn)步，中游整機(jī)公司將面臨更高的技術(shù)挑戰(zhàn)和更多的技術(shù)機(jī)會(huì)。例如，量子比特糾錯(cuò)技術(shù)在未來量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展中的重要地位和作用，顯示了增強(qiáng)量子計(jì)算的信任度和可信度的重要性。然而，量子計(jì)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(shí)際應(yīng)用中，量子計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性仍面臨一定限制。因此，中游整機(jī)公司需要不斷提升自己的技術(shù)能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)也需要與其他技術(shù)提供者進(jìn)行合作和交流，共同推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。市場(chǎng)需求隨著量子計(jì)算應(yīng)用的不斷拓展，中游整機(jī)公司將面臨更大的市場(chǎng)需求和更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。例如，量子計(jì)算與AI領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展具有重要的影響，目前AI在科研領(lǐng)域的應(yīng)用還未完全展開，且對(duì)于解決智能問題、情感和人機(jī)交互等方面具有巨大潛力。然而，量子計(jì)算與AI大模型的融合在當(dāng)前階段仍然面臨著諸多的挑戰(zhàn)和問題。因此，中游整機(jī)公司需要不斷調(diào)整自己的市場(chǎng)定位和發(fā)展策略，同時(shí)也需要與其他市場(chǎng)參與者進(jìn)行合作和交流，共同推動(dòng)量子計(jì)算應(yīng)用的發(fā)展和創(chuàng)新。政策環(huán)境隨著量子計(jì)算的重要性和影響力的不斷提升，中游整機(jī)公司將面臨更多的政府投入和支持，也可能會(huì)面臨更多的政府監(jiān)管和限制。不同的國(guó)家和地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)不同的政策環(huán)境和政策變化，對(duì)中游整機(jī)公司的發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生不同的影響。因此，中游整機(jī)公司需要不斷關(guān)注和適應(yīng)政策環(huán)境和政策變化，同時(shí)也需要與其他政策制定者和政策執(zhí)行者進(jìn)行合作和交流，共同推動(dòng)量子計(jì)算政策的發(fā)展和創(chuàng)新。協(xié)作交流隨著量子計(jì)算行業(yè)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，中游整機(jī)公司將面臨更多的合作伙伴和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。例如，各家量子計(jì)算公司的軟件為此進(jìn)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(jìn)行。這種情況下，可能會(huì)導(dǎo)致資源的重復(fù)投入和浪費(fèi)。因此，中游整機(jī)公司需要不斷建立和維護(hù)自己的合作關(guān)系和競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也需要與其他合作伙伴和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)行合作和交流，共同推動(dòng)量子計(jì)算行業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。3003核心設(shè)備與器件第三章核心設(shè)備與器件目錄03核心設(shè)備與器件0102032023年量子計(jì)算機(jī)核心器件主要進(jìn)展全球量子計(jì)算賦能技術(shù)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局量子計(jì)算賦能技術(shù)企業(yè)發(fā)展趨勢(shì)32第三章01核心設(shè)備與器件2023年量子計(jì)算機(jī)

核

心器

件主要進(jìn)

展2023年，量子計(jì)算領(lǐng)域的核心器件發(fā)展迅速，各類技術(shù)和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。芬蘭Bluefors收購(gòu)了美國(guó)Cryomech和日本Rockgate，進(jìn)一步擴(kuò)大了其在低溫設(shè)備制造和銷售領(lǐng)域的影響力。中科院物理所和深圳國(guó)際量子研究院在低溫低噪聲放大器和無液氦稀釋制冷機(jī)方面取得了重要進(jìn)展，這對(duì)于量子計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。此外，NIST和日本國(guó)家信息通信技術(shù)研究所的研究成果為量子計(jì)算機(jī)的光子探測(cè)和激光顏色控制提供了新的可能性。明尼蘇達(dá)大學(xué)和QuantumMachines的研究成果則為量子計(jì)算機(jī)的電路組件和低溫樣品架提供了新的設(shè)計(jì)和改進(jìn)方案。這些進(jìn)展為量子計(jì)算未來的大規(guī)模應(yīng)用鋪平了道路，預(yù)示著量子計(jì)算的未來充滿了無限可能。圖表2023年量子計(jì)算核心設(shè)備與器件進(jìn)展|VersionFeb202433第三章核心設(shè)備與器件稀釋制冷機(jī)兼并收購(gòu)，產(chǎn)品優(yōu)化迭代不斷，初創(chuàng)企業(yè)持續(xù)涌入在量子計(jì)算領(lǐng)域，稀釋制冷機(jī)產(chǎn)業(yè)總體呈現(xiàn)出你追我趕，蓬勃發(fā)展趨勢(shì)。各國(guó)要想取得領(lǐng)先地位，關(guān)鍵在于突破技術(shù)瓶頸和解決短板，其中最主要的技術(shù)突破來自于對(duì)制冷量的提高以及針對(duì)量子計(jì)算機(jī)的架構(gòu)優(yōu)化。大空間、高冷量以及滿足分布式量子計(jì)算的結(jié)構(gòu)要求，將是各國(guó)稀釋制冷機(jī)企業(yè)的中短期奮斗目標(biāo)。歐美公司之間通過收購(gòu)和合作，如Bluefors收購(gòu)Cryomech，彰顯了獲取核心技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的迫切需求。而對(duì)于中國(guó)的稀釋制冷機(jī)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(biāo)的無液氦稀釋制冷機(jī)，標(biāo)志著中國(guó)超低溫制冷技術(shù)在全球科技競(jìng)爭(zhēng)中崛起。在這一進(jìn)展的推動(dòng)下，中國(guó)的量子計(jì)算領(lǐng)域地位逐漸增強(qiáng)，為全球科技創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)注入了更多活力。量子計(jì)算領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展為中國(guó)極低溫系統(tǒng)的研發(fā)提供了巨大機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)其提出了一系列挑戰(zhàn)。與國(guó)際先進(jìn)水平相比，中國(guó)在核心技術(shù)上，仍存在一定差距，如在脈管制冷機(jī)、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(guó)的稀釋制冷機(jī)在全球市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力需要更多的時(shí)間檢驗(yàn)。盡管中國(guó)在推出產(chǎn)品需要一定時(shí)間，但通過研發(fā)，這些產(chǎn)品有望滿足全球范圍內(nèi)的重大需求，提升相應(yīng)技術(shù)水平，并在高端儀器設(shè)備領(lǐng)域取得競(jìng)爭(zhēng)地位。關(guān)鍵在于中國(guó)能否在有限資源的條件下，把握國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上具備競(jìng)爭(zhēng)力。但總體來說，在過去的一年，中國(guó)各團(tuán)隊(duì)在稀釋制冷機(jī)的研發(fā)上都取得了顯著進(jìn)展，目前正在逐漸接近全球頂尖商用機(jī)的性能水平。量子比特測(cè)控系統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)習(xí)促進(jìn)超導(dǎo)測(cè)控系統(tǒng)軟硬件協(xié)同，硅氮化物、硅光集成加速光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)器件研發(fā)進(jìn)程量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)是輔助實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算，即能夠確保在含噪量子體系中執(zhí)行量子算法。為了達(dá)到這一目標(biāo)，量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)需要對(duì)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行高保真度的量子門操作、高效的量子糾錯(cuò)編碼、高速的量子反饋控制等功能。已有的超導(dǎo)量子測(cè)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(hào)的設(shè)備組成，系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，但因缺乏反饋控制而使可擴(kuò)展性和編程能力受限。2017年，代爾夫特理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出了QuMA微體系結(jié)構(gòu)，可實(shí)時(shí)生成時(shí)序精確的控制信號(hào)，兼具可靈活編程的反饋控制能力和更好的可擴(kuò)展性；這類基于定制數(shù)字邏輯（尤其是使用指令集）的量子測(cè)控硬件系統(tǒng)可稱為第二代量子測(cè)控系統(tǒng)。國(guó)際上主流的測(cè)量系統(tǒng)供應(yīng)商（如蘇黎世儀器、是德科技等）均推出了第二代量子測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)品。中國(guó)的第二代量子測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)品自2021年之后，也陸續(xù)被推出。34第三章核心設(shè)備與器件量子控制體系結(jié)構(gòu)當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)在于，以極低的反饋延遲（百納秒級(jí)別甚至更短）實(shí)現(xiàn)可編程的反饋控制，同時(shí)保證測(cè)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。量子軟件、量子控制體系結(jié)構(gòu)理應(yīng)緊密對(duì)接，而兩個(gè)方向的發(fā)展仍相對(duì)獨(dú)立，存在著能力不相匹配的現(xiàn)實(shí)問題；協(xié)調(diào)量子軟件與量子測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展以實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，是量子計(jì)算機(jī)工程面臨的又一挑戰(zhàn)。就目前來看，強(qiáng)化學(xué)習(xí)作為機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)子領(lǐng)域，已經(jīng)在量子物理的數(shù)值計(jì)算中顯示出優(yōu)勢(shì)，包括量子態(tài)制備、量子線路設(shè)計(jì)和容錯(cuò)量子計(jì)算等方面。因此，強(qiáng)化學(xué)習(xí)可能是解決量子測(cè)控系統(tǒng)現(xiàn)有問題的有效手段。在量子計(jì)算光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)中的激光器一般具有高穩(wěn)定性、高精度的調(diào)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(duì)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(gè)芯片上創(chuàng)建不同波長(zhǎng)頻率的激光。盡管硅氮化物微諧振器的顏色轉(zhuǎn)換效率仍然較低，但通過改進(jìn)芯片級(jí)顏色轉(zhuǎn)換激光器，可以顯著提高設(shè)備的效率和功率輸出，以便實(shí)現(xiàn)使用相同激光源產(chǎn)生不同顏色激光的目標(biāo)。在探測(cè)器方面，硅氮化物光子學(xué)同樣成為關(guān)鍵發(fā)展方向。通過引入滑輪波導(dǎo)等新技術(shù)，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(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換效率降低的問題。此外，超導(dǎo)寬條帶光子探測(cè)器（SWSPD）作為一種新型的光子探測(cè)器展現(xiàn)出巨大潛力。其創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許高效的光子探測(cè)，且具有比傳統(tǒng)超導(dǎo)納米線光子探測(cè)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(cè)器領(lǐng)域的一個(gè)重要進(jìn)展方向，即通過改進(jìn)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)來提高光子探測(cè)效率。然而，隨之而來的挑戰(zhàn)包括如何在保持高探測(cè)效率的同時(shí)確保探測(cè)器的穩(wěn)定性和可靠性。未來的研究可能需要進(jìn)一步優(yōu)化探測(cè)器的結(jié)構(gòu)，并通過改進(jìn)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(jí)集成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)全球范圍內(nèi)，量子計(jì)算材料和相關(guān)輔助設(shè)備領(lǐng)域正在加速發(fā)展，不斷探索硅和鍺量子計(jì)算材料的制備方法、基本性質(zhì)以及相應(yīng)量子器件。這些材料的研究涉及到量子點(diǎn)的形成、電荷控制、自旋操控等關(guān)鍵技術(shù)問題。埃姆斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與超導(dǎo)量子材料與系統(tǒng)中心（SQMS）的合作，推動(dòng)超導(dǎo)量子材料的性質(zhì)研究，進(jìn)一步拓展量子計(jì)算的前沿。明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校研發(fā)的新型超導(dǎo)二極管具有更高的能效，能夠一次性處理多個(gè)電信號(hào)，并集成了一系列控制能量流動(dòng)的門，可提高量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模。這些研究和發(fā)展工作表明，美國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的研究正在朝著深入理解和改進(jìn)量子計(jì)算組件的方向發(fā)展。中國(guó)作為全球電子元器件第一大生產(chǎn)國(guó)，但行業(yè)大而不強(qiáng)問題依然突出，量子材料以及輔助器件的相關(guān)企業(yè)普遍較少，并且規(guī)模較小，技術(shù)研發(fā)起步較晚，產(chǎn)業(yè)化能力與國(guó)際先進(jìn)水平相比存在較大差距。未來量子計(jì)算芯片材料的研究主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)硅鍺量子材料原子尺度的可控制備，位錯(cuò)、應(yīng)力、原子占位、原子臺(tái)階、同位素純化程度和納米線結(jié)構(gòu)與成分的可控制備等都將是影響量子比特性質(zhì)和集成的關(guān)鍵因素。35第三章02核心設(shè)備與器件全球量子計(jì)算賦

能

技術(shù)

企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局賦能技術(shù)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(jì)算上游賦能技術(shù)的企業(yè)。其中，中國(guó)企業(yè)數(shù)量最多，達(dá)85家，占總數(shù)的35.7%。緊隨其后的是美國(guó)，擁有54家企業(yè)，占比22.7%。德國(guó)排名第三，有25家企業(yè)，占比10.5%。法國(guó)和日本分別位列第四和第五，企業(yè)數(shù)量分別為21家（占總數(shù)的8.8%）和14家（占總數(shù)的5.9%）。英國(guó)、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(shí)和新加坡等國(guó)家也在這一領(lǐng)域有所涉足。圖表2023賦能技術(shù)企業(yè)全球分布情況德國(guó)法國(guó)2521英國(guó)荷蘭芬蘭瑞典4365中國(guó)日本85新丹俄意美國(guó)54瑞士羅大麥利斯1加拿大加21114坡1031比利時(shí)1澳大利亞|VersionFeb2024美洲歐洲亞洲澳洲亞太是量子計(jì)算上游賦能技術(shù)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(guó)和日本，這兩個(gè)國(guó)家都對(duì)量子計(jì)算有較高的重視和支持，制定了相應(yīng)的戰(zhàn)略性文件，并投資建設(shè)了一些量子科技實(shí)驗(yàn)室和研究中心。中國(guó)的企業(yè)主要涉及低溫設(shè)備、量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)、真空設(shè)備、激光器等方面，技術(shù)水平較快進(jìn)步，挑戰(zhàn)能力較強(qiáng)。亞太的代表性企業(yè)有SHICryogenicsGroup、上海頻準(zhǔn)等。歐洲是量子計(jì)算上游賦能技術(shù)的企業(yè)第二多的地區(qū)，占總數(shù)的33.6%。該地區(qū)企業(yè)涵蓋了所有的賦能技術(shù)方面，技術(shù)水平較高，創(chuàng)新能力較強(qiáng)。歐洲的企業(yè)主要集中在法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家，這些國(guó)家都有自己的量子計(jì)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(tái)和資源，促進(jìn)了跨國(guó)的合作和競(jìng)爭(zhēng)。代表性企業(yè)有Bluefors、Qblox、Quandela等。美洲是量子計(jì)算上游賦能技術(shù)的企業(yè)有56家，占總數(shù)的23.5%。美洲的企業(yè)也涵蓋了所有的賦能技術(shù)方面，技術(shù)水平最高，引領(lǐng)能力最強(qiáng)，企業(yè)主要集中在美國(guó)。美國(guó)是量子計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者和引領(lǐng)者，政府對(duì)量子計(jì)算的投入和支持非常大，建立了多個(gè)量子信息科學(xué)中心和量子網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟，并與學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和軍方緊密合作。該區(qū)代表性企業(yè)有FormFactor、Keysight、PhotonSpot、IPGPHOTONICS等。36第三章核心設(shè)備與器件全球賦能技術(shù)企業(yè)類型分布情況圖表2023全球主要科技國(guó)賦能技術(shù)企業(yè)類型分布情況11|VersionFeb2024從國(guó)家和賦能技術(shù)類型的交叉分布來看，量子計(jì)算上游賦能技術(shù)的企業(yè)在不同國(guó)家展現(xiàn)出不同的類型偏好。量子比特環(huán)境方面，中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的企業(yè)數(shù)量相對(duì)較多，占該類型總數(shù)的比例較高，表明這些國(guó)家在量子比特環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域有較強(qiáng)的實(shí)力和發(fā)展優(yōu)勢(shì)。量子比特測(cè)控系統(tǒng)方面，同樣，中國(guó)、美國(guó)等國(guó)家在量子比特測(cè)控系統(tǒng)方面擁有較多的企業(yè)，顯示出這些國(guó)家在該技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。芯片制造方面，美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的企業(yè)在芯片制造方面占據(jù)主導(dǎo)地位，數(shù)量相對(duì)較多。這表明這些國(guó)家在量子計(jì)算芯片制造領(lǐng)域具備較高的技術(shù)水平和市場(chǎng)份額。從國(guó)家和類型的平衡度來看，不同國(guó)家在量子計(jì)算上游賦能技術(shù)的企業(yè)類型平衡程度也存在差異。高平衡度國(guó)家，例如中國(guó)，各個(gè)類型的企業(yè)數(shù)量相差不大，表明這些國(guó)家在量子計(jì)算上游賦能技術(shù)的企業(yè)發(fā)展上相對(duì)全面和均衡。低平衡度國(guó)家，例如德國(guó)、日本等，各個(gè)類型的企業(yè)數(shù)量相差較大，顯示出這些國(guó)家在某些特定技術(shù)領(lǐng)域有較為突出的發(fā)展，而其他領(lǐng)域相對(duì)較弱。這種差異可能與各國(guó)的科研基礎(chǔ)、市場(chǎng)需求、技術(shù)創(chuàng)新、戰(zhàn)略選擇以及資源配置等因素密切相關(guān)。各國(guó)在量子計(jì)算上游賦能技術(shù)領(lǐng)域的不同發(fā)展重點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域反映了其在全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)中的獨(dú)特地位和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。37第三章03核心設(shè)備與器件量子計(jì)算賦

能

技術(shù)

企業(yè)發(fā)展趨

勢(shì)量子計(jì)算上游賦能技術(shù)主要與各國(guó)對(duì)于量子計(jì)算的戰(zhàn)略意識(shí)和生態(tài)建設(shè)相關(guān)，即對(duì)于量子計(jì)算有較強(qiáng)戰(zhàn)略意識(shí)和生態(tài)建設(shè)的國(guó)家，如美國(guó)、中國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等，其上游賦能技術(shù)的企業(yè)數(shù)量和技術(shù)水平也較高。此外，隨著量子計(jì)算技術(shù)向可擴(kuò)展性、可靠性、可用性等方向發(fā)展，上游賦能技術(shù)的企業(yè)可能需要提供更高效率、更低成本、更高兼容性等特性的設(shè)備和組件，以及更多樣化、更智能化、更安全化等特性的服務(wù)和平臺(tái)。因此，未來不同國(guó)家和企業(yè)可能會(huì)保持各自的優(yōu)勢(shì)，并在新興技術(shù)方向上進(jìn)行合作和創(chuàng)新，推動(dòng)全球量子計(jì)算生態(tài)的進(jìn)一步繁榮。技術(shù)創(chuàng)新隨著量子計(jì)算技術(shù)的不斷推進(jìn)，上游賦能技術(shù)的企業(yè)將面臨提高效率、降低成本、提高兼容性等方面的挑戰(zhàn)。量子計(jì)算芯片領(lǐng)域的發(fā)展將著重于提高量子比特?cái)?shù)量、降低錯(cuò)誤率，并優(yōu)化硅基集成光量子芯片技術(shù)等。材料和輔助設(shè)備的研究將專注于探索硅和鍺量子計(jì)算材料，以及改進(jìn)超導(dǎo)量子材料。為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的高效率和高兼容性，量子軟件、量子控制體系結(jié)構(gòu)和量子測(cè)控系統(tǒng)等方向的協(xié)調(diào)和整合將成為技術(shù)層面的發(fā)展方向。強(qiáng)化學(xué)習(xí)可能成為解決量子測(cè)控系統(tǒng)問題的有效手段。美國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域是領(lǐng)導(dǎo)者，政府投入和支持極大，建立了多個(gè)量子信息科學(xué)中心和量子網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟。北美企業(yè)技術(shù)水平最高，引領(lǐng)能力最強(qiáng)。各大企業(yè)推出的量子計(jì)算芯片等產(chǎn)品顯示了高水平的研發(fā)實(shí)力，但也面臨低溫環(huán)境、器件性能、體積、成本等多方面的挑戰(zhàn)。市場(chǎng)需求未來市場(chǎng)需求將越來越趨向個(gè)性化和定制化。企業(yè)需要不斷加強(qiáng)研發(fā)和創(chuàng)新，以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)對(duì)于量子計(jì)算設(shè)備和服務(wù)不斷提升的需求。企業(yè)應(yīng)關(guān)注提高量子計(jì)算設(shè)備的效率、降低成本，以及推出更多樣化、智能化、安全化的服務(wù)和平臺(tái)，以適應(yīng)市場(chǎng)的不斷演變。企業(yè)可以通過深入了解客戶需求，提供專門針對(duì)不同行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的量子計(jì)算解決方案。這將推動(dòng)市場(chǎng)上游賦能技術(shù)企業(yè)提供更加創(chuàng)新和有針對(duì)性的產(chǎn)品和服務(wù)。政策環(huán)境已有的一些國(guó)家和企業(yè)在某些方面已經(jīng)取得了領(lǐng)先地位，如美國(guó)在量子比特測(cè)量與控制方面，芬蘭在量子比特環(huán)境方面。這些國(guó)家和企業(yè)可能會(huì)在政府的相關(guān)政策支持下，繼續(xù)鞏固自己的優(yōu)勢(shì)，并在其他類型方面進(jìn)行突破。同時(shí)，一些國(guó)家和企業(yè)可能需要加快追趕速度，在不同類型方面進(jìn)行跟進(jìn)和學(xué)習(xí)，以實(shí)現(xiàn)平衡和優(yōu)化的發(fā)展。協(xié)作交流未來國(guó)際合作將成為促進(jìn)量子計(jì)算上游賦能技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。企業(yè)通過跨國(guó)合作和收購(gòu)，擴(kuò)大產(chǎn)能和技術(shù)儲(chǔ)備，加強(qiáng)在全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)家間合作將涵蓋共同研發(fā)項(xiàng)目、知識(shí)交流、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面，以推動(dòng)全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)的共同繁榮。不同國(guó)家在量子計(jì)算上游賦能技術(shù)的發(fā)展偏好和優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域存在差異。一些國(guó)家可能在硬件方面有優(yōu)勢(shì)，而其他國(guó)家可能更專注于量子軟件或相關(guān)服務(wù)的發(fā)展。這種多樣性將促進(jìn)全球量子計(jì)算生態(tài)的健康發(fā)展，各國(guó)可以通過合作共享優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)全球化的互補(bǔ)。3804軟件、算法、云平臺(tái)第四章軟件、算法、云平臺(tái)目錄04軟件、算法、云平臺(tái)0102030405量子計(jì)算軟件與經(jīng)典軟件區(qū)別2023年量子計(jì)算軟件主要進(jìn)展量子算法分類及對(duì)應(yīng)硬件需求與預(yù)計(jì)應(yīng)用落地時(shí)間2023年量子計(jì)算主要算法進(jìn)展2023年量子計(jì)算云平臺(tái)進(jìn)展40第四章01軟件、算法、云平臺(tái)量子計(jì)算軟件與經(jīng)

典軟件的區(qū)別圖表量子計(jì)算軟件與經(jīng)典軟件的區(qū)別編程軟件（為算法設(shè)計(jì)、程序編寫提供工具）操作系統(tǒng)（為應(yīng)用程序運(yùn)行提供平臺(tái)）量子經(jīng)典注：部分內(nèi)容引自SoftwareArchitectureforQuantumComputingSystems-ASystematicReviewArifAliKhana,?

,AakashAhmadb,MuhammadWaseemc,PengLiangc,MahdiFahmidehd,TommiMikkonene,PekkaAbrahamssone|VersionFeb202441第四章02軟件、算法、云平臺(tái)2023年量子計(jì)算軟件主要進(jìn)

展1月，與國(guó)儀量子在量子算法和融合計(jì)算平臺(tái)等領(lǐng)域合作；9月，與阿法納生物發(fā)布了“MiQroRNA藥物設(shè)計(jì)平臺(tái)”，這是國(guó)內(nèi)首個(gè)基于量子計(jì)算和生物醫(yī)藥的藥物設(shè)計(jì)平臺(tái)2月，推出Palace開源軟件平臺(tái)，該平臺(tái)可以執(zhí)行復(fù)雜電磁模型的3D模擬并支持量子計(jì)算硬件的設(shè)計(jì)2月，發(fā)布量子軟件開發(fā)工具包（SDK）1.0版，旨在讓開發(fā)人員可以與量子計(jì)算堆棧對(duì)接，為在量子硬件上執(zhí)行量子算法編程做準(zhǔn)備3月，加州理工、斯坦福、谷歌推出新平臺(tái)BlueQubit，使研究人員能夠快速測(cè)試量子算法，并提供對(duì)量子硬件的無縫有效訪問3月，將軟件開發(fā)工具包QristalSDK，以及高性能的模擬器QristalEmulator整合到HPC數(shù)據(jù)中心內(nèi)的量子加速器4月，推出更強(qiáng)勁的量子模擬器mqvector，新發(fā)布GPU模擬器mqvector_gpu，支持更多量子門，方便用戶開發(fā)新量子算法4月，發(fā)布量子化學(xué)pyChemiQ軟件；7月，上線新一代量子計(jì)算操作系統(tǒng)本源司南PilotOS，支持量子計(jì)算任務(wù)批量處理，支持量超協(xié)同計(jì)算，用戶可以直接進(jìn)行本地量子計(jì)算編程，不需要聯(lián)網(wǎng)使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的“打開即用”5月，Atos的Eviden推出了量子計(jì)算產(chǎn)品Qaptiva，以使用同類最佳的量子計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序開發(fā)和使用6月，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)開發(fā)的免費(fèi)開源軟件，通過對(duì)量子組件進(jìn)行高級(jí)模擬和分析，實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)8月，啟科量子與上海軟件中心提出了一個(gè)量子模擬器軟件的質(zhì)量評(píng)估框架，該框架從功能性和性能效率等七個(gè)指標(biāo)上來評(píng)估模擬器的性能。為驗(yàn)證有效性，分別在代表性的量子模擬器平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了這一基準(zhǔn)測(cè)試，并在不同算法范式上比較了它們的模擬能力，從而驗(yàn)證了框架的有效性8月，QuantrolOx宣布推出其首款產(chǎn)品QuantumEdge，該產(chǎn)品可自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)42第四章軟件、算法、云平臺(tái)量子計(jì)算軟件發(fā)展趨勢(shì)整體市場(chǎng)格局穩(wěn)定，各公司競(jìng)相推陳出新從全球角度來看，量子計(jì)算軟件開源平臺(tái)的建設(shè)日趨完善。近些年，歐美科技巨頭和初創(chuàng)公司都在開發(fā)和提供各種量子計(jì)算軟件開源平臺(tái)，以便開發(fā)者和用戶訪問和使用量子計(jì)算資源，進(jìn)行量子算法的設(shè)計(jì)、測(cè)試和優(yōu)化。像IBM的Qiskit、英特爾的QAT、亞馬遜的Braket等，是目前較知名和流行的量子計(jì)算軟件開源平臺(tái)，它們各自支持不同的量子計(jì)算硬件和云服務(wù)，提供不同的量子編程語言和工具。其中，Qiskit作為早期推出、用戶友好、與IBM量子硬件系統(tǒng)緊密結(jié)合的平臺(tái)，目前仍占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著量子計(jì)算的未來越發(fā)具有確定性，一些大型傳統(tǒng)IT公司如英偉達(dá)大舉入局量子計(jì)算，憑借其實(shí)力和資源優(yōu)勢(shì)快速發(fā)展，在短期內(nèi)已經(jīng)與大量生態(tài)企業(yè)形成合作。用戶習(xí)慣在近些年已經(jīng)有了一定的養(yǎng)成，圍繞平臺(tái)的生態(tài)也正在建立，這使