量子云计算发展态势 研究报告 （2021年）中国信息通信研究院技术与标准研究所 2021年9月 版权声明本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。 oPwOsMoOvNpQyQoRzQpRtQaQ8QbRoMpPtRoPfQqRpPjMmMwP8OqRpQuOoMrNwMqNrO前 言 量子计算是将微观量子效应与计算科学相结合，基于量子调控技术进行信息处理的新型计算方式，近年来科研探索和技术创新保持活跃，代表性研究成果和应用探索进展亮点纷呈，未来有望带来解决计算困难问题的算力飞跃，引发下一代科技革命浪潮。学术界和工业界普遍看好量子计算的发展前景，积极开展技术研究、应用探索和产业生态培育等工作。采用何种方式展示量子计算优势，提供量子计算输出能力成为该领域的重要命题。近年来出现的量子计算云平台将真实量子计算单元或模拟器与经典计算基础设施在云端进行有机结合，成为量子计算领域发展亮点之一。量子计算云平台为用户提供丰富易用的软硬件服务，加速科学研究、技术研发、科普教育与应用探索等进程。 在此背景下，中国信息通信研究院技术与标准研究所继《量子云计算发展态势研究报告（2020）》之后，再次发布量子云计算蓝皮报告。在前期研究基础上，持续跟踪量子计算云平台在技术、服务、企业参与度和测评探索等方面的最新进展，进一步对总体态势进行分析总结，最后结合我国量子计算整体发展现状，提出相关建议，为业界持续推动量子计算产业培育和生态构建提供参考。 目 录 一、量子计算云平台技术发展趋势 ............................................................................ 2 (一) 量子计算硬件多种技术体系竞相发展 ....................................................... 3 (二) 多种量子计算软件并举研发迭代活跃 ....................................................... 7 (三) 经典云计算可为量子计算提质加速 ......................................................... 10 二、量子计算云平台上开展应用服务探索 .............................................................. 11 (一) 加速科研领域突破 ..................................................................................... 12 (二) 深度挖掘行业潜能 ..................................................................................... 12 (三) 助力普及量子教育 ..................................................................................... 13 三、量子计算云平台提供企业发展态势 .................................................................. 14 (一) 国际企业多元发展，竞争合作并举 ......................................................... 14 (二) 国内企业多方发力，积极贡献原生力量 ................................................. 20 四、量子计算云平台测评研究与实践 ...................................................................... 23 (一) 量子计算云平台测评需求与研究进展 ..................................................... 23 (二) 量子计算云平台测评体系多维度分析 ..................................................... 24 (三) 量子计算云平台测评实践案例 ................................................................. 27 五、发展态势总结及建议 .......................................................................................... 30 (一) 商业模式初步尝试，多方合作热度提升 ................................................. 30 (二) 行业巨头大力推动，联盟生态初具雏形 ................................................. 31 (三) 云化能力仍需提升，标准测评亟待推进 ................................................. 31 (四) 发展建议 ..................................................................................................... 32 图 目 录 图 1 量子计算云平台功能实现示意图 ...................................................................... 2 图 2 量子计算处理器物理比特数和量子体积发展趋势 .......................................... 5 图 3量子计算云平台服务探索整体视图 ................................................................. 11 图 4 IBM量子计算云平台发展时间线 ..................................................................... 15 图 5 Google量子计算云平台发展时间线 ............................................................... 15 图 6 D-wave量子计算云平台发展时间线 ............................................................... 16 图 7 Amazon量子计算云平台发展时间线 ............................................................... 17 图 8 Microsoft量子计算云平台发展时间线 ......................................................... 17 图 9 Xanadu量子计算云平台发展时间线 ............................................................... 18 图 10 Honeywell量子计算云平台发展时间线 ....................................................... 19 图 11 Strangeworks量子计算云平台发展时间线 ................................................. 20 图 12 量子计算云平台测评原则维度图 .................................................................. 25 图 13 量子计算云平台能力成熟度及测评指标维度 .............................................. 25 图 14 量子计算云平台服务时间测评示意图 .......................................................... 27 表 目 录 表 1 量子计算软件发展概况 ...................................................................................... 9 表 2 量子计算云服务行业应用探索概况 ................................................................ 12 表 3 某量子计算云平台服务访问时间测试结果 .................................................... 28 表 4 量子计算云平台虚拟机性能基准测试结果 .................................................... 29 量子云计算发展态势研究报告（2021年） 1 过去的几年，量子计算取得了突破性进展，量子计算优越性已得到实验性验证，产业界与学术界纷纷加大研究投入，推动量子计算进入到实用化优势探索新阶段。孕育出现的量子计算云平台作为其中展示量子计算实用化优势和输出能力的途径之一，成为量子计算领域发展热点。2021年量子计算云平台的硬件、软件、服务应用探索、企业发展、测评探索等方面都不乏亮点。本报告在《量子云计算发展态势研究报告（2020）》提出的量子云计算总体技术体系架构、服务类型、测评体系基础上，对今年量子计算云平台取得的多方突破进行跟踪研判，持续开展量子计算云平台的测评实践工作，最后总结提炼总体发展态势。主要研究结论如下：  技术发展方面：多种硬件技术体系并举，量子计算模拟器成为量子计算云平台的重要能力补充；软件研发活跃，开辟了量子芯片辅助设计软件和量子计算通用操作系统的新赛道。此外，经典云计算为量子计算云平台提质加速，成为量子计算逐步走向商用化的重要支撑。  服务应用方面：NISQ时代依托量子计算云平台的应用探索加速，科研、教育和诸多行业均有望成为量子计算实用化优势的受益者。  企业参与度方面：国际企业多元发展，竞争与合作并存；国内科技企业、初创企业、研究机构表现活跃，不断为国内量子计算发展贡献原生力量。 量子云计算发展态势研究报告（2021年） 2  能力测评方面：进一步提出量子计算云平台的测评技术成熟度与能力指标，基于量子计算云平台服务时间、虚拟机性能基准测评实践案例进行探索展示。  趋势建议方面：总结量子计算云平台在商业模式、生态构建及标准测评三方面发展趋势，提出我国量子计算发展建议。 一、量子计算云平台技术发展趋势 目前量子计算机的潜在应用途径包括在用户本地搭建独立运行的量子系统以及接入量子云平台提供远程访问与算力服务等。量子计算装置通常对环境的要求苛刻，运行条件和维护成本高，与之配套的量子计算运行软件也具备较高的专业门槛，导致本地部署和使用的难度提升，维护成本也较高。近年来出现的量子计算云平台将经典云计算软件工具、通信设备及IT基础设施等与量子计算处理器硬件进行有机结合，为用户提供直观化及实例化的量子计算接入访问与算力服务，将成为未来量子计算能力输出、应用探索和商业推广的主要方式之一。 来源：根据《Quantum