量子信息技术产业发展报告

声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、现点、建设等：均不构成投资或法律建议，也不应替代律师意见：本报告所有材料或内容的知识产权归量子信息网络产业联盟所有（注明走可自其他方的内容除外）、并受法律保护。如转载联系本联盟并获得授权许可：未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转、汇编、转让、出售等方式使川，不得将报否的个部或部分内容通过网络方式传播：不得在任何公开场合使川报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任： 量子信息网络产业联盟联系电话：010-62.300.592邮箱：qiia(caict.ac.cn 编制说明 2022年度诺贝尔物理学奖，授予AlainAspcct、JohnF.Clausc1和AntonZcilingcr：因其纠绷光子等元创性实验中为量子信息科学发展奠楚基础。以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术作为量子科技重要组成部分，将为推动基础科究探索、信息技术演进和数字经济产业发展注入新动能。 我围量了信息技术领域其备良好的研究基础与应川实践环境，三大领域总体发展态势良好，未来有望进一步取得更多技术研究、应川探索与产业培育新成果。为对量子信息技术总体发展态势、三大领域科研、应用及产业的进展情况和热点问题，及技术演进趋势和应用前景等进行持续研究分析，联盟组织研究编写广《量了信息技术产业发展报告》（2022），供业界参考： 报告编制单位：中国信息通信研究院、中国电科技集团公司电广科学研究院、中国科学技术大学、北京量了信息科学研究院、国开启科量了技术（北京）有限公司、中围移动通信集州有限公司、国科量子通信网络有限公司、中国电子科技集团公司第一「-研究所、华为技术有限公司。 编写组成员王敬、张萌、赖俊森、龚振炜、廖胜凯、王敏、陈柳平、周中俊、吕扬阳、何申、程叶度、杆海涛、季明蘭、徐兵杰、张凯。 前言 近年来，量子信息技术已经成为个球各主要国家在科技领域关注的焦点之一，规划布局和投资支持力度进一步加大，量子计算、量子通信和量子测量三大领域科研探系和技术创新保持活跌，应用场景探索广泛开展，产业生态培育方兴未艾： 本报告对量了信息技术总体发展态势，三大领域关键技术、应用进展和热点问题，以及技不演进和应用前景等进行分析探讨：阐述我国面临的机遇与挑战，为我困量子信息技术发展提供策略建议。 本研究报告共分为六章，相关章书节内容安排如下： 第一章：量子信息领域概况。介绍量子信息技术的概念原理分类和年度热点话题事件等. 第二章：政策布局授资：介绍国内外量了信息领域政策布局与投资总体情况： 第三章：科研进展成果：介绍三大领城近年来科研领城重要热点、进展、成果和趋势。 第四章：应川场景探索：介绍三大领域近年来应川领域重要热点、进展、成果和趋势。 第五章：产业发展动态。介绍三人领域近年米产业领域重要热点、进展、成果和趋势。 第六章：发展趋势展望。总结人领威发展趋势。 目录 一.虽子信息概况1 （一）概念原理分类1（二）热点话题事件r 二.政策布局投资8 （一）国际政策布局9（二）国内政策布局14 三.科研进展成果15 1上（一）15（二）量了通信24（三）本了测本29 四·应川场景探索33 （一）量了模拟已成为领域应用探索的研究热点33（二）量了组合优化有望为多领域提供解决方案35（三）多种量了保密通信技术方案应川持续探索38（四）量了保密通信与PQC有望形成融合应用方案41（下）量广测量助力气象环境检测领域应用探索（六）量了测量助力交通航空运输领域应用探索45 五.产业发展动态46 （一）量了信息产业联盟成为培育生态重要于段46（二）量广计算云半台推动应用探索与产业发展48（三）虽子保密迹信领域产业化水平持续提升50（四）虽子测虽领域产业化发展处于前期阶段54 六·发展趋势展望55 图目录 图1量子信息技术三大领域原理特性专发展目标1图22022年诺贝尔物理学奖授予虽子信息领域开拓者+图3光量子计算机Borealis配置图20图4国外代表性量子信息技术领域产业联盟概况4G图5国外代表性虽子计算云平台情况48图6国内代表性量子计算云乎台情况49图7欧美和中国主要量子测量企业54 表目录 表1国内外量了信息企业融资与上市概况6表2全球量了信息领域项口规划和投资概况表3虽子纠错编码技术方案概况22表4“墨子号”虽子科学实验卫星代表性科研成果26表5量子模拟器开发与应用的影响力35表6虽子组合优化行业应用探索概况36i表？量子保密还信与PQC融合成用42 一、量子信息概况一、量子信息概况 量子信息技术是以量子力学原理为基础，通过对微观量子系统中物理状态的制备、调控和观测，实现信息感知、计算和传输的全新信息处理方式，是量子科技的重要组成部分。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域，在提升计算困难问题运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面，具备超越经典信息技术的潜力，量子信息三大领域的原理特性与发展目标定位如图1所示。量子信息技术未来有望成为突破经典信息技术极限，拓展未来科学技术新疆域，推动信息技术和数字经济发展演进的新动能。量子信息技术是以量子力学原理为基础，通过对微观量子系统中物理状态的制备，调控和观测，实现信息感知、计算和传输的全新信息处理方式，是量子科技的重要组成部分。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域，在提升计算困难问题运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面，具备超越经典信息技术的潜力，量子信息三大领域的原理特性与发展目标定位如图1所示。量子信息技术未来有望成为突破经典信息技术极限，拓展未来科学技术新疆域，推动信息技术和数字经济发展演进的新动能 (一)概念原理分类()概念原理分类 量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，是未来计算能力跨越式发展的重要方向。量子计算量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，是未来计算能力跨越式发展的重要方向。量子计算 机硬件研发多种技术路线并行发展各具优势，超导和光量子路线实现量子计算优越性验证，离子阱路线量子体积（QV）指标领先，中性原子路线可能成为量子模拟重要平台，多条技术路线各具优势并相互竞争，尚未出现技术收敛与融合的明确趋势。量子纠错编码取得较多实验成果但仍有待进一步的理论方案创新和验证，已成为业界集中攻关的下一阶段性目标。量子计算编译开发与算法应用软件领域百家争鸣，多类型编程框架、开发平台、模拟器和算法软件工具通过开源社区开放竞争，科技巨头在软件和用户生态构建方面占据优势。量子计算与模拟的应用探索在各行业领域广泛开展，业界期待未来在材料与生物医药化学模拟、以及复杂系统建模与优化等领域，率先实现实用化量子计算应用并验证优越性。机硬件研发多种技术路线并行发展各具优势，超导和光量子路线实现量子计算优越性验证，离子阱路线量子体积（QV）指标领先，中性原子路线可能成为量子模拟重要平台，多条技术路线各具优势并相互竞争，尚未出现技术收数与融合的明确趋势。量子纠错编码取得较多实验成果但仍有待进一步的理论方案创新和验证，已成为业界集中攻关的下一阶段性目标。量子计算编译开发与算法应用软件领域百家争鸣，多类型编程框架、开发平台、模拟器和算法软件工具通过升源社区升放竞争，科技巨头在软件和用户生态构建方面占据优势。量子计算与模拟的应用探索在各行业领域广泛开展，业界期待未来在材料与生物医药化学模拟、以及复杂系统建模与优化等额域，率先实现实用化量子计算应用并验证优越性， 量子通信利用量子叠加态或纠缠效应，在经典通信辅助下进行量子态信息传输或密钥分发，理论协议层面具有信息论可证明安全性，部分协议可实现经典信息传输。基于量子密钥分发（QKD）、量子随机数发生器（QRNG）和量子安全直接通信（QSDC）等方案的量子保密通信与量子加密应用初步实用化，在科研领域持续探索新型协议系统和提升技术水平，应用探索和标准化研究取得阶段性成果，产业发展水平持续提升。基于量子纠缠操控、量子隐形传态、量子中继和量子态转换等技术，构建量子信息网络是量子通信领域未来的重要发展方向，近年来在基础科研探索和系统原型实验等方面取得一定进展，但距离实用化仍有较大差距。量子通信利用量子登加态或纠缠效应，在经典通信辅助下进行量子态信息传输或密钥分发，理论协议层面具有信息论可证明安全性，部分协议可实现经典信息传输.基于量子密钥分发（QKD）量子随机数发生器（QRNG）和量子安全直接通信（QSDC）等方案的量子保密通信与量子加密应用初步实用化，在科研领域持续探索新型协议系统和提升技术水平，应用探索和标准化研究取得阶段性成果，产业发展水平持续提升。基于量子纠缠操控、量子隐形传态、量子中继和量子态转换等技术，构建量子信息网络是量子通信领域未来的重要发展方向，近年来在基础科研探索和系统原型实验等方面取得一定进展，但距离实用化仍有较大差距。 量子测量对外界物理量变化导致的微观粒子系统量子态变化进行调控和观测，实现精密传感测量，在精度、灵敏度和稳定性等方面相较传统技术带来数量级提升。当前量子测量技术与应用发展的主要方向包括：基于量子时间频率基准的授时定位，如光晶格原子钟与时频传输；基于量子陀螺的自主姿态控制与导航，如冷原子干涉或无自旋交换弛豫原子自旋（SERF）陀螺；基于量子微弱磁场测量的金属目标探测或生物磁信号成像，如心/脑磁图和分子级磁共振谱；基于量子绝对重力仪或重力梯度仪的地质及地下结构勘测；基于单光子探测和光量子雷达的目标成像与环境质量监测等。此外近年来探测物理量的广度逐步拓展，痕量检测等领域取得一定成果。多种类型量子测量技术产品已实现初步商用化，并在航天、国防、医疗、环保和科研等领域开展应用探索。量子测量对外界物理量变化导致的微观粒子系统量子态变化进行调控和观测，实现精密传感测量，在精度、灵敏度和稳定性等方面相较传统技术带来数量级提升。当前量子测量技术与应用发展的主要方向包括：基于量子时间频率基准的授时定位，如光晶格原子钟与时频传输；基于量子陀螺的自主姿态控制与导航，如冷原子干涉或无自旋交换弛豫原子自旋（SERF）陀螺；基于量子微弱磁场测量的金属目标探测或生物磁信号成像，如心/脑磁图和分子级磁共振谱；基于量子绝对重力仪或重力梯度仪的地质及地下结构勘测；基于单光子探测和光量子雷达的目标成像与环境质量监测等。此外近年来探测物理量的户度逐步拓展，痕量检测等领域取得一定成果。多种类型量子测量技术产品已实现初步商用化，并在航天、国防、医疗、环保和科研等领域开展应用探索。 (二)热点话题事件(二)热点话题事件 1.诺贝尔物理学奖授予量子信息科学开拓者1.诺贝尔物理学奖投予量子信息科学开拓者 2022年度诺贝尔奖的物理学奖授予法国物理学家Alain Aspect、美国理论和实验物理学家John F. Clauser和奥地利物理学家AntonZeilinger，以表彰他们在纠缠光子实验中验证违反贝尔不等式，以及为量子信息科学研究做出开创性贡献，如图2所示。授奖公告1指出，量子力学中的独特现象正在从理论走向技术与应用，已经形成2022年度诺贝尔奖的物理学奖授予法国物理学家AlainAspect美国理论和实验物理学家JohnF.Clauser和奥地利物理学家AntonZeilinger，以表彰他们在纠缠光子实验中验证违反贝尔不等式，以及为量子信息科学研究做出开创性责献，如图2所示。授奖公告指出，量子力学中的独特现象正在从理论走向技术与应用，已经形成 包括量子计算机、量子网络和量子加密通信等在内的量子信息技术领域。此外，科学突破奖也连续两年授予量子信息相关研究成果。2023年度科学突破基础物理奖2，授予Charles H. Bennett、GillesBrassard、David Deutsch和Peter Shor，表彰他们在量子密码学、量子隐形传态、量子算法、量子纠错等量子信息领域