2024全球量子计算产业发展展望

在过去的一年里，我们见证了全球量子计算领域取得的多方面的进展和突破，这些成就正在引领人类进入一个前所未有的计算时代。2023年无疑是AI大模型蓬勃发展的一年，而这背后，量子计算也悄悄参与其中。量子计算可以加速和优化大规模模型的计算过程，虽然还不能赋予巨大的能力，但为解决复杂问题提供了新的思路和工具，展示了跨领域融合创新的广泛潜力。今年起，我们的报告关注焦点有了较为明显的改变，以往我们大量关注大学和科研院所的科技研发进展，因为那时他们是量子计算进步的主力军。今年，已经有越来越多的商业组织在量子计算领域有了动作，我们回到初衷，重点关注商业和产业的进展情况。在量子芯片技术方面，多元发展成为产业竞争的关键动力。各国在超导、离子阱、光子、中性原子和半导体等多种技术路线上投入了巨大支持，形成了各具特色的发展优势。量子计算云平台的日益成熟，逐步降低量子计算的使用门槛和成本，为用户提供更为便捷的服务。这一进步将使得更多行业和领域能够充分利用量子计算的能力，推动其应用范围和影响力的不断扩大。然而，我们也不得不面对2023年量子计算行业融资活动相对降温的现实。宏观经济情况不佳，融资交易减少，国际竞争在量子领域日趋激烈...最后，站在这个充满挑战和机遇的时刻，我们仍对2024年量子计算的产业发展充满信心和期待。让我们携手共进，共同见证量子计算产业的蓬勃发展。序言ICV 前沿科技咨询总监、高级副总裁 Jude Green引领量子时代，共铸产业未来1 声明01本报告体现的内容和阐明的观点力求独立、客观，本报告中的信息或所表述的观点均不构成投资建议，请谨慎参考。02本报告旨在梳理和呈现2023年度内全球范围内量子细分技术和产业领域发生的重要事件，涉及数据及信息以公开资料为主，以及对公开数据的整理。并且，结合发布之时的全球经济发展状态，对短期未来可能产生的影响进行预判描述。03本报告重点关注2023年1月1日至2023年12月31日间量子细分行业发生的相关内容，以当地时间报道为准，以事件初次发布之时为准。对同一内容或高度相似内容的再次报道，若跨年度，不视为2023年发生的重要事件。04本报告版权归ICV TA&K和光子盒所有，其他任何形式的使用或传播，包括但不限于刊物、网站、公众号或个人使用本报告内容的，须注明来源（2024全球量子计算产业发展展望 [R]. ICV TA&K & 光子盒.2024.02）。本报告最终解释权归ICV TA&K和光子盒所有。05任何个人和机构，使用本报告内容时，不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删减和篡改。未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表、印刷等。如征得同意进行引用、转载、刊发的，需在允许范围内。违规使用本报告者，承担相应的法律责任。06本报告引用数据、事件及观点的目的在于收集和归纳信息，并不代表赞同其全部观点，不对其真实性负责。07本报告涉及动态数据，呈现截至统计之时的情况，不代表未来情况，不够成投资建议，请谨慎参考。2 本篇报告由全球前沿科技咨询机构ICV邀请中国量子科技服务平台光子盒联合撰写和发布。感谢包括但不限于以下公司给予技术和素材的支持：致谢3 Contents目录1. 2023产业发展概览2. 硬件整机3. 核心设备与器件4. 软件、算法、云平台5. 投融资6. 供应商评价7. 产业分析与预测8. 产业展望9. 附件451731395157667380 2023产业发展概览01 量子计算芯片与软件算法蓬勃发展高性能计算与量子计算的融合已成为现实各大电信运营商竞相布局量子计算研究活跃科研成果频出硬件发展路线图不断更新产业链相关企业逐年增多生态建设日趋完善产业发展即将进入快速成长周期0102030405060708第一章2023产业发展概览012023产业发展概览目录6 本部分根据技术创新、实际效益以及科研引领等评价标准，选取了2023年量子计算领域的十项最重要进展，包括首次成功应用、有效实验验证、新颖架构设计、参数最值、实际效用提升、采用方案者数量及影响力，以及是否有重大科研突破和广泛报道。总体进展按照量子计算芯片以及软件算法云平台两个大方向展示。第一章2023产业发展概览量子计算芯片与软件算法蓬勃发展01图表 2023年全球量子计算十项重要进展 量子云平台 混合计算与大模型 容错算法英伟达发布了DGX Quantum系统，结合了CUDA Quantum和H100 NVL等技术，为GPT等生成式AI大模型提供了量子经典混合计算的加速平台。Quantinuum使用逻辑量子比特在其H1量子计算机上实现了容错算法，通过“随机量子相位估计”计算了氢分子的基态能量。Q-CTRL的错误抑制技术（名为Q-CTRL Embedded）已被集成到IBM云量子服务中，现在用户只需轻按开关，就能降低错误率。 量子纠错 传输与存储 量子芯片架构 量子比特数量与量子体积 相干时间Quantinuum的H-Series量子计算机连续创下了三个量子体积（QV）的新纪录：217、218和219，为目前报道最高的量子体积记录。IBM发布了首款超过1000量子比特的量子计算处理器Condor，其拥有1，121量子比特，基于其上一代旗舰产品Eagle芯片架构。马里兰大学在蓝宝石芯片上成功创建了磁通量量子比特，其相干时间为1.48毫秒，是目前最高纪录，并且保真度达到了99.991%。IBM推出模块化量子计算机，结合可扩展低温基础设施和经典服务器，实现了计算的超级计算架构。基于此架构，IBM发布了133量子比特可扩展芯片Heron。苏萨塞克斯大学与Universal Quantum合作，实现了微芯片模块之间的快速和可靠的传输，成功率高达99.999993%，连接速度为每秒2424次，是目前最高纪录。深圳量子研究院、清华大学、福州大学以及南方科技大学4家研究团队利用具有定制频率梳的脉冲来操控辅助量子比特，提高了量子纠错的效率，超过了纠错盈亏平衡点约16%。QuEra实现了48个逻辑量子比特，能够检测和纠正纠缠逻辑门操作过程中出现的任意错误。软件、算法、云平台量子计算芯片7| Version Feb 2024 第一章2023产业发展概览高性能计算与量子计算的融合已成为现实022023年，全球发生了诸多量子计算与超算融合的事件，量超融合已经从理论转向初步实践，还呈现出深化发展之势。量超融合主要依托云平台向外提供算力，成为超算中心的一种新型计算形式的补充，提供多样、灵活、高效的计算资源，为不同行业领域提供更强大的算力，可供更广泛地探索量子计算的潜在价值。目前量子计算与超算融合仍然面临着硬件稳定性和算法优化等挑战，量超融合的实现，接下来需要在多个维度进行尝试与探索，包括兼容性与集成（接口设计、系统集成）、软件与算法（量子编程语言与工具、算法适配与优化）、资源管理与调度等。随着技术演进和国际合作的深化，量子计算融入超算体系将是必然的一步。图表 2023量超融合进展事件本源量子与上海超级计算中心合作成立长三角量超协同创新中心；9月，发布“量超融合” 平台实现了经典与量子任务统一调度和‘经典+量子’算法的混合编程，并对公众开放理化学研究所计划在 2025 年左右通过与富岳超级计算机的集成欧盟高性能计算联合计划(EuroHPC JU)下的高性能计算和量子模拟(HPCQS)项目，其用户已经能够通过各成员国的节点，验证他们的HPC-QC融合应用德国启动Euro-Q-Exa量子计算机招标，系统该系统将由莱布尼茨超级计算中心 (LRZ)托管和运营 ，并 集 成 到 超 级 计 算 机SuperMUC-NG中在法国混合量子计划 （HQI）在，法国国家大型计算中心（GENCI）购入Pasqal的100比特量子计算机英伟达与德国于利希超算中心(JSC)、ParTec建立实验室开发经典-量子混合超级计算机澳大利亚Pawsey超级计算研究中心与加拿大Xanadu公司签署谅解备忘录，将为研究人员提供最先进的混合计算| Version Feb 2024中国电信发布“天衍”量子计算云平台，基于超量混合云架构，实现了“天翼云”超算能力和176量子比特超导量子计算能力的融合魁北克数字和量子创新平台PINQ²落成IBM Q System One，在舍布鲁克设立的高性能计算中心将使PINQ²能够提供混合计算方法8 全球超算中心与量子计算机的融合正在加速推进。各种类型和规模的超算中心，无论是大型的国家级研究机构还是小型的企业级实验室，都在积极探索与量子计算机的集成。这种集成不仅提升了计算能力和效率，还拓宽了应用领域。例如，生物信息学、物理模拟、金融工程等领域的复杂问题，通过超算和量子计算的结合，可以得到更精确、更高效的解决方案。此外，这种融合还推动了新的算法和应用的发展，如量子机器学习、量子优化等，显示出超算和量子计算相结合的巨大潜力。HPC+QC线下机群模式是未来高性能计算的重要发展方向。这种模式通过整合传统超级计算机和量子计算资源，使得高性能计算更加灵活、高效。在这种模式下，可以实现更复杂、高精度的运算和模拟，从而推动科学研究、工程技术和产业创新的发展。这种模式的优势在于，它可以充分利用传统超级计算机在处理经典问题上的强大能力，同时利用量子计算机在处理量子问题上的独特优势。未来，超级计算机和量子计算机能够无缝集成，实现互补优势，为解决复杂问题提供强大的计算支持。随着技术的进步和应用的拓展，我们可以预见，HPC+QC线下机群模式将在未来的计算领域发挥越来越重要的作用。第一章2023产业发展概览图表 全球现有量子计算机与经典计算机相融合的计算中心及相关实验室中国安徽省量子计算工程研究中心将计算任务在量子计算机和超级计算机之间进行分解、调度和分配中国国家超级计算郑州中心与中国上海超级计算中心和本源量子以及中移（苏州）软件共同打造量超融合先进计算平台，提供量超云融合服务法国原子能委员会与国家超大型计算中心应用Atos量子学习机 （QLM） 将量子计算能力整合到超级计算机Joliot Curie当中德国于利希超级计算中心基于模块化超级计算架构概念的最紧密集成德国莱布尼茨超级计算中心与Atos和HQS合作研究HPC与QC之间的整合芬兰IT科学中心VTT的5量子比特超导量子计算机HELMI （“Pearl”） 与欧洲超级计算机LUMI （“Snow”）连接 ；使用了英伟达CUDA Quantum平台西班牙加利西亚超级计算中心在 “PRIMEHPC FX700”超级计算机上构建基于富士通34量子比特量子计算模拟器的集群系统美国国家超级计算应用中心集成英伟达CUDA Quantum美国橡树岭国家实验室应用Atos量子学习机 （QLM）；参与CUDA Quantum测试计划美国阿贡国家实验室 应用Atos量子学习机 （QLM）巴西SENAI-CIMATEC应用Atos量子学习机 （QLM）将量子计算能力整合到超级计算机当中印度高级计算发展中心与Atos达成合作协议，共享量子学习机（QLM）成果澳大利亚帕西超级计算中心将量子加速器与HPE Cray Ex超级计算机Setonix配对，展示和测试量子和经典计算的混合模型日本国家高级产业科学技术研究院英伟达的合作伙伴，将CUDA Quantum集成到其超算平台日本理化学研究所富士通公司的量子计算机与“富岳”超级计算机集成| Version Feb 20249 2023年，全球主要电信运营商积极加大对量子计算领域的投资和研究力度。它们在超导、离子阱等多种量子计算机类型上进行了深入研究，反映出电信运营商对于量子技术在提升网络性能、加强安全通信等方面的潜在价值的认可。此外，这些电信运营商在量子计算领域的布局不仅仅停留在研究层面，更在积极寻求技术合作和商业合作。例如，与IBM、IonQ等企业和科研机构建立战略合作伙伴关系，共同推动量子计算技术在实际应用中的验证和商业化进程。全球电信运营商在量子计算领域的布局表现出一种跨界合作、开放共享的趋势，力图在未来科技竞争中保持领先地位。目前，全球电信运