2020全球量子计算产业发展报告

第1页前 言量子计算是量子力学与计算机科学相结合的一种通过遵循量子力学规律、调控量子信息单元来进行计算的新型计算方式。它以微观粒子构成的量子比特为基本单元，具有量子叠加、纠缠的特性。并且，通过量子态的受控演化，量子计算能够实现信息编码和计算存储，具有经典计算技术无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。随着量子比特位数的增加，其计算存储能力还将呈指数级规模拓展。这是目前量子信息技术（Quantum Information Technology）领域重点关注的发展方向之一。量子计算的概念最早由费曼提出，1985年英国物理学家David Deutsch进一步发展了费曼的构想，通过“量子线路”方法，将经典计算机中负责运算处理的逻辑门扩展到了量子力学领域。90年代，Shor算法和Grover算法证明了量子计算拥有经典计算无可比拟的速度。从此以后，人们一直在寻找能够运行Shor算法的量子硬件，目前主流的物理实现方案包括超导、离子阱、半导体、光学、拓扑等，其中超导和离子阱发展最为迅速。超导路线方面，2020年Rigetti部署Aspen-8（31量子比特）量子处理器；IBM实现了64量子体积，发布了65量子比特Hummingbird处理器；IBM和谷歌提出了在2021年突破100量子比特的目标；本源量子发布了6比特超导量子计算机——悟源。离子阱路线方面，2020年霍尼韦尔发布了6量子比特HØ离子阱计算机，先后实现了64和128量子体积，平均单量子比特门保真度为99.97%，双量子比特门保真度为99.54%；美国杜克大学和马里兰大学设计出了全连接的32比特离子阱量子计算机寄存器；IonQ宣布在32量子比特离子阱量子计算机上，实现预期超过 第2页400万量子体积。半导体路线方面，2020年英特尔与代尔夫特QuTech共同在Nature上发表论文，证明了在高于1开氏度下能够成功控制“高温”量子比特；澳大利亚硅量子计算公司（SQC）刷新了有史以来的半导体量子比特的最低噪声水平，通过将该研究成果与在1微秒内读出量子比特信息的能力相结合，实现了双量子比特门保真度99.99%；本源量子将在今年底上线半导体量子计算机——悟本。光学路线方面，2020年Xanadu发布全球首个光量子计算云平台，开发者可以基于云访问Xanadu的光量子计算机，包括8量子比特和12量子比特两个版本；PsiQuantum获得了包括微软在内的1.5亿美元融资，致力于开发100万量子比特的光量子计算机；中国科大自去年12月首次实现了20个光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算后，今年完成了对50个光子的玻色取样。拓扑路线方面，2020年微软宣布与哥本哈根大学合作成功实现了一种重要的、有希望用于拓扑量子计算机的材料。这种新材料有可能在没有磁场的情况下实现拓扑状态，可用于实现真正的拓扑量子计算机。2020年，量子计算物理实现方案研究取得一定进展，但仍未实现技术路线收敛。同时量子计算云平台已成为该领域最大热点，除了IBM、D-Wave、Rigetti、本源量子以及Xanadu等硬件公司已经推出了云平台服务，微软、亚马逊也在今年正式上线量子计算云平台。软件方面，包括量子计算编程语言、开发工具、算法在内，本报告均有完整收录。2020年还有了第一个量子计算操作系统，英国量子软件公司Riverlane宣布，高性能通用操作系统Deltaflow.OS已经进入了量子计算机商业化发展的关键阶段。行业应用方面，量子计算在医药和金融领域的表现尤为惊艳，2020 年谷歌实现了迄今为止最大的量子化学模拟，渣打银行、CaixaBank、BBVA 等金融机构与量 第3页子计算公司合作，研究量子计算金融用例。同时，量子计算也在不断向人工智能、航天航空、交通运输领域渗透。从各方面来看，2020 年都是量子计算发展最快的一年。因此，光子盒编写了《2020年全球量子计算行业发展报告》，深入分析量子计算领域的关键技术、核心玩家、软件开发、行业应用、政策资金、人才教育，以把握全球量子计算最新趋势。 第4页目 录一、主要技术路线介绍及进展...............................................................................................................61、超导............................................................................................................................................72、半导体量子点............................................................................................................................83、离子阱........................................................................................................................................94、光学..........................................................................................................................................105、量子拓扑..................................................................................................................................116、量子退火..................................................................................................................................12二、国外量子计算主要企业.................................................................................................................141、IBM.......................................................................................................................................... 142、谷歌..........................................................................................................................................203、D-Wave System........................................................................................................................234、Rigetti Computing....................................................................................................................275、IonQ..........................................................................................................................................326、霍尼韦尔..................................................................................................................................347、微软..........................................................................................................................................368、英特尔......................................................................................................................................409、亚马逊......................................................................................................................................4210、Silicon Quantum Computing..................................................................................................44三、中国量子计算主要企业.................................................................................................................461、本源量子..................................................................................................................................462、华为..........................................................................................................................................563、阿里巴巴达摩院量子实验室..................................................................................................584、百度量子平台..........................................................................................................................605、腾讯量子实验室......................................................................................................................626、国盾量子.....................