量子计算发展态势研究报告（2024年）

(2024年) 中国信息通信研究院技术与标准研究所中移（苏州）软件技术有限公司北京玻色量子科技有限公司2024年9月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院、中移（苏州）软件技术有限公司和北京玻色量子科技有限公司，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、中移（苏州）软件技术有限公司和北京玻色量子科技有限公司”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 前言 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，有望在解决计算复杂问题过程中提供指数级加速，具有重大战略意义和科学价值，是未来实现计算能力跨越式发展的重要方向之一，全球主要国家持续深化布局相关技术研发、应用探索和产业生态培育，国际竞争日趋激烈。 当前，量子计算处于技术攻关和应用探索的关键阶段。超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体等技术路线科研探索和原型机工程研发不断取得进展，金融、化工、生物、交通、人工智能等行业领域应用探索持续深化，量子-经典融合计算成为业界关注焦点，基准测评研究稳步推进，科技巨头和初创企业发展保持活跃，国内外积极推动产业联盟建设，业界依托量子计算云平台、公共基础设施等平台措施进一步加快构建产业生态，生态系统正逐渐壮大。 中国信息通信研究院持续开展量子计算发展态势研究。本年度报告持续跟踪近期国内外量子计算技术研究、应用探索和产业生态培育等方面的最新热点进展，分析研判量子计算技术演进方向与应用产业发展趋势，并结合量子计算发展现状、趋势和问题提出发展建议，为凝聚业界各方共识合力提供参考。 目录 一、全球持续深化量子计算布局，正进入快速发展期............................................1 （一）量子计算有望带来颠覆变革，成国际竞逐焦点....................................1（二）技术创新持续活跃，渐成为前沿科学研究热点....................................3（三）企业数量增速回落明显，投融资市场有望回暖....................................7二、量子计算技术研究有序推进，依旧面临多重挑战.......................................... 11（一）多技术路线竞相争鸣，短期难以形成方案聚焦.................................. 11（二）量子纠错研究不断深入，实用化差距依旧明显..................................16（三）量子计算软件持续多元发展，成熟度有待提升..................................18（四）支撑保障系统愈加重要，指标亟待进一步提高..................................21三、量子计算应用探索持续发力，实用落地有待突破..........................................24（一）多领域应用探索并进，实用落地仍需加速突破..................................24（二）量子计算云平台提供者渐多，功能普遍待强化..................................27（三）基准测评研究正在稳步推进，成果与挑战并现..................................31（四）量子-经典融合成焦点，技术体系架构至关重要................................34四、量子计算产业培育多方并举，生态系统逐步兴起..........................................38（一）产业生态初步形成，关键环节发展仍有待推进..................................38（二）企业进入发展活跃期，不断推动产业生态发展..................................42（三）联盟促进生态培育，公共设施助力产学研合作..................................46（四）标准化已成为国内外布局热点，发展进程加快..................................49五、总结与建议..........................................................................................................51 图目录 图1全球量子计算科研论文和专利数量年度变化趋势............................................3图2全球量子计算科研论文数量前十位国家情况....................................................5图3量子计算不同技术路线全球发文情况................................................................6图4全球量子计算专利主要来源国家情况................................................................6图5量子计算不同技术路线全球专利情况................................................................7图6全球量子计算企业数量年度变化趋势................................................................8图7全球量子计算不同技术路线硬件系统研制企业分布情况................................9图8全球量子计算企业投融资事件与金额变化趋势..............................................10图9 2023年量子计算产业投融资笔数类型分布.....................................................10图10量子计算主要硬件技术路线关键指标对比概况............................................15图11量子计算软件体系架构图................................................................................18图12量子计算应用场景分析....................................................................................24图13国内外典型量子计算云平台概况....................................................................28图14量子计算测评基准体系框架............................................................................32图15量子-经典融合计算技术体系架构..................................................................35图16量子计算产业生态概况....................................................................................38图17美、中、英量子计算产业基础能力对比........................................................41图18全球代表性量子信息产业联盟概况................................................................47 表目录 表1全球主要国家量子信息领域战略规划和投资情况............................................1表2代表性量子计算公共设施平台概况..................................................................48 一、全球持续深化量子计算布局，正进入快速发展期（一）量子计算有望带来颠覆变革，成国际竞逐焦点 量子计算是以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现信息处理的一种计算方案，具有经典计算无法比拟的信息表征能力和超强并行处理能力，为解决特定计算复杂问题提供指数级加速。量子计算是“第二次量子革命”的重要标志，可以带动计算能力实现跨越式发展，有望颠覆和重塑传统技术体系对于信息处理和问题解决的模式，为经济社会发展带来前所未有的机遇。 量子计算已成为全球主要国家之间开展综合国力竞争，维护国家技术主权的关注焦点之一。近几年全球主要科技国家在量子计算领域的规划布局持续加强，已有30余个国家开展了以量子计算为重点的量子信息领域规划布局，全球主要国家的战略规划和投资概况如表1所示。国际竞争日趋激烈，各国均加大量子计算领域投入并争夺领先地位，这种竞争将会持续并对世界科技发展产生深远影响。 美国是全球最早开展量子计算研究的国家之一，注重依托政府指导推进量子计算发展，国家战略部署围绕顶层设计、组织机制、专项计划、生态建设等多个维度展开。2023年12月，美国国家科学技术委员会发布《NQI 2024年年报》1，报告表明美国在量子信息领域实际投资较NQI法案原计划五年投资12.75亿美元超出两倍有余，2019-2023年累计投资39.39亿美元，2024年预计投资9.68亿美元，其中量子计算投资占比最高，五年共计投资约14亿美元。 欧洲国家自上世纪九十年代开始关注并持续支持量子计算发展。近年来，欧洲国家布局并出台了一系列量子信息相关战略和专项计划，目标是在全球量子科技竞争中赢得主动。2024年，欧盟发布新版量子旗舰计划《战略研究和产业议程》2，在量子计算等四大领域分别提出短期（2027年）和中期（2030年）发展目标及建议，通过开展基础科研、促进产业化以及加强基础设施建设等方式，使欧洲在量子技术、产业生态和关键使能因素等方面实现领先。 我国高度重视以量子计算为代表的量子信息领域发展，通过组建国家实验室和实施重大科技专项等措施推动形成全面科研布局。2024年《政府工作报告》中提到在积极培育新兴产业和未来产业领域，制定未来产业发展规划，开辟量子技术、生命科学等新赛道，创建一批未来产业先导区3。近年来我国已有二十余个省市在地方“十四五”科技与信息技术产业发展规划中，针对量子计算基础科研、应用探索和产业培育等方面提出规划部署，采取措施主要聚焦在量子计算技术研发、应用探索和产业培育等方向。 此外，英国、日本、加拿大、印度、澳大利亚、丹麦、韩国、爱尔兰、新加坡等国也高度重视量子计算发展，相继发布了量子信息发展战略，围绕顶层规划、专项计划、组织机制、前沿研究、应用探索、产业培育和人才培养等领域，打造量子计算竞争能力。 （二）技术创新持续活跃，渐成为前沿科学研究热点 量子计算技术创新持续活跃，正逐渐成为前沿科技领域的研究热点，近年全球量子计算科研论文发表数量和专利数量如图1所示。 全球量子计算论文发表量在约10年时间中增长了4倍左右，这种增速一定程度上反应了量子计算科研活跃度不断提高。从发文趋势上看，2013年到2017年的论文年增长量相对较小，平均每年的增长量约为70篇。然而，从2017年开始，增长速度明显加快，尤其是从2019年到2021年，每年的