賽迪-2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望-2021.5-20正式版

2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望賽迪顧問·人工智能產(chǎn)業(yè)研究中心2021年5月前言量子計算是利用諸如疊加和糾纏等量子現(xiàn)象進行計算的一種革命性計算技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)典計算技術(shù)無法比擬的巨大信息攜帶量和超強并行計算處理能力。隨著量子比特位數(shù)的增加，其存儲能力與計算能力還將呈指數(shù)級規(guī)模拓展。量子計算的優(yōu)越性為解決大量新的議題和項目對計算能力更加強大的計算機設(shè)備的需求提供了革命性的解決路徑，受到世界主要國家和科技企業(yè)廣泛的關(guān)注。盡管在短期內(nèi)，量子計算將作為一項基礎(chǔ)研究，尚未能呈現(xiàn)切實的落地應(yīng)用，但其正在不斷向人工智能、生物醫(yī)藥、金融安全、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域滲透。更重要的是，量子計算作為一種前所未有的計算微觀世界的強大工具，將給現(xiàn)有的計算理論帶來深刻變革，極大加深人類對物質(zhì)與信息的理解。量子計算試圖在量子水平上構(gòu)造、控制物質(zhì)系統(tǒng)，其研究過程是人類物質(zhì)科學(xué)質(zhì)的進步。作為當(dāng)前最重要的科技領(lǐng)域之一，量子計算承載著人類對科技的想象和探索的勇氣，我們應(yīng)當(dāng)對量子計算報以熱忱。量子計算所能帶來的改變和應(yīng)用的領(lǐng)域還有待持續(xù)地發(fā)掘，站在拓展人類物質(zhì)科學(xué)實踐的風(fēng)口上，量子計算將不再是科學(xué)家的遙遠(yuǎn)夢想，人類在量子計算領(lǐng)域的不懈探索使其未來不再遙不可及。12

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4目錄前言主要觀點0101概念界定及發(fā)展演進020304概念定義發(fā)展歷程02政策資源分布0607全球政策及中國政策03技術(shù)發(fā)展情況091011技術(shù)成果技術(shù)瓶頸04賽迪預(yù)判商業(yè)前景

發(fā)展趨勢

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4圖目錄圖1經(jīng)典計算機與量子計算機運算能力影響因素圖2量子計算發(fā)展歷程45圖3量子計算商用市場規(guī)模預(yù)測13表目錄表1全球量子科技相關(guān)政策梳理表2中國量子科技相關(guān)政策梳理78主要觀點量子計算為提升算力和降低能耗提供了顛覆性的處理思路，對量子計算的研究是突破經(jīng)典計算的算力極限的革命性科學(xué)嘗試。從概念構(gòu)想到實驗室成果再到商業(yè)價值初探，探索物理實現(xiàn)粒子和提高量子比特位數(shù)是全球研究機構(gòu)及科技企業(yè)追逐的關(guān)鍵。世界主要國家高度重視量子科技發(fā)展，我國充分認(rèn)識推動以量子計算為代表之一的量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性。在各國頂層政策催化下，量子計算在前沿科技領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，科研探索和技術(shù)創(chuàng)新保持活躍，發(fā)展態(tài)勢良好。量子計算存在多種技術(shù)路線以制作出糾纏態(tài)的最基本物理實現(xiàn)粒子，但尚無任何一種路線能夠完全滿足實用化條件要求從而推動技術(shù)方案等融合收斂。量子計算目前還處于原型機研發(fā)階段，對粒子狀態(tài)的控制是亟需突破的難點。距離實現(xiàn)對規(guī)模化多體量子體系的精確制備、操控與探測還需至少十年的探索周期。若實現(xiàn)量子糾錯機制的應(yīng)用，量子計算有望在10-15年內(nèi)實現(xiàn)商用，市場規(guī)模將實現(xiàn)爆發(fā)性增長，預(yù)計量子計算的商用元年在2030年左右，量子計算商用元年的市場規(guī)模將達到140.1億美元。112

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2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望01概念界定及發(fā)展演進概念定義●“發(fā)展歷程●量子計算為提升算力和降低能耗提供了顛覆性的處理思路，對量子計算的研究是突破經(jīng)典計算算力極限的革命性科學(xué)嘗試。從概念構(gòu)想到實驗室成果再到商業(yè)價值初探，探索物理實現(xiàn)粒子和提高量子比特位數(shù)是全球研究機構(gòu)及科技企業(yè)追逐的關(guān)鍵。2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望1

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4（一）概念定義：1.量子計算概念：量子計算是利用諸如疊加和糾纏等量子現(xiàn)象進行計算的一種革命性計算技術(shù)。這些量子現(xiàn)象遵循量子力學(xué)規(guī)律通過調(diào)控量子信息單元實現(xiàn)。以量子比特為基本單位，通過量子態(tài)的受控演化實現(xiàn)并行計算，在某些計算困難問題上提供指數(shù)級加速。實現(xiàn)大規(guī)模可編程容錯量子計算機及其應(yīng)用；將與經(jīng)典計算長期共存，相輔相成。發(fā)展定位為計算困難問題提供高效解決方案，實現(xiàn)突破經(jīng)典計算極限的算力飛躍。原理特性應(yīng)用前景2.量子計算機與經(jīng)典計算機的區(qū)別：量子計算機基于量子力學(xué)原理構(gòu)建，用于處理和計算量子信息，運行量子算法。量子計算機與經(jīng)典計算機在基本單位、運算模式和計算能力上存在明顯區(qū)別。經(jīng)典計算機信息的基本單元是比特，比特是一種有兩個狀態(tài)的物理系統(tǒng)，用0與1表示。基本

單

位在量子計算機中，基本信息單位是量子比特（qubit），用兩個量子態(tài)│0>和│1>代替經(jīng)典比特狀態(tài)0和1，每個量子比特的狀態(tài)是0或1的線性組合（通常稱為疊加態(tài)）。經(jīng)典計算機的運算模式為逐步計算，一次運算只能處理一次計算任務(wù)。量子計算為并行計算，因此量子計算機可以同時對2^n個數(shù)進行數(shù)學(xué)運算，相當(dāng)于經(jīng)典計算機重復(fù)實施2^n次操作。運算模式計算能力在經(jīng)典計算中，計算能力與晶體管數(shù)量成正比例線性關(guān)系；量子計算機中算力將以量子比特的指數(shù)級規(guī)模拓展和爆發(fā)式增長。312

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2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望圖1經(jīng)典計算機與量子計算機運算能力影響因素量子計算機經(jīng)典計算機運算能力運算能力線性關(guān)系指數(shù)關(guān)系晶體管數(shù)量量子比特數(shù)資料來源：賽迪顧問，2021，05基于上述優(yōu)勢，量子態(tài)疊加原理使得1臺n位的量子計算機算力在理論上等同于2^n臺n位的經(jīng)典計算機算力。因此，相較經(jīng)典計算機，量子計算機具備“量子優(yōu)越性”。一旦量子計算機強大到可以完成經(jīng)典計算機無法執(zhí)行的計算時，“量子霸權(quán)”由此實現(xiàn)。（二）發(fā)展歷程：從20世紀(jì)80年代量子計算概念的最初構(gòu)想到20世紀(jì)90年代劃時代的量子算法編制，再到21世紀(jì)以來商用量子計算機實現(xiàn)路徑的孵化成型，經(jīng)歷了近半個世紀(jì)的積淀與培育，提高量子比特數(shù)和探索物理實現(xiàn)粒子是科學(xué)界與企業(yè)界追逐的關(guān)鍵。未來，向?qū)嶒炇彝馔卣沽孔佑嬎悖瑢崿F(xiàn)通用量子計算機，面向廣泛商業(yè)化應(yīng)用場景是科技浪潮即將奔赴的海岸。42021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望1

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4圖2量子計算發(fā)展歷程1982-1993·1982年，RichardFeynman提出利用量子體系實現(xiàn)通用計算的想法，即量子計算的早期概理論概念構(gòu)想期念構(gòu)想。·1985年，DavidDeutsch提出了量子圖靈機模型，使得通用量子計算機的構(gòu)建更加清晰。·1992年，DeutschJozsa提出了D-J量子算法，這是量子并行計算理論的基石。1994-2006·1994年，PeterShor提出Shor算法,對RSA等在內(nèi)的加密算法和系統(tǒng)造成了威脅，成為量實踐成果初探期子計算的核心突破?！?995年，BenjaminSchumacher第一次提出了量子比特信息學(xué)上的概念，并創(chuàng)造了“量子比特”（qubit）的說法?！?996年，LovGrover提出了Grove量子搜索算法，該算法被公認(rèn)為繼shor算法后的第二大算法。·1998年，BernhardOmer提出量子計算編程語言，拉開了量子計算機可編程的序章。2007-2013·2007年，D-waveSystems實現(xiàn)了歷史上第一臺商用量子計算機。宣布研制成功16量子

研究開發(fā)活躍期比特的量子計算機——“獵戶座”（Orion）?！?009年，Harrow、Hassidim、Lloyd提出HHL量子算法。該算法在特定條件下實現(xiàn)了相較于經(jīng)典算法的指數(shù)加速效果，將在機器學(xué)習(xí)、數(shù)值計算等場景有優(yōu)勢體現(xiàn)。2014-2019·2014年，Google建設(shè)“Google量子人工智能實驗室”，自此專營量子計算的創(chuàng)業(yè)公司開商業(yè)價值孵化期始出現(xiàn)。·2016年8月16號，墨子號量子科學(xué)實驗衛(wèi)星成功發(fā)射升空?！?019年1月，IBM公司發(fā)布世界上首個商用集成量子計算系統(tǒng)：IBMQSystemOne，這一新系統(tǒng)對于在實驗室外擴展量子計算至關(guān)重要?！?019年，谷歌發(fā)布論文稱已經(jīng)利用一臺53量子比特的量子計算機，證實了量子計算機性能超越經(jīng)典計算機，成為量子計算領(lǐng)域發(fā)展的標(biāo)志性事件，刺激了全球科技巨頭和初創(chuàng)企業(yè)的進一步投入與競爭。2020-以后

技術(shù)應(yīng)用躍升期·未來，隨著量子物理比特數(shù)量和質(zhì)量的提升，預(yù)計到2030年，基于百位量級量子物理比特，在含有噪聲，即未實現(xiàn)量子糾錯的條件下，探索開發(fā)相關(guān)應(yīng)用和解決特定計算困難問題。到2050年，有望實現(xiàn)通用量子計算機，提高量子比特的操縱精度使之達到能超越量子計算苛刻的容錯閾值（>99.999%），并進一步面向更廣泛的應(yīng)用場景。512

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2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望02政策資源分布全球政策與中國政策●“全球主要國家高度重視量子科技發(fā)展，我國充分認(rèn)識推動以量子計算為代表之一的量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性。在各國頂層政策催化下，量子計算在前沿科技領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，科研探索和技術(shù)創(chuàng)新保持活躍，發(fā)展態(tài)勢良好。2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望1

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4（一）全球政策及中國政策：量子科技是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的必爭領(lǐng)域之一。近年來，美國、歐盟、英國、日本等主要國家和地區(qū)高度重視量子科技發(fā)展，通過出臺政策文件、成立研究機構(gòu)、支持量子科技研究等方式加大對量子科技的規(guī)劃布局和支持力度。表1全球量子科技相關(guān)政策梳理年份200220092015201620162018201820182020201520152016201820202016202020202017國別主要政策《量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》《量子信息科學(xué)的聯(lián)邦愿景》《2015-2019年技術(shù)實施計劃》《推進量子信息科學(xué)發(fā)展:美國的挑戰(zhàn)與機遇》《與基礎(chǔ)科學(xué)、量子信息科學(xué)和計算交匯的量子傳感器》《國家量子倡議法案》美國《量子信息科學(xué)國家戰(zhàn)略概述》《國家量子倡議法案》《美國量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略構(gòu)想》《量子技術(shù)國家戰(zhàn)略——英國的一個新時代》《英國量子技術(shù)路線圖》英國歐盟《量子技術(shù)：時代機會》《量子技術(shù)》報告《量子信息處理技術(shù)布局2020：英國防務(wù)與安全前景》《量子宣言(草案)》《戰(zhàn)略研究議程（SRA）》澳大利亞日本《量子技術(shù)路線圖》《關(guān)于量子科學(xué)技術(shù)的最新推動方向》資料來源：賽迪顧問整理，2021，05在我國，量子科技產(chǎn)業(yè)獲政策持續(xù)支持，已上升為國家戰(zhàn)略。早在2006年發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中，就已經(jīng)提出“重點研究量子通信的載體和調(diào)控原理及方法，量子計算，電荷-自旋-相位-軌道等關(guān)聯(lián)規(guī)律以及新的量子調(diào)控方法”。2016年，在國務(wù)院《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》中提出了促進“量子信息技術(shù)”發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃。2020年，中共中央政治局就量子科技研究和應(yīng)用前景進行第二十四次集體學(xué)習(xí)，習(xí)近平總書記提出“要充分認(rèn)識推動量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢，下好先手棋”。712

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2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望表2中國量子科技相關(guān)政策梳理時間發(fā)布機構(gòu)政策名稱具體內(nèi)客重點研究量子通信的載體和調(diào)控原理及方法，量子計算，電荷-自旋-相位-軌道等關(guān)聯(lián)規(guī)律以及新的量子調(diào)控方法，受限小量子體系的新量子效應(yīng)，人工帶隙材料的宏觀量子效應(yīng)?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》2006/02

國務(wù)院突破光子信息處理、董子通信、量子計算、太赫茲通《國家“十二五“科學(xué)和技

信、新型計算系統(tǒng)體系、網(wǎng)構(gòu)軟件、量數(shù)據(jù)處理、智能2011/07科技部術(shù)發(fā)展規(guī)劃》感知與交互等重點技術(shù)，攻克普適服務(wù)、人機物交互等核心關(guān)健技術(shù)。全面突破第五代移動通信(5G)技術(shù)、核心路由交換技術(shù)、超高速大客量智能光傳輸技術(shù)、“未來網(wǎng)絡(luò)”核心技術(shù)和體系架構(gòu)，積極推動量子計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等發(fā)展。2015/052016/032016/05國務(wù)院《中國制造2025》《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》將量子通信和量子計算機列為科技創(chuàng)新2030——重大科全國人大技項目之一。前瞻布局新興產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)研發(fā)，力爭實現(xiàn)“彎道超車”。開發(fā)移動互聯(lián)技術(shù)、量子信息技術(shù)、空天技術(shù)，推動增材制造裝備、智能機器人、無人駕駛汽車等發(fā)展?！秶覄?chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》國務(wù)院科技部、教育量子計算機研究解決大尺度量子系統(tǒng)的效率問題，研發(fā)量部、中科院、

《“十三五”國家基礎(chǔ)研究

子系統(tǒng)、量子芯片材料、結(jié)構(gòu)與工藝、量子計算機整體構(gòu)2017/05國家自然科學(xué)

專項規(guī)劃基金委員會架以及操作和應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)量子信息的調(diào)制、存儲、傳輸和計算，最終實現(xiàn)可實用化的量子計算機原型機。積極推動天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)、量子通信與量子計算機、腦科學(xué)與類腦研究等新一輪軍民融合重大科技項目論證與實施?？萍疾俊④娢?/p>

《“十三五”科技軍民融合2017/082018/012018/07科技委發(fā)展專項規(guī)劃》優(yōu)化國家科技計劃基礎(chǔ)研究支持體系，拓展實施國家重大科技項目，加快實施量子通信與量子計算機、腦科學(xué)與類腦研究等“科技創(chuàng)新2030-重大項目”?！秶鴦?wù)院關(guān)于全面加強基礎(chǔ)科學(xué)研究的若干意見》國務(wù)院《金融和重要領(lǐng)域密碼應(yīng)

大力推動密碼科技創(chuàng)新，加強密碼基礎(chǔ)理論、關(guān)健技術(shù)中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳用

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規(guī)

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和應(yīng)用研究，促進密碼與量子技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)、(2018-2022年)》物聯(lián)同、人工智能、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)融合創(chuàng)新。量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價值，是一項對傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。2020/10

中央政治局第二十四次集體學(xué)習(xí)資料來源：賽迪顧問整理，2021，0582021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望1

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403技術(shù)發(fā)展情況“技術(shù)成果●技術(shù)瓶頸●量子計算存在多種技術(shù)路線以制作出糾纏態(tài)的最基本物理實現(xiàn)粒子，但尚無任何一種路線能夠完全滿足實用化條件要求從而推動技術(shù)方案的融合收斂。量子計算目前還處于原型機研發(fā)階段，對粒子狀態(tài)的控制是亟需突破的難點。距離實現(xiàn)對規(guī)模化多體量子體系的精確制備、操控與探測還需至少十年的探索周期。12

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2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望（一）技術(shù)成果量子計算存在多種技術(shù)路線以制作出最基本的物理實現(xiàn)粒子。主流技術(shù)路徑包括超導(dǎo)、離子阱、半導(dǎo)體量子點、量子光學(xué)以及拓?fù)淞孔拥?。技術(shù)路徑的研發(fā)目的都是為了制作出糾纏態(tài)的最基本粒子。超導(dǎo)和離子阱技術(shù)路線當(dāng)前處于領(lǐng)先地位，受到關(guān)注程度最高，半導(dǎo)體量子點和光量子路線發(fā)展提速，上述四種路徑均已制作出物理原型機，但拓?fù)淞孔由袩o物理層面的實現(xiàn)。目前，仍無任何一種路線能夠完全滿足實用化條件要求從而推動技術(shù)方案等融合收斂。超導(dǎo)量子計算路線超導(dǎo)量子計算路線利用超低溫“凍結(jié)”粒子的運動進而實現(xiàn)粒子狀態(tài)的控制。由于超導(dǎo)量子電路的能級結(jié)構(gòu)可通過外加電磁信號進行調(diào)控，電路的設(shè)計定制的可控性強。得益于基于現(xiàn)有的成熟集成電路工藝，超導(dǎo)量子電路具有多數(shù)量子物理體系難以比擬的可擴展性。谷歌、IBM、英特爾等企業(yè)均在積極開展超導(dǎo)量子比特實驗研究，我國中科大、南方科大、中電科、阿里巴巴、本源量子等公司和研究機構(gòu)開展了超導(dǎo)線路的研究和布局。量子比特數(shù)近年來穩(wěn)步提升。但超導(dǎo)路線在邏輯門保真度和相干時間方面存在一定短板，比特見連接的物理布線工藝難度要求將對著比特數(shù)增加而加大。離子阱量子計算路線離子阱量子計算路線在物理比特質(zhì)量和邏輯門保真度等方面具有一定優(yōu)勢，同時具備室溫條件工作的優(yōu)點。2020年Honeywell發(fā)布了6量子比特離子阱計算機，先后實現(xiàn)了64和128量子體積，平均單量子比特門保真度為99.97%，雙量子比特門保真度為99.54%；IonQ宣布在32量子比特離子阱量子計算機上，實現(xiàn)預(yù)期超過400萬量子體積；我國清華大學(xué)、中山大學(xué)和啟科量子等公司和研究機構(gòu)開展了離子阱線路的研究和布局。離子阱路線在真空工作環(huán)境要求，門操作時間指標(biāo)和激光讀寫操控復(fù)雜度等方面存在短板，單平臺實現(xiàn)物理比特數(shù)量的大規(guī)模擴展也存在瓶頸。半導(dǎo)體量子計算路線半導(dǎo)體量子計算路線與現(xiàn)代半導(dǎo)體集成電路工藝兼容，在可拓展性和可集成性等方面具備優(yōu)勢。2020年英特爾與代爾夫特QuTech共同在Nature上發(fā)表論文，證明了在高于1開氏度下能夠成功控制“高溫”量子比特；澳大利亞硅量子計算公司（SQC）刷新了有史以來的半導(dǎo)體量子比特的最低噪聲水平，通過將該研究成果與在1微秒內(nèi)讀出量子比特信息的能力相結(jié)合，實現(xiàn)了雙量子比特門保真度99.99%；我國中科大和本源量子等公司和研究機構(gòu)開展了半導(dǎo)體線路的研究和布局。但半導(dǎo)體路線物理比特易受環(huán)境噪聲影響且物理機制復(fù)雜近年來在物理比特數(shù)量等指標(biāo)方面暫無突破性成果。量子光學(xué)路線量子光學(xué)路線在相干時間、室溫工作、高維糾纏操縱、實現(xiàn)量子信息系統(tǒng)互聯(lián)等方面具有優(yōu)勢。我國中科大在光量子計算研究方面處于領(lǐng)先地位，2020年9月完成了對50個光子的玻色取樣，12月構(gòu)建了76個光子的量子計算原型機“九章”。但基于離散器件平臺等光量子計算探索在比特數(shù)量大規(guī)模方面將面臨困難，上海交大在基于光子集成的光量子芯片領(lǐng)域開展了研究。102021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望1

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4拓?fù)淞孔佑嬎懵肪€拓?fù)淞孔佑嬎懵肪€無需糾錯算法，相干時間長，保真度強。但拓?fù)淞孔游挥布?gòu)建難度大，目前尚無物理層面的實現(xiàn)。微軟為該實現(xiàn)路徑的主要研發(fā)企業(yè)，2020年微軟宣布與哥本哈根大學(xué)合作成功實現(xiàn)了一種重要的、有希望用于拓?fù)淞孔佑嬎銠C的材料。這種新材料有可能在沒有磁場的情況下實現(xiàn)拓?fù)錉顟B(tài)，可用于實現(xiàn)真正的拓?fù)淞孔佑嬎銠C。（二）技術(shù)瓶頸量子計算目前還處于原型機研發(fā)階段，在技術(shù)上仍面臨多項挑戰(zhàn)，主要包括以下五方面的困難。對粒子狀態(tài)的控制是亟需突破的難點，距離達到超越量子計算苛刻的容錯閾值（>99.999%），實現(xiàn)對規(guī)?；囿w量子體系的精確制備、操控與探測還有至少十年的探索周期。外界環(huán)境對于量子的相干疊加態(tài)及量子計算機計算結(jié)果穩(wěn)定性的干擾性較為明顯。因此量子計算機需通過使用超導(dǎo)材料對抗外界干擾，而這些超導(dǎo)材料一般需要在約為0.1開爾文（即零下273.05攝氏度）的環(huán)境下工作，該溫度低于宇宙星際空間的平均溫度2.73開爾文。此外，在進行量子計算的時候，隨著量子比特數(shù)量增加，保持量子比特相干態(tài)的難度也在不斷加大。由于量子計算機通常難以避免量子比特退相干出錯，引入了糾錯機制，而退相干的糾錯機制，目前還無法實現(xiàn)1個真正的能夠容錯的滿足量子計算的邏輯比特。2.相干時4.輸入和末1.擴展性3.去相干糾錯5.量子算法間較短態(tài)的測量由于量子計算機容易受外界環(huán)境的影響而導(dǎo)致退相干，因此為保持運算結(jié)果的可靠性，量子計算必須在其發(fā)生退相干之前全部完成。而由于目前相干時間的上限一般為100微秒，在這極其短暫的時間段內(nèi)，量子計算機必須完成一定邏輯操作，這對于量子邏輯門之間的切換速度要求非常高。目前的QPU需要依賴經(jīng)典芯片（CPU或?qū)ｉT設(shè)計的量子比特控制芯片）對其進行操作，目前，量子計算只能執(zhí)行用于分解質(zhì)因數(shù)的Shor量子算法、用于無序數(shù)據(jù)庫搜索的Grover量子算法等有限的量子算法。要量子計算機運作時需把量子比特初始化為一個標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，即要求量子計算的輸入態(tài)是已知的，同時具備對量子計算末態(tài)進行測量的能力。該能力目前還不成熟。1112

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2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望04賽迪預(yù)判商業(yè)前景●發(fā)展趨勢●“若實現(xiàn)量子糾錯機制的應(yīng)用，量子計算有望在10-15年內(nèi)實現(xiàn)商用，市場規(guī)模將實現(xiàn)爆發(fā)性增長，預(yù)計量子計算的商用元年在2030年左右，量子計算商用元年的市場規(guī)模將達到140.1億美元。2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望1

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4（一）商業(yè)前景當(dāng)前，量子計算市場主要集中于研發(fā)環(huán)節(jié)。若實現(xiàn)量子比特質(zhì)量、量子糾錯算法、量子比特控制等核心挑戰(zhàn)的突破，未來市場規(guī)模將實現(xiàn)爆發(fā)性增長。量子比特位數(shù)、量子體積、量子相干時間等參數(shù)對于預(yù)測量子計算商業(yè)化元年具有較高的參考價值：1當(dāng)量子比特位數(shù)達到100-1000位后，量子計算機有望能夠執(zhí)行一些具有實際意義和應(yīng)用價值的算法；2當(dāng)錯誤率由0.1%減少到0.01%后，將帶來“量子體積”的明顯增長，預(yù)示量子計算機得以商用；3若量子相干時間提升至高于1ms，量子計算機將有進入商用的可能。綜上，并結(jié)合量子計算所需的物理學(xué)基礎(chǔ)與算法基礎(chǔ)，量子計算有望在10-15年內(nèi)實現(xiàn)商用，預(yù)計量子計算的商用元年在2030年左右。以2030年為量子計算商用元年，預(yù)計2030年全球量子計算市場規(guī)模將達到140.1億美元，并以30%左右的增速平緩上漲，至2035年預(yù)計會達到489.7億美元的量子計算市場規(guī)模。圖3全球量子計算商用市場規(guī)模預(yù)測60050040030020010002030年E2031年E2032年E2033年E2034年E2035年E量子計算機市場規(guī)模（億美元）數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問，2021，051312

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2021量子計算技術(shù)創(chuàng)新與趨勢展望（二）發(fā)展趨勢量

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向“十四五”乃至更長遠(yuǎn)的未來，有望成為中國在全球科技產(chǎn)業(yè)中“換道超車”、掌握尖端技術(shù)話語權(quán)的重要核心技術(shù)。0102030405量子計算尚無專利壁壘，當(dāng)前搶占技術(shù)入口將獲得至關(guān)重要的議價權(quán)。在經(jīng)典計算機體系內(nèi)，計算芯片設(shè)計與制造的核心技術(shù)掌握在科技巨頭公司手中，并處于壟斷地位；而在量子計算領(lǐng)域尚未形成壟斷性巨頭公司或者較高的技術(shù)專利壁壘。相較于量子通信，量子計算的技術(shù)突破難度較高，由于量子計算極易被環(huán)境熱量或波動干擾致使計算結(jié)果出