2024量子計(jì)算發(fā)展態(tài)勢研究報(bào)告

(2024一、全球持續(xù)深化量子計(jì)算布局，正進(jìn)入快速發(fā)展 （一）量子計(jì)算有望帶來顛覆變革，成國際競逐焦 （二）技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)活躍，漸成為前沿科學(xué)研究熱 （三）企業(yè)數(shù)量增速回落明顯，投融資市場有望回 二、量子計(jì)算技術(shù)研究有序推進(jìn)，依舊面臨多重挑 （一）多技術(shù)路線競相爭鳴，短期難以形成方案聚 （二）量子糾錯(cuò)研究不斷深入，實(shí)用化差距依舊明 （三）量子計(jì)算軟件持續(xù)多元發(fā)展，成熟度有待提 （四）支撐保障系統(tǒng)愈加重要，指標(biāo)亟待進(jìn)一步提 三、量子計(jì)算應(yīng)用探索持續(xù)發(fā)力，實(shí)用落地有待突 （一）多領(lǐng)域應(yīng)用探索并進(jìn)，實(shí)用落地仍需加速突 （二）量子計(jì)算云平提供者漸多，功能普遍待強(qiáng) （三）基準(zhǔn)測評研究正在穩(wěn)步推進(jìn)，成果與挑戰(zhàn)并 （四）量子-經(jīng)典融成焦點(diǎn)，技術(shù)體系架構(gòu)至關(guān)重 四、量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)培育多方并舉，生態(tài)系統(tǒng)逐步興 （一）產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步形成，關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)展仍有待推 （二）企業(yè)進(jìn)入發(fā)展活躍期，不斷推動(dòng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā) （三）聯(lián)盟促進(jìn)生態(tài)培育，公共設(shè)施助力產(chǎn)學(xué)研 （四）標(biāo)準(zhǔn)化已成為國內(nèi)外布局熱點(diǎn)，發(fā)展進(jìn)程加 五、總結(jié)與建 圖1全球量子計(jì)算科研論文和專利數(shù)量年度變化趨 圖2全球量子計(jì)算科研論文數(shù)量前十位國家情 圖3量子計(jì)算不同技術(shù)路線全球發(fā)文情 圖4全球量子計(jì)算專利主要來源國家情 圖5量子計(jì)算不同技術(shù)路線全球?qū)＠?圖6全球量子計(jì)算企業(yè)數(shù)量年度變化趨 圖7全球量子計(jì)算不同技術(shù)路線硬件系統(tǒng)研制企業(yè)分布情 圖8全球量子計(jì)算企業(yè)投融資事件與金額變化趨 圖92023年量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)投融資筆數(shù)類型分 圖10量子計(jì)算主要硬件技術(shù)路線關(guān)鍵指標(biāo)對比概 圖11量子計(jì)算軟件體系架構(gòu) 圖12量子計(jì)算應(yīng)用場景分 圖13國內(nèi)外典型量子計(jì)算云平概 圖14量子計(jì)算測評基準(zhǔn)體系框 圖15量子-經(jīng)典融計(jì)算技術(shù)體系架 圖16量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)概 圖17美、中、英量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力對 圖18全球代表性量子信息產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟概 表1全球主要國家量子信息領(lǐng)域戰(zhàn)略規(guī)劃和投資情 表2代表性量子計(jì)算公共設(shè)施平概 量子計(jì)算發(fā)展態(tài)勢研究報(bào)告（2024量子計(jì)算發(fā)展態(tài)勢研究報(bào)告（2024年量子計(jì)算是以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實(shí)現(xiàn)信息處理的一種計(jì)算方案，具有經(jīng)典計(jì)算無法比擬的信息表征能力和超強(qiáng)并行處理能力，為解決特定計(jì)算復(fù)雜問題提供指數(shù)級加速。量子計(jì)算是第二次量子革命的重要標(biāo)志，可以帶動(dòng)計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，有望顛覆和重塑傳統(tǒng)技術(shù)體系對于信息處理和30余個(gè)國家開展了以量子計(jì)算為重點(diǎn)1所示。國際競爭日趨激烈，國均加大量子計(jì)算領(lǐng)域投入并爭奪領(lǐng)先地位，這種競爭將會(huì)持續(xù)并對界科技發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。11012.151.2億/1011512.7537.387.177.453.355.319.6521.7國家量子計(jì)算平1.8541.53億/2.71031.86.451203517.920307.20.24國家量子倡議法（二期20249.6852.19技術(shù)委員會(huì)發(fā)布《NQI2024年年報(bào)》1，報(bào)告表明美國在量子信息領(lǐng)14億美元。歐洲國家自上紀(jì)九十年代開始關(guān)注并持續(xù)支持量子計(jì)算發(fā)展。近年來，歐洲國家布局并出了一系列量子信息相關(guān)戰(zhàn)略和專項(xiàng)計(jì)劃，目標(biāo)是在全球量子科技競爭中贏得主動(dòng)。04年，歐盟發(fā)布新版量子旗艦計(jì)劃《戰(zhàn)略研究和產(chǎn)業(yè)議程》2，在量子計(jì)算等四大領(lǐng)域分別07年）00年）礎(chǔ)科研、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化以及加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方式，使歐洲在量子技2024年《政府工作報(bào)告》中提到在積極培育新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)領(lǐng)創(chuàng)建一批未來產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)3“十四五”科技與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，針對量子計(jì)算基礎(chǔ)科研、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培育等方面提出規(guī)劃部署，采取措施主要聚焦在量熱點(diǎn)，近年全球量子計(jì)算科研論文發(fā)表數(shù)量和專利數(shù)量如圖1所示。13420247月底之前，2023-2024全球量子計(jì)算論文發(fā)表量104倍左右，這2013年至2023年期間，全球量子計(jì)算發(fā)明專利申請量共計(jì)154375417件。從申請趨勢看，2013速發(fā)展階段，年度申請量呈現(xiàn)快速增長趨勢，到2021年達(dá)到峰值2866件，2022年申請量略微下降，2023年度申請量受公開延遲的影響有所下降，預(yù)計(jì)仍然保持上升趨勢。從授權(quán)趨勢看，2013年起呈量子計(jì)算論文數(shù)量前十位國家的統(tǒng)計(jì)情況如圖2所示，可反映國量子計(jì)算科研產(chǎn)出和影響力。從發(fā)文量看，美國和中國占據(jù)前兩位30篇和83國在量子計(jì)算科研方面的活躍度和領(lǐng)先地位。德國、英國和日本緊154121勁的研究活躍度。根據(jù)篇均被引頻次（即平均每篇的被引頻次）分13819次，這表明我國高水平論2術(shù)方向的科研論文數(shù)量統(tǒng)計(jì)如圖3所示，可反映量子計(jì)算不同細(xì)分領(lǐng)3量子計(jì)算專利申請的主要來源國家情況如圖4所示，可反映主家為中國和美國39%28%，此外，日本、歐洲、韓國等國家/5%、3%、2%占比的專利申請量。這反映了上述4量子計(jì)算不同技術(shù)路線的全球?qū)＠麛?shù)量對比情況如圖593803976件。從專利申請總量和授權(quán)總量兩方面均可看出，超導(dǎo)路線56供應(yīng)鏈企業(yè)和行業(yè)應(yīng)用企業(yè)等，其中初創(chuàng)企業(yè)為234家（2013-2023年成立且當(dāng)前處于運(yùn)營中的企業(yè)。從增長趨勢看，2016年之前，量子計(jì)算企業(yè)數(shù)量增長緩慢，2016年開始迅速增長，2018年達(dá)到峰值，新42家。2018-202130余家的高位，202226家，2023年新增企9家，2024171家。從不同國家看93623624家。綜上所述，過去十余年間，量子計(jì)算企業(yè)數(shù)量已6全球量子計(jì)算不同技術(shù)路線硬件系統(tǒng)研制企業(yè)分布情況如圖所示。從全球整體情況看60余家量子計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)研制企13、12、11家，811%。7全球量子計(jì)算企業(yè)投融資事件與金額變化趨勢如820172023100筆。202220美元，202314202412億美元。近兩年量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)投融資82023143筆已披露的投融資事件中，依舊以風(fēng)險(xiǎn)投資為主，911360%，如9所示。341.2億美元。A輪和B1913筆，金額約為8.7億美元和3.4億美元，投資方中全球大電信運(yùn)營商的Grant（資助激勵(lì)）類型筆367400萬美元，投資方以政府機(jī)構(gòu)、軍方為主，DARPA、NSF、DOEInnovateUK等。整體來看，量92023表的人造粒子路線，另一類是以離子阱路線、中性原子路線、光量得新成果，2023年年底，IBM1121量子比特超導(dǎo)量子處理器Condor133Heron5。2024年，中科院504比特超導(dǎo)量子計(jì)算芯片“驍鴻”6。北京量子院聯(lián)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)五塊百比特規(guī)模量子芯片和經(jīng)典計(jì)算資源融，總量子比特?cái)?shù)達(dá)6590772位超導(dǎo)量子比特芯片“悟空芯”8?；诔瑢?dǎo)路線的科研成果層出不窮，深圳量子院聯(lián)團(tuán)隊(duì)基于分布式超導(dǎo)量子處理器，驗(yàn)證了使用分布式量子處理器模擬拓?fù)湎辔坏目尚行?。TerraQuantumFlowermon型超導(dǎo)量子比特10。清華大學(xué)聯(lián)團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)量子處理器上模擬斐接近理論的黃金分割率1.61811?？傮w而言，超導(dǎo)量子計(jì)算路線在比研究不斷深入。2023年底，清華大學(xué)聯(lián)團(tuán)隊(duì)利用離子阱系統(tǒng)展示了多種量子誤差緩解技術(shù)對復(fù)雜量子線路進(jìn)行誤差消除的能力12。2024年，QuantinuumModelH1中單/雙量子比特邏輯56位量子比特離子阱原型機(jī)ModelH2-1，單/7891013https:///news/quantinuum-extends-its-significant-lead-in-quantum-computing-achieving-h維陣列的穩(wěn)定囚禁冷卻以及300離子量子比特的量子模擬計(jì)算15。OxfordIonics將離子阱技術(shù)與硅芯片技術(shù)相結(jié)，推出具有更優(yōu)擴(kuò)展性和更低噪聲特性的新型電子量子比特控制技術(shù)16。離子阱量子計(jì)基于中性原子路線的科研成果頗多。2024年，德國達(dá)姆施塔特工業(yè)20241600個(gè)量子比特原型機(jī)光量子技術(shù)路線17算和專用光量子計(jì)算兩類。2024550量子比特相干光量子相干伊辛機(jī)“550W”21。荷蘭QuiXQuantum在GHZ22，驗(yàn)證了基于集成光子技術(shù)有組優(yōu)化等專用實(shí)用化問題中展示優(yōu)勢。硅半導(dǎo)體技術(shù)路線使用量子點(diǎn)中囚禁的單電子或空穴作為量子比特，通過電脈沖實(shí)現(xiàn)量子比特操控和耦，優(yōu)勢體現(xiàn)在與成熟S24ItelS發(fā)硅半導(dǎo)體量子計(jì)算芯片新型制造與測試工藝，基于該技術(shù)制造的999%23所基于硅量子點(diǎn)中兩個(gè)電子自旋之間發(fā)生的自旋封鎖現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了量子比特的高速高精度讀出24。硅半導(dǎo)體路線受限于同位素材料加工以及柵極間串?dāng)_等因素影響，規(guī)模擴(kuò)展性和操控精度等指標(biāo)的突。2122https:///news/quix-quantum-technology-unlocks-key-to-scaling-photonic-quantum-comp24https://q-10展示了五種主流技術(shù)路線關(guān)鍵指標(biāo)的對比情況，1025展性好、僅需近鄰物理比特相互作用、容錯(cuò)閾值高以及多路線適用的物理基礎(chǔ)，研究持續(xù)深入并取得諸多新進(jìn)展。2024年，Alice&Bob公司聯(lián)團(tuán)隊(duì)提出基于玻色子貓態(tài)量子比特和量子低1500100個(gè)高可靠性的邏輯量子比特（錯(cuò)誤率<10?8）26。清華大學(xué)聯(lián)團(tuán)隊(duì)提出基于玻色編碼的糾錯(cuò)方案，并將其應(yīng)用到多個(gè)邏輯量子比特從而實(shí)現(xiàn)糾纏保護(hù)，使糾纏邏輯量子比特的相干時(shí)間提高了5，并首次在實(shí)驗(yàn)上利用邏輯量子比特證明貝爾不等式27。IM提出基于量子低密度奇偶校驗(yàn)碼的糾錯(cuò)方案，方案實(shí)現(xiàn)了07誤差閾值，當(dāng)假01812個(gè)邏輯量比特28。annum聯(lián)團(tuán)利用30物理比特構(gòu)建41058×10300倍29。噪聲的量子系統(tǒng)操控，搭建切實(shí)用化需求的量子糾錯(cuò)方案評價(jià)體系2629量子計(jì)算軟件為開發(fā)者提供使用量子計(jì)算硬件和運(yùn)行量子算法的必要工具，正處于快速發(fā)展階段。量子計(jì)算軟件作為一種結(jié)構(gòu)化的工具集，需依據(jù)量子計(jì)算原理進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，為不同技術(shù)路線提供A1所示。其中應(yīng)用軟件匹配不同行業(yè)訴求并進(jìn)行需求映射，編譯軟件是實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)功能的基礎(chǔ)，測控軟件為量子計(jì)算機(jī)正常高效運(yùn)行提供支撐保障，A軟件則是提升量子計(jì)算硬件研發(fā)與制造工程化水平的關(guān)鍵，不同量子計(jì)算軟件的功能具特色，在用戶使用過程中司11程序并獲得執(zhí)行結(jié)果。2024年，Quantinuum發(fā)布量子自然語言處理軟件“l(fā)ambeq”0.4.0版本，改進(jìn)可用性的同時(shí)提升字符串圖處理速度30。HQS向萊布尼茨超級計(jì)算中心交付量子模擬仿真軟件“HQSNoiseApp”31AzureQuantumElements軟件推出生成化學(xué)和密度泛函理論加速兩項(xiàng)新功能，助力用戶開展化學(xué)和材料科學(xué)研究32。未來應(yīng)用開發(fā)軟件需要擴(kuò)展應(yīng)用同時(shí)提供成套的語法規(guī)則用以協(xié)調(diào)和約束編譯操作。2023年底，英偉達(dá)發(fā)布量子電路模擬軟件cuQuantum23.10版本，更新API功能并提GraceHopper33。2024年，IBM推出更新版Qiskit軟件，提升了量子硬件電路優(yōu)化速度和存儲(chǔ)資源占用量等性能34。Intel1.135。QuantumCircuits推出集成式量子軟件用于在算法運(yùn)行中實(shí)時(shí)管理量子比特錯(cuò)誤檢測36。編譯3036/quantum-circuits-量結(jié)果反饋以及芯片校準(zhǔn)等功能。2024Q-CTRL的BoulderOpal硬件優(yōu)化和自動(dòng)化功能集成到其量子控制系統(tǒng)中，以提供更優(yōu)的量子處理器表征和優(yōu)化功能37。QuantrolOx發(fā)布量子比特自動(dòng)化控制軟件平QuantumEdge，支持量子芯片監(jiān)控、工作流程自動(dòng)化和數(shù)據(jù)可視化38。測控軟件面臨的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在量子糾錯(cuò)支EDA軟件可提供量子計(jì)算芯片的芯片設(shè)計(jì)、優(yōu)化布局、仿真驗(yàn)證、制造測試等功能。2024年，是德科技推出面向超導(dǎo)量子處理器設(shè)計(jì)的EDA仿真工具QuantumPro，可實(shí)現(xiàn)電路原理圖設(shè)計(jì)、布局構(gòu)建、電磁分析、非線性電路仿真和量子參數(shù)提取等功能39。EDA軟能異，但在技術(shù)成熟度、穩(wěn)定性和用戶體驗(yàn)等方面均遠(yuǎn)不及經(jīng)典38/quantum-39https:///cn/zh/about/newsroom/news-releases/2024/0227-pr24-036-keysight-introduces-qu環(huán)境設(shè)備是保障量子計(jì)算機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的必要支撐部分和基礎(chǔ)設(shè)施，主要包括超大功率稀釋制冷機(jī)、M脈管制冷機(jī)、超高真空腔24BueosD40。近年來我國在稀釋制冷機(jī)等設(shè)備方面也取得頗多成果，國盾量子ez-frige稀釋制冷機(jī)完成交付測試41，本源量子推出自研的本源1042設(shè)備有所區(qū)別，未來仍需在技術(shù)水平、核心指標(biāo)、設(shè)備工程化、小型化、集成化等方面突破技術(shù)瓶頸，以支持量子計(jì)算機(jī)比特?cái)?shù)量的40/products/dilution-refrigerator-measurement-systems/ld-dilution-refrigerator-measurement-s42出SHFSG+、SHFQC+和SHFQA+等三款產(chǎn)品用于實(shí)現(xiàn)高保真度的量44。OxfordIonics基于新型嵌入式策略，推出了新型電子量子比特控制技術(shù)45。量子計(jì)算測控系統(tǒng)需要在提升測控精度和量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)離不開與之相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備組件的研制與攻關(guān)。按照設(shè)備組件的應(yīng)用領(lǐng)域大致可以分為兩類，分別是量子計(jì)算研制不可或缺的特性化設(shè)備組件，以及量子計(jì)算與光電子、半導(dǎo)體等領(lǐng)域通用型設(shè)備組件。特性化設(shè)備組件主要包括高性能示波器、低溫電子學(xué)器件、多通道聲光調(diào)制器和特種線纜等，通用型設(shè)備組件主要包括分子束外延設(shè)備、電子束曝光設(shè)備、高品質(zhì)光學(xué)鏡片、S/D04年，atare子放大器“recnoSJ-”46。anumaies將其產(chǎn)品46Observe與濱松公司高速ORCA-Quest相機(jī)進(jìn)行集成，從而為冷原子和俘獲離子量子比特提供超快速相機(jī)讀出功能47。中科院上海微系統(tǒng)5GHz61的超高速、光子數(shù)可分辨光量子探測器48。未來隨著量子計(jì)算原型機(jī)比特規(guī)模的不斷提升，關(guān)量子計(jì)算所需的極端環(huán)境條件對儀器設(shè)備的精度、靈敏度、穩(wěn)定性等指標(biāo)提出了極為苛刻的要求，未來量子計(jì)算支撐保障系統(tǒng)發(fā)展仍面臨瓶頸挑戰(zhàn)。一方面由于量子計(jì)算處于發(fā)展早期階段、技術(shù)路線尚未收斂等原因，導(dǎo)致支撐保障系統(tǒng)呈現(xiàn)分散化、碎片化的發(fā)展特點(diǎn)，這使得上游供應(yīng)商難以集中有效地配置資源進(jìn)而開展核心“專精特新”企業(yè)可能是一條有效的發(fā)展路徑。另一方面隨著量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展和原型機(jī)研制水平不斷進(jìn)步，未來對于支撐保障系統(tǒng)的性能指標(biāo)提出了更苛刻的要求，這亟需業(yè)界不斷攻關(guān)推動(dòng)核心系統(tǒng)、設(shè)備、組件的關(guān)鍵性能指標(biāo)提升。隨著業(yè)界在量子計(jì)算支撐保障系統(tǒng)領(lǐng)域的持續(xù)投入和不斷創(chuàng)新，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展將為未來量子計(jì)算的大47https://www.quantum-machines.co/press_release/quantum-machines-and-hamamatsu-photonics-team-up-for-enh2035年市場規(guī)模估值可能達(dá)到萬億美元級別。12投資組分析、模擬量化交易、金融市場預(yù)測等。2023年底，MultiverseComputing和穆迪公司聯(lián)推出QFStudio平，為金融領(lǐng)域應(yīng)用探索提供量子計(jì)算解決方案49。2024年，芝加哥量子交易50。花旗銀行與Classiq共同基于AmazonBraket平研究用于投資組優(yōu)化的量子解決方案，基于預(yù)期回報(bào)和風(fēng)險(xiǎn)水平構(gòu)建了性能更優(yōu)的投資組51?；ゎI(lǐng)域量子計(jì)算應(yīng)用可用于模擬化學(xué)分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)等，并以此為基礎(chǔ)更高效、更低耗能地設(shè)計(jì)化學(xué)品。04年，英國石油公司和A使混量子經(jīng)典學(xué)習(xí)方建模生分子象，探索量子計(jì)算提升化學(xué)領(lǐng)域機(jī)器學(xué)習(xí)算法性能的潛力52。微軟與美國能源部太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室作利用量子計(jì)算將新型電池材料篩選到少數(shù)幾種，實(shí)驗(yàn)表表明篩選時(shí)間可大幅減少53。魁北克水電公司利用量子計(jì)算探索解決復(fù)雜能源問題的方案，用于預(yù)測能源需求并設(shè)計(jì)和54?；瘧?yīng)用55。IBM和克利夫蘭診所作利用量子-經(jīng)典混方法預(yù)測4951/cn/blogs/quantum-computing/citi-and-classiq-advance-quantum-solutions-for-portfolio-52/news/university-government-and-industry-researchers-join-forces-explore-how-quan54https:///off-the-wire/pinq2-collaborates-with-hydro-quebec-tapping-into-quantum-computing-白質(zhì)結(jié)構(gòu)并有效提升了預(yù)測精度56。Novonesis和Kvantify作使57。路徑即時(shí)動(dòng)態(tài)規(guī)劃等場景。2024年，IonQ與德國基礎(chǔ)科學(xué)研究中心59813128路和3964路的車輛路徑問題，提高解決組優(yōu)化問題的的效率60。人工智能領(lǐng)域與量子計(jì)算結(jié)成為的量子人工智能技術(shù)，有望2024年，Zapata和InsilicoMedicine等作利用量子人工智能開發(fā)新型KRAS抑制劑分子，該分子比經(jīng)典模型生成的分子具有更高的結(jié)親61。TerraQuantum和韓國浦項(xiàng)集團(tuán)探索量子人工智能在鋼鐵生產(chǎn)效率方面潛力，目標(biāo)是優(yōu)化還原劑用量并降低排放和成本62。Deloitte啟動(dòng)年度量子氣候挑戰(zhàn)賽，主題為應(yīng)用量子機(jī)器學(xué)習(xí)研究預(yù)5661https://zapata.ai/news/for-the-first-time-quantum-enhanced-generative-ai-generates-viable-cancer-drug-candidat64。行部署。以此為背景，量子計(jì)算云平應(yīng)運(yùn)而生，融了量子計(jì)算為提供量子計(jì)算服務(wù)的主要應(yīng)用形式算云平，典型云平如圖13所示，發(fā)展呈現(xiàn)蓬勃態(tài)勢圖13國內(nèi)外典型量子計(jì)算云平概當(dāng)前量子計(jì)算云平所能提供的量子計(jì)算處理器，已有超導(dǎo)、離子阱、中性原子、光量子、硅半導(dǎo)體等技術(shù)路線。量子計(jì)算云平臺后端硬件的接入模式主要可分為三類。第一類是自研設(shè)備接入模式，云平提供者具備量子計(jì)算硬件自主研發(fā)能力，在云平上提供自研的量子計(jì)算機(jī)或基于經(jīng)典算力的量子模擬器，代表性企業(yè)或機(jī)構(gòu)包括M、n、aau、geti、本源量子、國盾量子、北京量子院等。第二類是云服務(wù)接入模式，云平提供者憑借其云服務(wù)能力，在云平上接入其他供應(yīng)商的軟硬件，代表性企業(yè)或機(jī)構(gòu)包trgeos第三類是融型接入模式，是上述兩類接入模式的綜，即在接IM量子計(jì)算云平為例，該平可接入自研量子處理器以及Rigetti、Xanadu、AQT、IonQ等供應(yīng)商的硬件資源。國際方面，IBM、谷歌、微軟等科技巨頭以及IonQ、Xanadu、Rigetti等初創(chuàng)企業(yè)紛紛布局量子計(jì)算云平，通過提供量子計(jì)算處企業(yè)用戶。2023年年底，IBMQ-CTRL公司的錯(cuò)誤抑制技術(shù)軟件Q-CTRLEmbedded集成至其云平65，測試表明錯(cuò)誤抑制后可運(yùn)10100066。IonQ在AmazonBraket平上提供Forte量子計(jì)算機(jī)67。亞馬遜在AmazonBraket云平推出“BraketDirect”計(jì)劃，用戶可在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)保留特定量子處理器的算力且不需要排隊(duì)等待。2024年，AQT與德國電信作為用戶提供其量子計(jì)算機(jī)的云端訪問能力68。國內(nèi)方面，本源量子、國盾量子、弧光量子等量子計(jì)算企業(yè)以及中國移動(dòng)、中國電信等運(yùn)營商也相繼推出量子計(jì)算云平，這不僅表明量子計(jì)算企業(yè)對于云平發(fā)展十分重視，也反映出電信運(yùn)營商認(rèn)可量子計(jì)算在提升網(wǎng)絡(luò)性能、加強(qiáng)安全通信等方面的潛在價(jià)值，致力于共同推動(dòng)量子計(jì)算應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。03年底，中國移動(dòng)云能力中心和玻色量子共同推“五岳量子計(jì)算云平恒山光量子算力平”。中國移五岳量子計(jì)算云平布局多制式量子算力并網(wǎng)、多模式量子算法程序設(shè)計(jì)和多元化量子場景算法等技術(shù)方向，66旨在拓展量子計(jì)算應(yīng)用邊界。2024年，北京量子院聯(lián)中國科學(xué)院物理研究所、清華大學(xué)發(fā)布Quafu量子云算力集群，該平提供五塊百比特規(guī)模的量子芯片資源，并融了經(jīng)典算力資源69。中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院研發(fā)并交付504比特量子計(jì)算芯片“驍鴻”，后續(xù)計(jì)劃通過中電信量子集團(tuán)“天衍”量子計(jì)算云平等平向全球開放70。啟科量子上線量子-經(jīng)典混算力云平“<uu提供20比特離子阱量子計(jì)算處理器和基于/U71。總的來說，國內(nèi)量子計(jì)算云平在云平功能、應(yīng)用探索、商業(yè)模式、用戶影響力等方面與國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距，未來仍云平功能的日益成熟，未來量子計(jì)算云平將呈現(xiàn)出三方面發(fā)展豐富的平服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)演進(jìn)；二是跨平跨行業(yè)的深度融與量子計(jì)算云平的發(fā)展需要業(yè)界在多個(gè)方向聯(lián)推動(dòng)。首先，697071撐量子計(jì)算云平的長期穩(wěn)定運(yùn)行；其次，加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全與隱私保4量子電路級、系統(tǒng)級、算法級和應(yīng)用級等層次，層次的測評基準(zhǔn)呈現(xiàn)出不同特點(diǎn)與側(cè)重點(diǎn)。底層基準(zhǔn)，例如量子比特級和量子電路級，與硬件的關(guān)聯(lián)度較高，能夠充分體現(xiàn)種技術(shù)路線之間的差異性。底層的參數(shù)指標(biāo)相對更為分散且具體，便于熟悉技術(shù)細(xì)節(jié)的研發(fā)人員精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案。隨著層級的上升，例如系其在解決特定應(yīng)用問題時(shí)的能力，這類基準(zhǔn)更適用于評估系統(tǒng)或14近年來，業(yè)界積極開展量子計(jì)算基準(zhǔn)測評研究，致力于以更加客觀的方法對量子計(jì)算系統(tǒng)的綜性能進(jìn)行評估23年底，IM提出了每層門誤差，可以更準(zhǔn)確地評估串?dāng)_，也可用于估計(jì)錯(cuò)誤緩解所需的電路數(shù)量，同時(shí)更新了每秒電路層操作數(shù)（CLOPSh）的定義，以便更真實(shí)地反映硬件性能72。EPLG、CLOPShIBM最早提出的量子體積（QV）三個(gè)指標(biāo)，可以從規(guī)模、質(zhì)量和速度三個(gè)維度較為全面地評價(jià)量子計(jì)算系統(tǒng)的性能。722024年，QED-C更新了面向應(yīng)用（App-Oriented）的測評基準(zhǔn)套件，擴(kuò)展了面向HHL、VQE、量子機(jī)器學(xué)習(xí)等算法的測評基準(zhǔn)，并引入73DARPA啟動(dòng)新量子基準(zhǔn)測試計(jì)劃（QBI74。觀性和公正性等備受業(yè)界關(guān)注。2024年，Quantinuum在其報(bào)告中指出，#AQ基準(zhǔn)在某些情況下可能導(dǎo)致對量子計(jì)算機(jī)性能的高估75，這種73機(jī)融，以形成更為強(qiáng)大的計(jì)算能力。在此背景下，量子-經(jīng)典融合量子經(jīng)典融計(jì)算作為一種新型的計(jì)算模式，具有兩大基本特征：混和協(xié)同。混合是指在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)包含量子計(jì)算和經(jīng)典計(jì)算，形成具有異構(gòu)算力的混計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)可以分為通用門型量子計(jì)算機(jī)和專用量子計(jì)算機(jī)。通用門型量子計(jì)算機(jī)目前存在超導(dǎo)、離子阱、中性原子、光量子、硅半導(dǎo)體等多種技術(shù)路線，不同路線在技術(shù)原理、性能指標(biāo)、成熟度等方面存在較大差異。專用量子計(jì)算機(jī)主要包括量子退火機(jī)和相干伊辛機(jī)。經(jīng)典處理器主要包括中央處理器）和圖像處理器。異構(gòu)算力融既包含通用門型量子計(jì)算機(jī)與專用量子計(jì)算機(jī)之間的混，也包含多種量子計(jì)算架構(gòu)與類經(jīng)典計(jì)算架構(gòu)的混。協(xié)同是指量子計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理量子信息，例如量子態(tài)制備和測量，而經(jīng)典計(jì)算機(jī)則負(fù)責(zé)處理經(jīng)典信息，例如邏輯運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、算法分析和優(yōu)化等。通過設(shè)計(jì)算法和接口，可使量子計(jì)算部分與經(jīng)典計(jì)算部分相互協(xié)作，共同完且具有相對完善的編程開發(fā)工具、操作系統(tǒng)和算法庫。量子-計(jì)算的核心思想是圖15量子-經(jīng)典融計(jì)算技術(shù)體系架本報(bào)告研究并初步提出量子經(jīng)典融計(jì)算技術(shù)體系架構(gòu)，如圖5所示，可劃分為應(yīng)用層、開發(fā)工具層、算法層、編程框架層、任務(wù)調(diào)度層、資源管理層、物理資源層等七個(gè)層級。應(yīng)用層包含了量子-經(jīng)典融計(jì)算的典型應(yīng)用領(lǐng)域，包括量化金融、能源材料、生物醫(yī)藥、交通物流和信息通信等，該層主要通過封裝好的軟件、函數(shù)，經(jīng)典融算法提供開發(fā)和調(diào)試的工具，包括JupyterNotebook、WebIDE等。算法層為應(yīng)用層提供典型的量子-經(jīng)典融算法，代表性算法包括變分量子本征求解器（VQE、量子近似優(yōu)化算法（、量子機(jī)器學(xué)習(xí)（）和量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（）等。編程框架層為算法開發(fā)提供基本的編程語言和編譯工具，為底層硬件和上層應(yīng)用軟件提供互聯(lián)接口，同時(shí)完成量子和經(jīng)典計(jì)算任務(wù)的拆解和互操作，最終將高級程序設(shè)計(jì)語言轉(zhuǎn)化為硬件指令集，傳遞至底層硬件。任務(wù)調(diào)度層對拆解后的量子任務(wù)和經(jīng)典任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，并實(shí)現(xiàn)種量子和經(jīng)典異構(gòu)算力之間的協(xié)同，目前主要有兩種任務(wù)調(diào)度方式，分別是異構(gòu)并行調(diào)度和遠(yuǎn)程并行調(diào)度，前者實(shí)現(xiàn)量子-經(jīng)典系統(tǒng)間的低時(shí)延通信，后者實(shí)現(xiàn)方式相對容易。資源管理層實(shí)現(xiàn)類物理機(jī)、虛擬機(jī)、Docker包含類經(jīng)典算力、存力、運(yùn)力基礎(chǔ)設(shè)施，量子資源包含種技術(shù)的重要性，競相布局相關(guān)研究。國際方面GPU加速的量子計(jì)算系統(tǒng)NVIDIADGXQuantum，該系統(tǒng)基于NVIDIAGraceHopper架構(gòu)超級芯片和開源量子-經(jīng)典融編程模型CUDAQuantum，使得GPU和QPU76。微軟提出批量量子計(jì)算、交互式量子計(jì)算、集成量子計(jì)算和分布式量子計(jì)算四種量子-經(jīng)典融模式，逐步從遠(yuǎn)程并行調(diào)度過渡到異構(gòu)并行模式77。亞馬遜推出aetbrdobs-管編排，將經(jīng)典計(jì)算資源和量子處理器的訪問權(quán)限相結(jié)，同時(shí)支持量子電路的參數(shù)化編譯，可優(yōu)化基于循環(huán)迭代的量子經(jīng)典融算法78。IM25中心的超級計(jì)算，將量子處理器、經(jīng)典處理器、量子通信網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)79。融計(jì)算測控單元，基于PCIe接口實(shí)現(xiàn)量子-經(jīng)典測控指令之間毫秒級的調(diào)用延遲80。本源量子發(fā)布量云融方案架構(gòu)，量子計(jì)算機(jī)通算管理調(diào)度模塊之間運(yùn)行量子-經(jīng)典交互協(xié)議進(jìn)行協(xié)同計(jì)算81。中電信量子“天衍”量子計(jì)算云平提供批量和交互式兩種量子-經(jīng)典融82。一，二者形成互補(bǔ)優(yōu)勢，是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵?？傮w而言，量子78/zh_cn/braket/latest/developerguide/braket-developer-guide.pdf#braket-what-is-hy79808182經(jīng)典融領(lǐng)域?qū)⒁M(jìn)一步深入探索應(yīng)用場景，同時(shí)不斷健全完善調(diào)度機(jī)制，分步驟地逐漸建立起產(chǎn)業(yè)生態(tài)。硬件制造商需要研制高性能、高穩(wěn)定性的量子-經(jīng)典融計(jì)算系統(tǒng)，為整個(gè)生態(tài)提供強(qiáng)大的計(jì)算基礎(chǔ)；軟件開發(fā)者則需針對融計(jì)算的特點(diǎn)和需求，開發(fā)高效、易用的編程工具和軟件平，降低開發(fā)難度，提高開發(fā)效率；應(yīng)用服務(wù)提供者將利用量經(jīng)典融計(jì)算的優(yōu)勢，為行業(yè)提供定制化的隨著量子計(jì)算原型機(jī)研制、軟件研發(fā)、應(yīng)用探索和云平建沛動(dòng)力。量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育穩(wěn)步開展，如圖16所示，環(huán)節(jié)參16業(yè)近幾年發(fā)展迅速，相繼推出類自研產(chǎn)品，但在部分關(guān)鍵設(shè)備組產(chǎn)業(yè)生態(tài)中游企業(yè)包括量子計(jì)算原型機(jī)制造商和軟件供應(yīng)商，是量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心環(huán)節(jié)，同時(shí)也是企業(yè)數(shù)量較為集中的部分。原型機(jī)方面，全球從事量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)研制的企業(yè)中，專注于超導(dǎo)路線的企業(yè)數(shù)量最多，超過總量的三分之一，其次是離子阱、中性原子、光量子和硅半導(dǎo)體等技術(shù)路線。軟件方面，眾多企業(yè)致力于打造自的量子計(jì)算軟件，同時(shí)構(gòu)建開源軟件社區(qū)，為量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用探索提供推動(dòng)力。國內(nèi)外對比來看，大部分國家并行布局多種技術(shù)路線，歐美企業(yè)在數(shù)量、原型機(jī)研制能力、軟件研發(fā)、開源社區(qū)建設(shè)等方面占據(jù)一定優(yōu)勢。我國在幾條主流技術(shù)路線均有布局，近年也出現(xiàn)一批量子計(jì)算軟件企業(yè)，但總體而言在企方面，依托互聯(lián)網(wǎng)為類用戶提供云端接入，共享量子計(jì)算資源，促進(jìn)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)提前布局與生態(tài)良性培養(yǎng)。行業(yè)應(yīng)用方面，金融、化工、醫(yī)藥、交通等行業(yè)用戶關(guān)注量子計(jì)算應(yīng)用潛力，開放應(yīng)用場景并開展應(yīng)用探索，致力于尋找針對行業(yè)特定難題的解決方案。國內(nèi)外對比來看，I、亞馬遜、微軟等國外科技巨頭的量子計(jì)算云平在資源共享性、硬件多樣性、應(yīng)用案例豐富性、服務(wù)模式商用化等方面走在全球前列。量子計(jì)算企業(yè)與不同領(lǐng)域行業(yè)企業(yè)積極作，聯(lián)探索量子計(jì)算在重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。我國量子計(jì)算云平供應(yīng)商在平間協(xié)同作、后端硬件水平、商業(yè)模式探索等方面仍有待提升。我國傳統(tǒng)行業(yè)企業(yè)在量子計(jì)算方面的投入力度、關(guān)注程度以及與量子計(jì)算企業(yè)之間的作機(jī)制等方面仍有待進(jìn)一步加強(qiáng)和取上述國家進(jìn)行產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力的對比分析，對比情況如圖1717際作論文比例等存在差距，某種程度上體現(xiàn)了我國科研影響力與NQI法案、英國國家量子戰(zhàn)略對等的國家層面量子戰(zhàn)略。商全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)仍處于發(fā)展初期向?qū)嶋H應(yīng)用，規(guī)?；瘧?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化仍有待進(jìn)一步推進(jìn)。上游企業(yè)提供支撐配套和服務(wù)功能，中游企業(yè)發(fā)揮創(chuàng)新決策主體、投入主體、科研組織主體、成果轉(zhuǎn)化主體等作用，下游企業(yè)則助力推進(jìn)應(yīng)用示范牽引。未來需要持續(xù)加大生態(tài)系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力的培育力度，鼓勵(lì)量子計(jì)算上中下游企業(yè)共同參與、共建共擔(dān)共享，在技術(shù)攻關(guān)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、應(yīng)用探索等方面加強(qiáng)作，打造產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新模式，共同現(xiàn)階段歐美是量子計(jì)算企業(yè)聚集度和活躍度較高的地區(qū)。美國M、谷歌、te、微軟、亞馬遜等大型科技企業(yè)憑借其公司體量龐大、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)豐富、商業(yè)能力強(qiáng)等優(yōu)勢，在量子計(jì)算行業(yè)的第一梯隊(duì)中占據(jù)一席之地uniueti、n、Inlein、iunum、unumoptgInc等初創(chuàng)企業(yè)在自技術(shù)路線上穩(wěn)步發(fā)展，經(jīng)過數(shù)年運(yùn)營已初具規(guī)模，推出具特色的產(chǎn)品，并積極探索公司產(chǎn)品可能的應(yīng)用方向，行業(yè)影響力日漸增強(qiáng)。根據(jù)3on、gti入均在千萬美元級別，QuantumComputingInc總收入則在數(shù)十萬美歐洲量子計(jì)算企業(yè)以初創(chuàng)企業(yè)為主，代表性企業(yè)包括Pasqal、IQM、OQC、AQT、OxfordIonics、ORCAComputing、Quandela、Alice&Bob等，上述企業(yè)從事超導(dǎo)、離子阱、中性原子、光量子、硅半導(dǎo)體等多條技術(shù)路線的硬件研制、軟件開發(fā)、云平建設(shè)和應(yīng)用探索，具有較大的發(fā)展?jié)摿εc動(dòng)能。此外，澳大利亞的SQC、QuantumBrilliance，加拿大的Xanadu、D-wave等公司也在自技術(shù)路美企業(yè)發(fā)展勢頭迅猛且作緊密，在技術(shù)攻關(guān)、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)推進(jìn)自的量子計(jì)算云平，致力于聯(lián)量子計(jì)算企業(yè)共同加速推進(jìn)技術(shù)顯示，在量子計(jì)算領(lǐng)域，全球前10%高被引論文中，美國企業(yè)發(fā)表的論文共占33.9%排名第一，中國企業(yè)發(fā)表的論文共占15%。專利數(shù)2023量子計(jì)算發(fā)明專利前十的企業(yè)中，美國企業(yè)占六家，IBM的專利數(shù)IonQ、Rigetti、QuantumComputingInc三家上市公司