2022年量子计算研究和技术发展现状

2022年量子计算研究和技术发展现状一、量子计算机1、产业地位及分类量子科技基于量子力学原理，利用“叠加”和“纠缠”的量子特性应用于多领域。在量子微观世界中，许多规律与宏观世界有所不同，其中两个基本原理就是“叠加”和“纠缠”。当前量子科技主要应用于量子计算、量子通信和量子测量三大领域。量子技术在理论上可以在提升运算处理速度、信息安全保障能力、测量精度和灵敏度等方面突破经典技术的瓶颈。量子计算机、量子通信和量子精密测量的原理及优势2、发展路线量子计算是一种基于量子力学的计算模式，量子计算机拥有的计算能力存在远超传统计算机的潜力。量子计算应用了量子世界的特性，如叠加性、非局域性和不可克隆性等，因此天然地具有并行计算的能力，可以将某些在电子计算机上指数增长复杂度的问题变为多项式增长复杂度，亦即电子计算机上某些难解的问题在量子计算机上变成易解问题。量子计算机发展主要可分为三个阶段，量子霸权阶段量子比特数在50-100左右，其运算能力超过任何经典的电子计算机；量子模拟机阶段原型机比特数较少，信息功能不强，应用有限，但整体组成皆在，是完全商用的过度阶段，通用量子计算机实现需量子比特数要达到几万到几百万量级同时应采用“纠错容错”，目前商业化时间未定。量子计算发展路线图二、国内外量子计算研究现状1、量子计算产业链目前全球和或内量子计算技术仍处于初级研究阶段，但是量子计算产业发展势头较好，生态不断壮大，已出现了量子计算产业链雏形。上游主要为量子芯片，为量子计算机提供底层计算资源;中游为基础软件，主要面向开发人员，为量子计算和量子机器学习算法提供软件开发环境、量子编程框架和量子算法库;下游为应用服务，主要面向用户，根据特定的场景和应用需求，提供数据分析工具、材料设计等应用服务。量子计算产业链雏形2、量子芯片技术路线量子芯片是量子计算机的核心部件之一，目前其实现的技术路线主要有两种:电学路线和光学路线，电学路线也称固态器件路线，多用于产业界，主流企业多在超导和半导体方面进行研究;光学路线主要包括离子阱和光量子，多用于科研界;除此之外，也有少数企业专注于拓扑和中性原子等其他技术路线。量子芯片技术路线量子芯片技术体系对比3、细分技术路线国内外研究现状在技术路线的选择上，谷歌、IBM、Rigetti等公司主攻超导路线，代表成果为谷歌2018年发布的72比特量子处理器。英特尔和本源量子主攻超导路线，同时也注重半导体方向。在超导路线上，本源量子24比特超导量子芯片对标英特尔2017—2018年的水平，差距约为3年。在半导体路线上，本源量子2比特半导体计算机“悟本”对标英特尔2018年的水平，差距约为2~3年。霍尼韦尔、IonQ主攻离子阱方向，代表成果为IonQ2020年发布的32比特QV400离子阱量子计算机。微软专注于拓扑路线，尚处于研究阶段。目前超导和离子阱路线较为领先，多种技术路线尚未收敛，没有一种路线完全实现量子计算实用化。量子计算样机路线优缺点及趋势三、中国量子计算发展背景1、中国第一个量子计算国际标准量子计算目前技术路线较多，整体发展方向未定，且相关标准长期缺失，不利于产业的良性发展，2020年6年我国提出的《信息技术量子计算术语和词汇》国际标准提案在国际标准化组织/国际电工委员会第一联合技术委员会(ISO/IECJTC1)成功立项，并在2022年4月通过，意味着量子计算产业的标准化趋势，一定程度表明我国在该领域的重视程度。第一个量子计算国际标准ISO/IEC48792、中国首条量子计算芯片产线2023年1月底中国首条量子芯片产线向公众亮相，标志我国量子计算机的全国产化，该产线于2022年1月投入运营，一年时间内陆续导入24台量子芯片生产相关的工艺设备，孵化出了3套自研的量子芯片专用设备，生产了1500多个批次流片试制的产品，交付了多个批次的量子芯片以及量子放大器等产品，23年年初该产线成功研发悟空芯量子芯片，有望在不久的将来面世。四、量子计算市场价值量子计算虽然仍处于技术探索时期，但目前已有初步应用案例，其应用前景广泛，能够从根本上解决药物发现、人工智能、路由规划等多领域的复杂问题。因此，量子计算的市场规模发展潜力巨大。数据显示，2019年量子计算市场价值为5.071亿美元，预计2020—2030年的复合年增长率为56%，到2030年达到649.883亿美元。2019-2030年全球量子计算市场价值走势预测2、全球专利量子计算五大趋势目前量子计算行业中多以海外巨头标准作为业内基准，以IBM、谷歌、英特尔为首的国际巨头占据技术主导地位，国内本土量子计算厂商相比海外厂商依然存在较大的技术差距。专利分布来看，2022年美国占比达56%，中国仅占比26%，仍存在较大的发展空间。2022年全球量子计算专利分布占比情况3、投融资近两年来，量子计算领域投融资呈现爆发式增长趋势，初创企业在欧美聚集度和关注度更高，QC硬件制造企业最受追捧;面对资金的不断涌入，行业争议开始浮现，主要争议目前主要集中在目前行业整体盈利能力较差且当前整体应用水平较差。近年国外量子计算企业融资概况注：截止2022年9月五、量子计算发展趋势量子计算当前尚处原型机研发阶段，未来将与经典计算相辅相成。根据赛迪顾问人工智能产业研究中心，相较于量子通信，量子计算的技术突破难度较高，量子计算极易被环境热量或波动干扰致使计算结果出错，而如何提升量子比特的测控精度尚待解决。量子计算当前还处于原型机研发阶段，尚无专利壁垒，抢占技术入口无疑将获得量子信息时代的主要议价权。量子计算有望成为中国在全球科技产业中“换道超车”的重要发展领域。量子计算与经典计算并非严格的替代关系，量子领域的发展应加深和传统技术领域的合作。我们认为，未来量子计算和经典计算将相辅相成，挖掘各自适合的商业模式和应用场景，应对不同的市场需求。HYPERLINK"/tag/