2023全球量子计算产业发展展望

骑风 & 打破了波 2023年全球量子计算产业发展展望 2023年2月 量子计算机是目前正在开发的新一代计算机。由于其强大的并行计算能力，量子计算将有可能引领新一轮的信息技术革命。 全球主要技术国家纷纷启动相关研发项目，积极发展量子计算产业。大规模量子计算一旦实现，将对当前的加密系统构成重大威胁，成为国家信息安全的战略重要问题。此外，其广阔的下游应用前景，未来很可能改变银行、药品研发、物流等行业的规则 。 2022年，各种量子计算技术路线尚未融合的特点日益明显。各种路线都取得了不同程度的突破，全球量子计算的先行者正以量子纠错为主要趋势，迅速跨越NISQ时代。其中，超导量子比特的数量有望在新的一年进入千量子比特时代。 2022年是“中性原子年”。无论是在技术还是商业成熟度方面，中性原子技术路线都呈现出跨越式发展态势。我们惊讶地发现，在过去的三年里，我们每年都有一个主题，比如2019年的“超导年”，2020年的“离子阱年”，2021年的“量子光子学年”。我们也可以期待2023年是否会成为“半导体年”。 技术的快速发展并没有给企业估值和融资带来好消息。2022年全球整体融资增速自2018年以来首次放缓。市场机构的投资热情和信心似乎有过短暂的停顿，这或许不是一件坏事。 包括媒体在内的一些公司近年来夸大了泡沫，需要挤压。 2022年，主要科技国家继续加强政策支持，加快量子计算布局，成为过去一年全球前沿技术发展的主旋律。美国和中国是其中最为突出的，它们的竞争和对抗正在积累。 虽然我们无法准确预测未来几年量子计算将实现多少量子比特，计算错误率会有多低，以及会有什么完全颠覆应用，但我们可以从经典计算机的发展史中清楚地了解到，人类对算力的需求是无止境的。因此，我们对全球量子计算产业的未来仍然抱有极大的信心和热情，量子计算必将推动人类走向星海的新征程！2023年，智能网联汽车将与中国量子技术平台公司广子河联合发布《2023全球量子计算产业发展展望》，我们将继续破浪而行！ 智能网联汽车前沿技术咨询总监、高级副总裁 裘德绿色 本报告中表达的观点力求独立和客观，不构成任何广告。本报告中的数据主要是公共信息，以及公共数据的整理。 本报告版权归ICVTAnK所有。任何其他形式的使用或传播，包括但不限于出版物、网站、公众号或个人使用本报告的内容，均需注明出处（《2023年全球量子计算产业发展展望》。智能网联汽车，2023.02）. 在使用本报告内容时，不得进行任何引用、删除和篡改本报告原意的行为。未经书面许可 ，任何机构和个人不得以任何形式复制、复制或出版。引用、转载、出版经同意的，必须在许可范围内。违反规定使用本报告的，应当承担相应的法律责任。 本报告中引用数据、事件和观点的目的是收集和总结信息，并不代表我们同意他们的所有观点，也不对其真实性负责。 本报告涉及动态数据，表示截至发布时的情况，不代表未来情况。本报告中表达的信息或意见不构成投资建议，请谨慎参考。 如有其他问题，请联系infer@icvtank.com。 本报告由智能网联汽车TAnK和光子合办 我们感谢为我们提供支持的机构，包括但不限于： 全球量子计算工作组 2023年2月 2023年全球量子计算产业发展展望 表的内容 行业洞察力量子计算机 核心设备和装置 软件、算法、云平台国家政策投资与融资周大福模型分 析 行业分析与预测行业前景 01 行业的洞察力 全球工业仍处于快速发展的早期阶段。 回顾2022年，无论是硬件技术的进步，还是软件开发和平台的扩展，量子计算行业整体仍处于快速增长的早期阶段。 •超导量子计算机:目前，通用超导量子计算机的发展正处于超越NISQ时代的关键过渡阶段，重点是提高广度和深度。广度是指量子比特的数量，目前最高的是IBM的Osprey中的433量子比特。深度是指可以执行的连续高保真多量子比特逻辑运算的数量。 •被困离子量子计算机：获得美国政府资助最多的两个量子计算研究方向之一。除通用量子计算机外，离子阱还广泛应用于量子化学、相对论量子力学、量子热力学等领域的量子模拟研究。 •光子量子计算机：Xanadu在2022年成功展示了量子计算的优越性。中性 •原子量子计算机:由芝加哥大学于三月份创建的中性原子在实验室环境中实现了512个量子比特。日本国立自然科学研究所的研究人员实现了6.5纳秒的超快双量子比特门，打破了世界纪录。 •半导体、金刚石NV中心和核磁共振量子计算机：2022年均显示出不同程度的技术进步。 与硬件途径的多样性相反，量子软件的开放性已成为当前行业发展的主要趋势之一。 1月 Agnostiq 五月 腾讯量子实验室。 算 QuEra计7月 •发布专为量子计算和HPC技术设计的开源工作流编排平台Covalent。 •在量子计算领域发布开源软件产品TensorCircuit，专为下一代量子计算软件而设计，用于噪声中尺度量子（NISQ）计算 。 •发布公开可用的Broqade程序测试版本，这是一个基于中性原子架构的量子计算和量子动力学开源Julia语言包，允许用户在模拟模式下模拟量子处理器。 目前，开源软件的开放性和基于社区的共享频繁导致源代码中存在大量漏洞，大大增加了缺陷解决的成本，阻碍了开源软件应用的推广。因此，研究热点之一是有效准确地检测软件缺陷并快速修复。 产业链逐步清晰完善。 随着各种量子计算路线研发工作的推进，整机的上游硬件和组件选择也越来越清晰。同时，量子计算机的软件系统也在不断发展，整个产业链中各个环节的构成也在逐步变得清晰和完善，每个环节的参与者数量也在逐步增加。 展示1-1量子计算行业的格局 |2023年2月版 随着量子计算的发展沿着各种路线向前推进，整个系统所需的硬件组件和设备变得越来越清晰。与此同时，量子计算机的软件系统也在不断发展，供应链各个阶段的组成更加清晰和完整，每个阶段的参与者越来越多。 量子计算的上游主要由硬件和软件开发工具组成。目前，由于全球各种公司和团队努力开发整机原型，硬件组件和设备构成了上游的最大部分。物理突破开发是当前最重要的任务。 量子计算机产业的中游包括量子计算机硬件和软件系统，以及算法和应用软件。目前，硬件方面最突出的技术途径是超导、离子阱、光子和中性原子。例如，IBM在2022年完成了433个量子比特芯片的制造，这标志着其既定路线图的实现，代表了所有技术途径中量子比特数量最多的。同时，离子阱保持了99.99%的最高两位门保真度，2022年以ColdQuanta和Pasqal等公司为代表的中性原子量子计算机路线的跨越式发展令业界感到惊讶。 量子计算机产业的中游包括量子计算机硬件和软件系统，以及算法和应用软件。目前，硬件方面最突出的技术途径是超导、离子阱、光子和中性原子。例如，IBM在2022年完成了433个量子比特芯片的制造，这标志着其既定路线图的实现，代表了所有技术途径中量子比特数量最多的。同时，离子阱保持了99.99%的最高两位门保真度，2022年以ColdQuanta和Pasqal等公司为代表的中性原子量子计算机路线的跨越式发展令业界感到惊讶。 产业链下游是指量子计算的主要应用领域，细分行业中已经有几家具有代表性的公司与量子计算公司合作，共同探索应用开发。随着量子计算技术的逐渐成熟，特别是专用量子计算机的出现，预计五年内将实现实际的下游应用。 积极探索下游应用程序。 量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算范式，在原理上提供了比经典计算优越得多的并行计算能力。它为人工智能、密码学、天气预报、资源勘探、药物设计等领域所需的大规模计算问题提供了解决方案，可以揭示量子相变、高温超导、量子霍尔效应等复杂的物理机制。这是量子计算机可以为我们提供的强大功能。目前，受限于真实量子计算机的进步，尚无法提供量子计算机强大的算力来实现完整的量子应用。但是，利用经典计算机的计算能力，可以开发和验证垂直行业应用的各种量子算法，从而为未来的实际应用奠定坚实的基础。 •起源量子和复旦大学利用量子叠加态的并行计算能力，设计了一种新型分子晶体结构预测算法， •Sarita大学，利用量子计算，发现了二维材料的新阶段，协助格拉茨理工 化学 大学研究六方氮化硼（h-BN）作为一种极具前景的二维材料。这些研究证 明了量子计算在预测分子结构、开发下一代材料和电池方面的巨大潜力。 •CaixaBank和递波系统据报道，他们合作开发了一个量子混合应用程序，大大减少了解决复杂财务问题的时间并改善了投资组合优化，从而提高了债券投资组合的 内部回报率。 •起源量子开发了量子mRMR算法，加速金融风控领域债务违约的识别。 金融•IBM已将量子计算引入法国金融业，国家互助信贷银行与IBM合作培训团队并探索金融服务中量子的用例和概念验证。正在计划扩大法国的量 子生态系统。 航空航天 •IonQ宣布与空中客车公司合作，探索量子计算在航空和乘客体验服务中的潜力和优势。双方共同启动了为期12个月的量子飞机装载优化和量子机 器学习项目，最终将展示飞机装载优化应用的原型，为空客开发人员和工程师提供指导。 初步探索商业扩张。 到2022年，全球量子计算机主要仍处于原型阶段，我们仍处于NISQ时代的早期阶段，在实际应用和解决问题方面进展有限。虽然一项新技术的出现势必会引起资本和社会的关注，泡沫的发生在一定程度上也是合理的，但重要的是要清楚地传达量子计算机的发展仍处于早期阶段，远未实用，绝大多数可验证的应用都是在量子计算模拟器上进行的。 我们预测，在2030年之前，最有可能实现专用量子计算机，它涉及数百个量子比特的相干操作，可以应用于组合优化，量子化学，机器学习，指导材料设计和药物开发等特定问题。 包括研究机构在内的全球量子计算机公司现在都在积极探索自己的盈利模式，主要有以下几点。 量子计算提供云服务 由于量子计算机建设成本高、维护成本高、占地面积大、运行条件严格，通过云计算接入量子计算机对于广大潜在的量子计算用户来说更加经济便捷。 目前，大多数拥有量子计算硬件的公司都开发了云平台，其中IBM是第一个开发量子计算云平台的公司，目前是一个成功的运营案例。然而，大多数量子云平台的可访问性水平较低。. 提供整机的量子计算 目前，量子计算机作为整机的购买行为几乎由各个国家主导，具备采购能力的单位主要是军队和国家级研究机构。虽然量子计算机仍在等待实用化，但市场上购买行为的出现，一方面为量子计算机企业提供了收入和支持，另一方面也反映了国防和军事部门的积极参与，旨在加速实用化进程。 为业界提供量子的解决方案 量子计算机未来强大的能力也吸引了下游行业客户参与，比如急需提前布局技术的金融客户。目前，一些量子计算机公司可以为此类行业客户提供合适的服务解决方案，例如量子算法、模型优化和蒙特卡罗模拟。这些合作大多是战略性的，量子计算机公司和行业客户共同对某个项目进行研究，对未来产业的发展有很好的前期积累效应。 02 量子计算机 2022年，量子计算发展成果呈现多元化特征，量子比特数、门保真度、量子体积、相干时间等关键指标均超前记录，纠错控制也取得重大进展。总结分析了超导、离子阱、光子学、中性原子、硅自旋、拓扑等六大主要技术路线的发展趋势。 •超导量子计算：在过去的一年里，它仍然是最突出的路线，技术突破最快，在所有路线上名列前茅。IBM已严格按照技术路线图，按计划发布了具有433个量子比特的Osprey处理器，预计到2023年将达到1000个量子比特。 •捕获离子量子计算：量子比特的质量、破纪录的量子体积和垃圾邮件保真度方面取得了世界第一的进步。此外，它还创建了比物理量子比特保真度更高的逻辑量子比特。 •光子量子计算：以Xanadu公司为代表，最新的可编程光子量子计算机北欧化工成功完成了高斯玻色子采样实验，展示了量子计算的优越性 。 •中性原子量子计算：各大公司都突破了100量子比特，C