量子信息技术产业发展报告

QuantumntemetJndustryAJliance 量子信息技术产业发展报告 （2022年） 量子信息网络产业联盟 2023年5月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、现点、建设等：均不构成投资或法律建议，也不应替代律师意见：本报告所有材料或内容的知识产权归量子信息网络产业联盟所有 （注明走可自其他方的内容除外）、并受法律保护。如转载联 系本联盟并获得授权许可：未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转、汇编、转让、出售等方式使川，不得将报否的个部或部分内容通过网络方式传播：不得在任何公开场合使川报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任： 量子信息网络产业联盟 联系电话：010-62.300.592 邮箱：qiia(caict.ac.cn 编制说明 2022年度诺贝尔物理学奖，授予AlainAspcct、JohnF.Clausc1 和AntonZcilingcr：因其纠绷光子等元创性实验中为量子信息科学发 展奠楚基础。以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术作为量子科技重要组成部分，将为推动基础科究探索、信息技术演进和数字经济产业发展注入新动能。 我围量了信息技术领域其备良好的研究基础与应川实践环境，三大领域总体发展态势良好，未来有望进一步取得更多技术研究、应川 探索与产业培育新成果。为对量子信息技术总体发展态势、三大领域 科研、应用及产业的进展情况和热点问题，及技术演进趋势和应用前景等进行持续研究分析，联盟组织研究编写广《量了信息技术产业发 展报告》（2022），供业界参考： 报告编制单位：中国信息通信研究院、中国电科技集团公司电广科学研究院、中国科学技术大学、北京量了信息科学研究院、国开启科量了技术（北京）有限公司、中围移动通信集州有限公司、国科量子通信网络有限公司、中国电子科技集团公司第一「-研究所、华为技术有限公司。 编写组成员王敬、张萌、赖俊森、龚振炜、廖胜凯、王敏、陈柳平、周中俊、吕扬阳、何申、程叶度、杆海涛、季明蘭、徐兵杰、张凯。 前言 近年来，量子信息技术已经成为个球各主要国家在科技领域关注的焦点之一，规划布局和投资支持力度进一步加大，量子计算、量子通信和量子测量三大领域科研探系和技术创新保持活跌，应用场景探索广泛开展，产业生态培育方兴未艾： 本报告对量了信息技术总体发展态势，三大领域关键技术、应 用进展和热点问题，以及技不演进和应用前景等进行分析探讨：阐 述我国面临的机遇与挑战，为我困量子信息技术发展提供策略建议。 本研究报告共分为六章，相关章书节内容安排如下： 第一章：量子信息领域概况。介绍量子信息技术的概念原理分 类和年度热点话题事件等. 第二章：政策布局授资：介绍国内外量了信息领域政策布局与 投资总体情况： 第三章：科研进展成果：介绍三大领城近年来科研领城重要热 点、进展、成果和趋势。 第四章：应川场景探索：介绍三大领域近年来应川领域重要热 点、进展、成果和趋势。 第五章：产业发展动态。介绍三人领域近年米产业领域重要热 点、进展、成果和趋势。 第六章：发展趋势展望。总结人领威发展趋势。 目录 一.虽子信息概况 1 （一）概念原理分类 1 （二）热点话题事件 r 二.政策布局投资 8 （一）国际政策布局 9 （二）国内政策布局14 三.科研进展成果15 1上（一）15 （二）量了通信24 （三）本了测本29 四·应川场景探索33 （一）量了模拟已成为领域应用探索的研究热点33 （二）量了组合优化有望为多领域提供解决方案35 （三）多种量了保密通信技术方案应川持续探索38 （四）量了保密通信与PQC有望形成融合应用方案41 （下）量广测量助力气象环境检测领域应用探索 （六）量了测量助力交通航空运输领域应用探索45 五.产业发展动态46 （一）量了信息产业联盟成为培育生态重要于段46 （二）量广计算云半台推动应用探索与产业发展48 （三）虽子保密迹信领域产业化水平持续提升50 （四）虽子测虽领域产业化发展处于前期阶段54 六·发展趋势展望55 图目录 图1量子信息技术三大领域原理特性专发展目标图22022年诺贝尔物理学奖授予虽子信息领域开拓者 1+ 图3光量子计算机Borealis配置图 20 图4国外代表性量子信息技术领域产业联盟概况 4G 图5国外代表性虽子计算云平台情况 48 图6国内代表性量子计算云乎台情况 49 图7欧美和中国主要量子测量企业 54 表目录 表1国内外量了信息企业融资与上市概况6 表2全球量了信息领域项口规划和投资概况 表3虽子纠错编码技术方案概况22 表4“墨子号”虽子科学实验卫星代表性科研成果26 表5量子模拟器开发与应用的影响力35 表6虽子组合优化行业应用探索概况36i 表？量子保密还信与PQC融合成用42 量量子子信信息息技技术术产业产发业展发报展告报（2告02（2年20）22年） 一一、、量量子子信信息息概概况况 量子计算 ■以量子比特为基本羊元，利用 量子登加和干沙等票理实现夫 行计算，在某些计算困半问 上可照 量通信量子测量 ■利月盈加套及划短效应，在径■基于欲现粒子累烧视控和观测奥信就前下，进行量子态信检别各类变旺量，精乐，灵教息传拍成密智分配，协设具有废和移定性等方面妆传统量无人技离听的信惠论安全性，带来数量级摇升， 目★为计算困准问题提供高效解决★连法量子处理器构温量子信息 方案，实现实被经典计算极限网缩是终极目际，距离车用化的算力飞跃，量子计算与经典尚运，量子保密适信技术水平计算长期并存，相轿相成需提升，应用场景待探索 “探针”更精细、灵敏、强大在各类利量和应用中带亲优站计量基准与测量传感的量子化发展是必然趋势 ●5年：在买现量子优越性证明后， 态“杀手级”应用 *运期：量子纠错实班通扭比特，迈有大规械酒用量子计算， +5年：量子存品中继等研究深本量子保离通信等应用活展 ●远期：量子通信与量子算感 合形成量子信息网络。 *5年：在款一代定位/导航/险时 品灵故应探测与识别学沃好净在堡零先皮用 ●远用：传频器焦成化、芯片化 量量子子信信息息技技术术是是以以量量子子力力学学原原理理为为基基础础，，通通过过对对微微观观量量子子系系统统中中物物理理状状态态的的制制备备，、调调控控和和观观测测，，实现实信现息信感息知感、知计、算计和算传和输传的输全的全新新信信息息处处理理方方式式，，是是量量子子科科技技的的重重要组要成组部成分部。分量。子量信子息信技息术技主术要主要包包括括量量子子计计算算、、量量子子通通信信和和量量子子测测量三量大三领大域领，域在，提在升提计升算计困算难困问难问题题运运算算处处理理能能力力、、加加强强信信息息安安全全保保护能护力能、力提、高提传高感传测感量测精量度精等度方等方面面，，具具备备超超越越经经典典信信息息技技术术的的潜潜力力，，量子量信子息信三息大三领大域领的域原的理原特理性特性与与发发展展目目标标定定位位如如图图1所1所示。示量。子量信子息信技息术技未术来未有来望有成望为成突破为经突典破经典信信息息技技术术极极限限，，拓拓展展未未来来科科学学技技术新术疆新域疆，域推，动推信动息信技息术技和术数和字数经字经济济发发展展演演进进的的新新动动能能。 图图11量量子子信信息息技技术术三三大大领领域域原原理理特特性性与与发发展展目目标标 (()一概)念概原念理原分理类分类 量量子子计计算算以以量量子子比比特特为为基基本本单单元元，，利用利量用子量叠子加叠和加干和涉干等涉原等理原理实实现现并并行行计计算算，，是是未未来来计计算算能能力力跨跨越式越发式展发的展重的要重方要向方。向量。子量计子算计算 机机硬硬件件研研发发多多种种技技术术路路线线并并行行发发展展各具各优具势优，势超，导超和导光和量光子量路子线路实线实现现量量子子计计算算优优越越性性验验证证，，离离子子阱阱路路线线量子量体子积体（积Q（VQ）V指）标指领标先领，先中，中性性原原子子路路线线可可能能成成为为量量子子模模拟拟重重要要平台平，台多，条多技条术技路术线路各线具各优具势优并势并相相互互竞竞争争，，尚尚未未出出现现技技术术收收数敛与与融融合合的明的确明趋确势趋。势量。子量纠子错纠编错码编取码取得得较较多多实实验验成成果果但但仍仍有有待待进进一一步步的的理理论方论案方创案新创和新验和证验，证已，成已为成业为业界界集集中中攻攻关关的的下下一一阶阶段段性性目目标标。。量量子计子算计编算译编开译发开与发算与法算应法用应软用件软件领领域域百百家家争争鸣鸣，，多多类类型型编编程程框框架架、、开开发平发台平、台模、拟模器拟和器算和法算软法件软工件工具具通通过过升开源源社社区区升开放放竞竞争争，，科科技技巨巨头头在软在件软和件用和户用生户态生构态建构方建面方占面占据据优优势势。。量量子子计计算算与与模模拟拟的的应应用用探探索在索各在行各业行领业域领广域泛广开泛展开，展业，界业界期期待待未未来来在在材材料料与与生生物物医医药药化化学学模模拟、拟以、及以复及杂复系杂统系建统模建与模优与化优等化等领额域域，，率率先先实实现现实实用用化化量量子子计计算算应应用用并并验证验优证越优性越，性。 量量子子通通信信利利用用量量子子登叠加加态态或或纠纠缠缠效效应，应在，经在典经通典信通辅信助辅下助进下行进行量量子子态态信信息息传传输输或或密密钥钥分分发发，，理理论论协议协层议面层具面有具信有息信论息可论证可明证安明全安全性性，，部部分分协协议议可可实实现现经经典典信信息息传输传.输基。于量基子于密量钥子分密发钥（分Q发KD（）QKD）、量量子子随随机机数数发发生生器（器Q（RQNRGN）G和）量和子量安子全直安接全通直信接（通QS信D（C）Q等SD方C案）等方案的的量量子子保保密密通通信信与与量量子子加加密密应应用用初初步实步用实化用，化在，科在研科领研域领持域续持探续索探索新新型型协协议议系系统统和和提提升升技技术术水水平平，，应应用用探索探和索标和准标化准研化究研取究得取阶得段阶性段性成成果果，，产产业业发发展展水水平平持持续续提提升升。。基基于于量量子子纠纠缠缠操操控控、、量量子子隐隐形形传传态态、、量量子子中中继继和和量量子子态态转转换换等等技技术术，，构构建建量子量信子息信网息络网是络量是子量通子信通领信域领域未未来来的的重重要要发发展展方方向向，，近近年年来来在在基基础科础研科探研索探和索系和统系原统型原实型验实等验方等方面面取取得得一一定定进进展展，，但但距距离离实实用用化化仍仍有有较较大大差距差。距。 量量子子测测量量对对外外界界物物理理量量变变化化导导致致的的微观微粒观子粒系子统系量统子量态子变态化变进化进行行调调控控和和观观测测，，实实现现精精密密传传感感测测量量，，在精在度精、度灵、敏灵度敏和度稳和定稳性定等性方等方面面相相较较传传统统技技术术带带来来数数量量级级提提升升。。当当前前量子量测子量测技量术技与术应与用应发用展发的展的主主要要方方向向包包括括：：基基于于量量子子时时间间频频率率基基准的准授的时授定时位定，位如，光如晶光格晶原格子原子钟钟与与时时频频传传输输；；基基于于量量子子陀陀螺螺的的自自主主姿态姿控态制控与制导与航导，航如，冷如原冷子原干子干涉涉或或无无自自旋旋交交换换弛弛豫豫原原子子自自旋旋（（SESREFR）F陀）陀螺；螺基；于基量于子量微子弱微磁弱场磁测场测量量的的金金属属目目标标探探测测或或生生物物磁磁信信号号成成像像，，如如心心/脑/脑磁磁图图和分和子分级子磁级共磁振共振谱谱；；基基于于量量子子绝绝对对重重力力仪仪或或重重力力梯梯度度仪的仪地的质地及质地及下地结下构结勘构测勘；测基；基于于单单光光子子探探测测和和光光量量子子雷雷达达的的目目标标成成像与像环与境环质境量质监量测监等测。等此。外此近外近年年来来探探测测物物理理量量的的户广度度逐逐步步拓拓展展，，痕量痕检量测检等测领等域领取域得取一得定一成定