量子计算发展态势研究报告（2023年）

(2023年) 2023年12月中国信息通信研究院技术与标准研究所2023年12月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。 前言 量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，能在某些计算复杂问题上提供指数级加速，是未来计算能力跨越式发展的重要方向。量子计算的发展和应用具有重大战略意义和科学价值，已成为全球主要国家在前沿科技和未来产业领域的政策布局和投资推动的重点方向之一。 当前，量子计算处于理论研究、工程研发、应用探索和产业化培育并行发展的关键阶段。超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体等主要技术路线的基础科研和工程研发亮点成果不断涌现，应用场景探索在化学模拟、量化金融、医疗健康、航空交通等领域广泛开展，科技巨头和初创企业布局以量子计算云平台、软件开源社区、产业联盟等为重点的产业生态建设发展迅速。量子计算云平台是推动应用探索和产业化发展的生态汇聚点和支撑驱动力，国内外不同类型量子计算云平台开放发展竞争激烈，三大服务模式日趋成熟，标准体系建设和基准测评研究逐步成为业界各方的关注热点。 中国信息通信研究院在《量子计算发展态势研究报告》（2022年）的基础上，持续跟踪分析2023年国内外量子计算技术研究、应用场景探索和产业生态培育等方面的进展成果和发展演进趋势，并进一步聚焦量子计算云平台，初步提出量子计算云平台功能框架和标准体系建议，分析总结基准测评的研究与实践结果，最后结合量子计算领域发展现状、趋势和问题提出发展建议，为凝聚业界各方共识合力提供参考。 目录 一、量子计算已成为前沿科技和未来产业关注热点................................................1二、量子计算科研攻关与软硬件研发保持高度活跃................................................2（一）多种硬件技术路线并行发展，亮点成果频出.....................................2（二）量子计算软件持续开放探索，功能各有侧重.....................................7（三）量子纠错突破盈亏平衡点，未来需持续攻关...................................11（四）环境测控系统取得新进展，性能指标待提升...................................13三、应用探索多领域广泛开展，产业生态初步形成..............................................16（一）应用探索成业界热点，行业领域趋向多元化...................................16（二）实用化落地尚未突破，硬件性能提升是基础...................................19（三）产业联盟与开源社区成为生态发展重要助力...................................21（四）欧美量子计算企业活跃，产业生态初具雏形...................................23四、量子计算云平台是构建应用产业生态重要支点..............................................28（一）国内外企业机构加速布局，抢占产业生态位...................................28（二）量子计算云平台功能架构可借鉴经典云计算...................................30（三）量子计算云平台的服务和业务模式逐步完善...................................32（四）云平台成为开展科研与应用探索的重要支撑...................................34五、量子计算云平台标准和基准测评研究持续开展..............................................37（一）国内外积极布局推动量子计算基准测评研究...................................37（二）构建量子计算云平台基准测评体系参考模型...................................39（三）开展测评实践验证，验证平台硬件实际能力...................................41（四）量子计算云平台标准体系建设需进一步推动...................................46六、机遇与挑战并存，多策并举加快量子计算发展..............................................49 图目录 图1量子计算主要技术路线代表性研究成果............................................................3图2量子计算主要硬件技术路线关键指标对比概况................................................7图3量子计算软件体系架构图....................................................................................8图42023年Gartner量子计算技术成熟度预测.......................................................20图5全球代表性量子信息产业联盟概况.................................................................21图6国内外量子计算软件GitHub开源社区活跃度................................................22图7量子计算产业生态与国内外代表性企业概况..................................................25图8中美量子计算产业基础能力对比.....................................................................27图9国内外代表性量子计算云平台概况.................................................................28图10量子计算云平台功能架构参考模型...............................................................30图11量子计算云平台三大服务模式........................................................................32图12量子计算云平台脉冲级实验套件功能...........................................................36图13量子计算云平台基准测评体系参考模型.......................................................40图14单比特RB测试结果........................................................................................42图15双比特RB测试结果........................................................................................42图16量子体积（QV）测试结果..............................................................................43图17DJ算法测试结果..............................................................................................44图18QFT算法测试结果...........................................................................................44图19哈密顿量模拟算法测试结果...........................................................................45图20量子计算云平台标准体系架构.......................................................................48 表目录 表1国内外代表性量子计算应用开发软件................................................................9表2国内外代表性量子计算编译软件........................................................................9表3国内外代表性量子计算EDA软件....................................................................11表4代表性量子计算测控系统..................................................................................15表5量子计算应用场景分析......................................................................................16表6量子计算云平台基准测评初步测试结果汇总..................................................41 一、量子计算已成为前沿科技和未来产业关注热点 量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，能在某些计算复杂问题上提供指数级加速，是未来计算能力跨越式发展的重要方向，将对传统技术体系产生冲击、进行重构，成为引领新一轮科技革命和产业变革方向的颠覆性创新。 量子计算的发展和应用具有重大战略意义和科学价值，已成为全球主要国家在前沿科技和未来产业领域的关注焦点之一。近年来，全球30个国家和地区制定发布了以量子计算为重点的量子信息发展战略或法案，不完全统计投资总额超过280亿美元。量子计算领域基础科研和技术创新持续保持活跃，科研论文和专利申请数量近年来屡创新高，初创企业数量和投融资金融也经历一轮爆发式增长。近一年来，全球科技巨头、初创企业和研究机构在量子计算领域的关键技术攻关、软硬件工程研发、应用场景探索和产业生态培育等方面取得了诸多重要进展和亮点成果。 量子计算云平台作为集成量子计算软硬件能力，面向用户提供服务，支撑算法研究、应用探索和产业培育的生态汇聚点，是展现量子计算技术能力和产业化发展水平的重要视角。近年来，国内外各类量子计算云平台持续推出，多方开放竞争，功能框架和服务模式不断丰富和完善，已成为推动量子计算技术产业演进和产学研用合作的关键助推器。基于量子计算云平台开展量子计算软硬件系统的功能和性能测评验证，也是业界关注的热点方向之一，近年来在基准测评指标