战略研究与产业议程

战略 Research andIndustryy Agenda 2 战略 Research andIndustry 议程 欧洲量子旗舰获得资金支持由欧洲委员会在协调范围内 和支持行动“QUCATS”（授权号101070193）。 3 4 由欧洲量子于2022年11月发布战略咨询委员会监督下的旗舰 https://qt.eu/about-quantum-viagship/introduction-to-the- 量子移民/战略咨询委员会/ 由CSAQUCATS实现 https://qt.eu/about-quantum-viagship/projects/qucats/ CSA项目协调员： CNRS,3rueMichelAnge,F75794巴黎电话:+331 Twitter：twitter.com/QuantumFlagship LinkedIn：www.linkedin.com/company/quantum-flagship/ 5 TABLEOFCONTENTS 执行摘要8 A部分：方法论12 量子旗舰战略研究议程（SRA）12 QuIC战略产业路线图(SIR)12 欧盟的其他举措13 其他来源13 第二部分：到2030年的路线图：这十年的量子野心16 B.1.Sciencefic和技术挑战和雄心16 B.1.1量子计算16 B.1.2量子模拟20 B.1.3量子通信22 B.1.4量子传感与计量26 B.1.5关于四大支柱的一般性建议。28 B.2.量子资源、创新、工业化和社会影响29 B.2.1基础量子科学29 B.2.2工程和启用技术30 B.2.3教育和劳动力发展32 B.2.4标准化33 B.2.5资金：私人和公共34 B.2.6知识产权36 B.2.7国际合作/出口管制条例36 B.2.8QT治理原则37 C部分：与欧洲倡议保持一致40 C.1.《量子技术与芯片法》40 C.1.1专用量子芯片技术40 C.1.2经典量子芯片技术(使能技术)41 C.1.3与芯片法案相关的持续举措：量子FPA42 C.1.4量子计算的例子43 C.1.5建议44 C.2.量子技术和EuroHPCJU44 C.2.1混合集成的fi第一个项目：欧洲试点<HPC|QS>45 C.2.2EuroQCS基础设施的时间表45 C.3.混合HPC平台的挑战和建议46 C.3.1挑战47 C.3.2建议48 6 STRATEGICRESEARCHANDINDUSTRYAGENDA ExecutiveSummary 8 STRATEGICRESEARCHANDINDUSTRYAGENDA T 他的文件是迈向fi第一欧盟战略的definition的第一步研究与行业议程(SRIA)。SRIA的最终目标将是 为欧盟提供全面的量子技术(QT)战略，采取考虑并合并所有正在进行的工业和研发计划。因此，它是基于不同的现有资产，代表当前的战略和计划，或 与欧盟量子社区的关系： ﻅ量子旗舰战略研究议程（SRA），代表欧洲研究共同体QT（量子技术） ﻅQUIC战略产业路线图（SIR），代表欧盟工业的愿景 社区 ﻅ来自欧洲其他关键举措的战略计划，特别是EuroQCI、EuroQCS和筹码法。 从对这些文件的分析开始，SRIA将提出一个实施路径采取与欧盟内部所有QT举措相关的具体行动。 本文件是SRIA的初步版本，协调了科学fic(SRA)和行业(SIR)战略议程。它还提供了更多关于发展的具体fic建议 QT在芯片法案即将推出的工作计划中，在半导体领域，以及 EuroHPCJUintheareaofhighperformancecomputing.AfinalversionoftheSRIA,includingallEU 倡议，将于2023年发布。 在A部分介绍了方法之后，本文档分为两个主要部分： ﻅ在B部分中，提出了2030年的路线图，合并了SRA、SIR、和其他相关文件。第B.1节基于通常的四个技术支柱 说明：量子计算，量子模拟，量子通信，量子传感和计量学)，第B.2节介绍了相关的横向活动，包括量子资源、创新、工业化和社会影响。在每个部分的末尾，有短期和长期目标清单，以及更多具体的fic建议。 ﻅ在C部分中，B部分的输入与芯片法案的特定fic框架保持一致，并且 EuroHPCJU，并再次给出了具体建议列表。 9 EXECUTIVESUMMARY 标准杆tA:Methodology 11 STRATEGICRESEARCHANDINDUSTRYAGENDA B 根据SRA（研究）的愿景、路线图和建议，SIR(工业)和其他来源，SRIA文件旨在确定具体行动这可以在量子旗舰以及其他欧盟的背景下进行 芯片法案、EuroQCS和EuroQCI等举措。 作为朝着这一目标迈出的第一步，SRA和SIR的分析是沿着它们的S&T支柱进行的，还包括与创新、工业化和社会影响相关的资源集合。 量子旗舰战略QuIC战略产业 研究议程（SRA）路线图(SIR) 12 战略研究议程（SRA）由2000多个咨询编制 欧洲的量子专家，在一个开放和透明的过程，为 量子研究的未来发展： 和欧洲的创新。SRA设定了量子雄心勃勃但可实现的目标 旗舰，并详细介绍接下来的三个几年，展望六到十年。 它是围绕四个研究和创新领域，代表主要 fi领域的应用领域：通信，计算、仿真和传感 和计量学。这些应用领域是 以基础科学的共同基础为基础，与顶级研究机构和公司 遍布欧洲，协助他们的目标 通过提供新颖的想法、工具、方法和 processes.Thesearesupportedbycross-cutting 领域涵盖：工程与控制， 软件和理论，教育和培训，并以某些未解决的主题为特色(例如由总体活动进一步补充 创新与国际合作以及性别平等。 QuIC战略产业路线图(SIR)是旨在提供对需求的看法 欧盟量子产业的代表 QuIC在当前十年（直到2030年）。文件涵盖三个技术支柱(Q. 计算、通信、传感和 计量学)，以及四个交叉技术 需求(教育和技能、标准、知识产权和贸易、治理原则)。它旨在帮助 利益相关者和在fi中的公共机构热衷于关于支持欧洲的增长 行业了解野心和需求欧洲各行各业的共同点成员。 SIR是在3个月内生产的， 从2021年9月至12月。在此期间，QuIC成员一起工作，作为内部 工作组(WG)，以填充不同的文档的部分。更新版本 SIR计划在不久的将来 EnablingTechnologies)andincludetheinput 加入的其他欧洲实体 自fi第一个SIR结论以来的问题(约40 新成员)。 METHODOLOGY 欧盟的其他举措其他来源 欧盟芯片法案提议在欧洲 13 优势和解决突出的弱点， 发展蓬勃发展的半导体生态系统和弹性供应链，同时制定措施准备、预测和应对未来 供应链中断。 EuroQCS是 欧盟、成员国和私人伙伴 协调他们的努力，汇集他们的使欧洲成为世界领导者的资源 超级计算。EuroQCI是一个合作在27个成员国、欧共体和 欧空局，目标是部署和运作超安全量子通信 基础设施，跨越整个欧盟。 BCG-Quantum：欧洲无法实现的技术竞赛承受损失（2022年8月）。 麦肯锡：量子计算，新兴生态系统和行业用例(12月2021). FPA试验线路QPilot和 QTest,andconsultationoftheotherQuantumFPA。 EuroQCS、EuroQCI发布的公开文件和筹码法。 标准杆t B20:30年路线图： 量子 野心 在这个十年 15 STRATEGICRESEARCHANDINDUSTRYAGENDA I 在第B.1节，SRA中规定的目标与欧洲的目标相匹配在SIR中捕获的量子产业，通过单独解决通常的四个量子技术支柱：量子计算、量子模拟、量子 通信、量子传感和计量学。主要目标放在 时间顺序，fi第一次浪潮的目标是2023-2026年，第二次浪潮的目标是2027-2030年。在 B.2节与量子资源相关的横向问题相对应的目标，创新，工业化和社会影响相继出现。重要的是 请记住，除了这些横向活动之外，这四个不同的支柱 在一个支柱中开发的相互联系的概念、工具和技术可以find 在其他方面的应用(另见B.1.5节)。举几个例子，开发量子通信可能有助于设计量子传感器网络或协议 用于分布式量子计算。另一方面，有效的量子技术信息处理可以fi及其在量子中继器构建中的应用远距离量子通信。 B.1 科学fic和技术挑战和雄心 B.1.1量子计算现有的fi第一代量子 量子计算的支柱是 通用量子计算机在哪里：量子信息被数字化处理， 通过逻辑门，以类似于今天的方式 通用经典计算机。支柱fi几年来fi找出是否以及在什么重组了许多层的技术，从 量子信息的个体模态处理到算法和最终这些机器的各种应用 的用例。主要目标是开发优于量子计算设备 或加速现有的经典计算机，以解决与行业相关的特定fic问题，可能有益于fit的科学和技术 来自量子算法的执行。 计算设备在嘈杂的环境中工作中等规模量子(NISQ)制度， 有噪声的量子比特和没有量子误差 correction.Itispartoftheeffortsofthenext 感觉一个人可以希望实现量子近期量子计算机的优势 没有量子纠错。在 从长远来看，目标是开发故障- 宽容的量子计算机，以及互连这些计算机和交易它们之间的量子信息-in 效果，建立在量子计算上和量子通信能力 发展“量子互联网” 用户和使用案例 软件 图1-量子信息 量子算法 QUANTUMAPI和云访问 处理堆栈。量子编译器 API=应用程序编程接口。 OS=操作软件。Qubits=各种硬件模式 中间件 硬件 &QUANTUMOS QUBITCONTROLQUBITS 16 QUANTUMA ROAD MBIT MAP IONS TO20 OVER 30: THISDECADE 图1捕获和结构层参与量子计算和 量子模拟（见B.1.2节）。目标规格fic到每个层的量子计算如下。 量子位 堆栈的最低部分包含考虑的主要硬件模式量子计算机的构建。在 目前正在探索不同的解决方案目前还不清楚哪一个将是fiNAL采用的技术。事实上可以想象有些平台会在 NISQ制度或用于特殊用途的量子计算机，如量子退火机，而 其他人将更适合纠错 量子计算机。大多数例子有前途的硬件模式是： ﻅ演示互连和 不同之间的信息交换量子计算机. 量子位控制 量子计算机的优化运行需要表征和控制 量子比特。量子比特表征涉及测量单个量子比特的性质 以及信息传递的质量 量子比特对。量子比特控制是最优的操纵单个量子比特以实现 更长的连贯时间，以及谨慎的量子比特对的编排以实现更好的门性能。 总的来说，主要的抱负是： 17 ﻅ增加量子位的数量，可以同时控制与 量子处理器的发展； ﻅ增加这些的整合 控制设备(用户界面、量子位接口); ﻅ通过减少交货时间和成本 对材料和材料的依赖来自非欧洲的组件源。 ﻅ超导量子比特 ﻅ基于半导体的量子比特(例如硅或钻石中的彩色中心) ﻅ被困离子 ﻅ中性原子 ﻅ光子 所有这些不同的共同野心硬件模式是： ﻅ加强NISQ处理制度 使用错误缓解方法，启用更深层次的算法，锻造进步走向纠错通用 量子计算。 ﻅ增加数量、密度和 量子位的连通性。提高 量子位，包括更好的相干时间和门fi节点。 ﻅ设计和实施新的 架构，包括3D设置，与新的装配技术。 ﻅ进一步小型化和坚固耐用 量子计算机. ﻅ发展工业规模制造 可以组装和集成的设施大型量子处理器。 量子操作系统,量子算法编译器 量子操作系统是软件管理量子硬件 （量子位）和用于 表征和控制量子比特。它监督量子算法的执行 通过优化硬件的机器级别 资源，并为用户提供一个界面输入指令并从接收输出 量子计算机. 量子的大部分应用 计算将需要混