量子信息技术应用案例集（2023年）

QIA 量子信息网络产业联盟 QuantumInternetIndustryA/liance 量子信息技术应用案例集 (2023年） 量子信息网络产业联盟 2024年1月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据观点、建议等，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（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载需联系本联盟并获得授权许可。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字、图表或者观点的，应注明“来源：量子信息网络产业联盟”。违反上述声明者，本联盟将道究其相关法律责任。 量子信息网络产业联盟 联系电话：010-62300592 邮箱：qia@caict.ac.cn 编制说明 量子信息技术应用案例成果由联盟成员单位报送，经联盟会议讨论后编成案例集。应用案例的相关技术方案和应用成果归案例报送成员单位所有，并对相关内容的真实性、准确性和合法性负责。 案例集编写单位： 北京玻色量子科技有限公司、本源量子计算科技（合肥：股份有限公司、弦海（上海）量子科技有限公司、中国信息通信研究院 案例集编写成员： 巨江伟、陈亮、葛志斌、王硕、王嘉琪、曾祥洪、姚飞 前言 量子信息技术是量子科技重要组成部分，基于量子力学原理在提升信息处理速度、保障通信安全、提高测量精度及灵敏度等方面展现出了令人瞩目的潜力，已成为信息通信技术演进和产业升级的关注焦点之一。未来，量子信息技术有望在前沿科学、信息通信和数字经济等诸多领域引发颠覆性技术创新和 变革性应用。 当前，量子信息技术正逐步从概念验证走向落地实践，有 望在不久的将来为行业用户赋能，比如“量子计算十金融”、“量 子保密通信+政务专网”、“量子精密测量+生物医疗”等。为 加快量了信息技术创新与应用推产，征集和展示量了信息技术在不同领域的应用探索成果和前景，量子信息网络联盟持续组织开展应用案例征集，已发布《量子信息技术应用案例集 (2022)》。 2023年度量子信息技术应用征集了成员单位提交的4项典型应用探索案例，涉及量子计算、量子加密等技术的应用，展现广在金融、图像谊梁、无人机等行业和领域的应用探索进展。经联盟会议讨论，更新编制了《量子信息技术应用案例集 （2023）》，旨在向业界展示量子信息技术的潜在应用价值，分析应用发展现状和面临问题，为技术成果转化和应用产业培育提供参考。 目录 案例一1 一.应用背景与需求2 二.技术原理与优势3 三·应用方案与实践4 四，应用成效与前景7 五应用讨论与建议8 案例二10 一.应用背景与需求12 二.技术原理与优势13 三.应用方案与实践14 四.应用成效与前景16 五.应用讨论与建议17 案例三 19 一，应用背景与需求20 二.技术原理与优势21 三应用方案与实践22 四应用成效与前景24 五：应用讨论与建议25 案例四27 一.应用背景与需求29 二·技术原理与优势29 三.应用方案与实践 30 四.应用成效与前景33 五·应用讨论与建议34 量量子子信信息息技术技应术用应案例用集案（例20集23)（2023） QuantumInternetIndustryAlliance 案案例例一一 基基于于量量子子计计算算的的信信用用评评分分特特征征筛筛选选 ——更更高高效效、、简简易易的的金金融融数数据据预预处处理理模模型型 提提供供单单位位：：北北京京玻玻色色量量子子科科技技有有限限公公司司 一一、、应应用用背背景景与与需需求求 (（一一)）行行业业//应应用用背背素景 在在金金融融领领域域中中，，信信用用评评分分模模型型（（如如图图11所所示示））对对于于贷贷款款行行业业非非常常重重要要，，特特征征筛筛选选作作为为一一种种数数据据预预处处理理策策略略，，是是信信用用评评分分中中的的不不可可或或缺缺的的重重要要环环节节。。高高效效的的特特征筛征选筛一选方一面方能面够能帮够助帮银助行构银建行更构简建单更、简单、更更容容易易理理解解的的模模型型，，提提高高数数据据挖挖掘掘性性能能，，为为银银行行业业提提供供更更好好的的贷贷款款参参考考信信息息；；另另一一方方面面可可大大幅幅降降低低银银行行后后续续在在模模型型训训练练时时所所花花费费的的算算力力与与时时间间成成本本。。 t-SNE3D(time77.69s) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01.0 0.8 0.6 0'0 图图11信信用用评评分分模模型型 随随着着大大数数据据时时代代的的发发展展，，特特征征筛筛选选面面临临众众多多难难题题，，例例如如数数据据规规模模大大、、特特征征维维度度高高、、算算力力昂昂贵贵等等函亟待待解解决决的的间问题题，，传传统统方方式式已已然然达达不不到到我我们们的的需需求求，，主主流流的的解解决决方方法法是是通通过过专专家家经经验验指指导导经经典典计计算算的的方方法法。。但但是是依依然然存存在在很很多多问问题：题1：）1筛）选筛准选确准度确不度高不；高2）；筛2选）时筛耗选时耗变变长长；；33））算算力力要要求求太太高高；；4）4）过于过依于赖依专赖家专经家验经。验在。高在速变高化速的变金化的金融融环环境境中中，，量量子子计计算算的的高高算算力力有有助助于于提提升升对对金金融融衍衍生生品品定定价价能能力力以以 及及对对金金融融风风险险做做出出准准确确预预测测。。 在在金金融融领领域域的的信信用用评评分分建建模模场场景景中中，，特特征征筛筛选选这这一一数数据据预预处处理理策策略略起起到到至至关关重重要要的的作作用用，，通通过过筛筛选选后后续续入入模模的的特特征征从从而而提提高高模模型型的的准准确确率率和和效效率率，，并并使使得得模模型型具具有有更更高高的的泛泛化化能能力力。。在在特特征征数数较较大大时时，，不不同同特特征征的的选选择择将将决决定定最最后后信信用用评评分分模模型型的的整整体体效效果果，，已已被被证证明明在在为为各各种种数数据据和和机机器器学学习习题问准题备准数备据数方据面方是面有是效有且效高且效高的效。的特。特征征选选择择的的目目标标包包括括构构建建更更简简单单、、更更容容易易理理解解的的模模型型，，提提高高数数据据挖挖掘掘性性能能，，以以及及准准备备干干净净、、可可理理解解的的数数据，据。 (（二二)）现现状状//需需求求/痛/点痛点 金金融融行行业业的的关关键键数数据据分分析析需需求求和和分分析析精精确确度度需需求求远远高高于于其其他他行行业业，，当当特特征征数数很很大大的的时时候候，，人人工工筛筛选选难难度度将将大大大大增增加加，，而而量量子子计计算算将将很很好好地地解解决决这这一一问间题题。。从从准准确确率率的的角角度度来来衡衡量量两两者者最最终终建建模模的的效效果果，，量量子子计计算算的的结结果果与与传传统统的的结结果果不不相上相下上。下。 量量子子计计算算方方法法可可以以减减少少人人为为的的参参与与，，从从而而提提高高效效率率并并降降低低业业务务人人员员的的依依赖赖，，减减少少人人为为操操作作风风险险，，说说明明了了将将量量子子计计算算应应用用于于特特征征筛筛选选该该类类特特定定问间题题的的可可行行性性，，后后续续还还需需多多研研究究数数量量更更多多的的量量子子比比特特，通通过过量量子子计计算算方方法法进进行行特特征征筛筛选选来来研研究究和和探探讨讨可可以以超超越越并并替替代代传传统统的的方方式式，，将将量量子子计计算算运运用用到到金金融融传传统统业业务务场场景景中中的的特特定定同问题题上上是是现现阶价段段重重点点探探讨讨和和努努力力的的方方向向。。 二二、、技技术术原原理理与与优优势势 (（一一)）概概念念原原理理//关关键键技术技术 SHG pulst LO Signalpulses Homodyne detection DOPA Ringcavity +D ADC FPGA Feedbackpulse DAC 光光量量子子计计算算其其原原理理是是使使用用光光量量子子的叠的加叠态加对态组对合组优合化优间化题问进题行进行指指数数级级求求解解加加速速。。光光量量子子计计算算路路线线中分中为分通为用通量用子量计子算计和算专和用专量用子量子计计算算两两种种路路线线，，相相十干量量子子计计算算机机是是一一种种专用专量用子量计子算计设算备设，备利，用利简用简并并光光学学参参量量振振荡荡（D（ODPOOPO））过过程程实现实并现行并计行算计的算光量的子光计量算子设计备算（原设备（原理理如如图图2所2所示示）。）。基基于于先先进进的的光纤光环纤量环子量存子储存技储术技与术量与子量态子测态量-测反量-反馈馈机机制制，，通通过过系系统统伊伊辛辛相相变变的的物物理理能能量量演化演过化程过，程实，现实对现复对杂复组杂合组合优优化化问问题题（（伊伊辛辛问问题题））的的加加速速求求解解。。 图图22相干相量干子量计子算计机算计机算计原算理原图理图 相相干于量量子子计计算算机机作作为为一一种种专专用用计计算算机机，，在在求求解解组组合合优优化化间问题题上上具具有有四四大大优优势势：：11））量量子子比比特特规规模模较较大大，，实验实验验证验超证过超1过万量1子万比量特子；比特；22））室室温温稳稳定定运运行行，，通通过过对对激激光的光精的准精控准制控，制具，有具稳有定稳操控定特操点控；特3点）；3） 具具备备全全联联接接特特性性，，可可适适配配量量子子AI复A杂I神复经杂网神络经结网构络；结4）构C；IM4技）术CIM技术 方方案案在在国国内内外外已已有有工工程程样样机机和和算算法法验证验。证。 玻玻色色量量子子推推出出的的相相干干量量子子计计算算机机，，如如图图33所所示示，，凭凭借借其其四四大大优优势势十十分分适造合合用用来来求求解解金金融融领领域域的的诸诸多多间问题题。。作作为为专专用用的的人人工工智智能能协协处处理理设设备备满满足足金金融融领领域域中中信信用用评评分分场场景景下特下征特筛征选筛间选题问需题求需。求。 图图33玻玻色色量量子子相相干干量量子子计计算算机机 (（二二)）技技术术优优势势//成成熟熟度度分分析析 特特征征选选取取作作为为一一种种数数据据预预处处理理策策略略，，已已被被证证明明可可以以适适用用在在各各科种数数据据挖挖掘掘和和机机器器学学习习间问题题上上，，且对且最对终最模终型模效型果效起果到起显著到的显作著用的。作用。特特征征选选择择的的目目标标包包括括构构建建更更简简单单的的、、更更容容易易理理解解的的模模型型，，提提高高数数据据挖挖掘掘性性能能，，以以及及准准备备干干净净、、可可理理解解的的数数据。据。 目目前前信信用用评评分分方方向向的的金金融融科科技技已已经经具具备备成成熟熟的的模模型型构构建建和和产广泛泛的的应应用用实实践践，，在在金金融融行行业业已已与与相相关关金金融融机机构构展展开开基基于于典典型型案案例例验验证证的的深深入入探探索索，，以以客客户户需需求求场场景景为为导导向向，，将将金金融融中中时时常常出出现现的的评评分分场场景景利利用用玻玻色色量量子子CICMI真M机真在机实在验实室验搭室建搭模建型模进型行验进证行与验探证索与。探经索验。经验证证，，本本案案例例中中提提出出的的解解决决方方策案结结果果符符合合预预期期，，可可作作为为量量子子计计算算在在信信用用评评分分场场景景的的应应用用实实例例，，当当前前技技术术成成熟熟度达度到达4到级。4级。 三三、、应应用用方方案案与与实实践践 (（一一)）解解决决方方案案//系系统统架构架/产构品/产情况品情况 本本方方案案的的核核心心在在于于使使用用量量子子计计算算解解决决二二元元无无约约束束二二值值优优化化 （（QQUBUOB）O）问间题题。。以以相相干干伊伊辛辛机机（（CICMI）M）为为代表代，表斯，坦斯福坦大学福大学YYaammaammototoo组组提提出出耗耗散系散统系中统量中子量加子速求加解速。求相解干