2024全球量子产业发展报告-202408

2024 全球量子产业发展现状及展望 2024/08 量子信息年度系列报告 引领量子时代，共铸产业未来 在2023年里，我们见证了全球量子领域取得的多方面的进展和突破，这些成就正在引领人类进入一个前所未有的量子时代。 在量子计算方面，中美仍为全球第一梯队，占据了全球过半的产业份额。同时，欧洲与亚太地区（除中国）正不断加大对量子计算的投入、制定相关政策，以缩小与中美之间的差距。另一方面，多元发展成为产业竞争的关键动力，尤其是中性原子量子计算的迅猛发展令其成为通用量子计算机的强有力候选者。量子云平台的日益成熟，逐步降低量子计算的使用门槛和成本，令更多行业能够充分利用量子计算的能力，推动其应用范围和影响力的不断扩大。 在量子通信与安全方面，中国与欧美分别引领量子密钥分发与后量子加密。随着两者以及量子随机数生成器的发展，通信制造业与电信运营商、银行、券商等领域将纷纷入局，通信与安全行业势必迎来翻天覆地的变化。 在量子精密测量方面，中国仍与欧美存在一定差距，但部分指标已达到国际一流水准。预计未来十年，中国部分种类的量子传感器将赶超欧美，获得更大的产业份额。瑞士、德国等欧洲国家在量子精密测量领域与美国同处第一梯队，未来也仍将保持这一优势。 然而，我们也不得不面对2023年量子行业融资活动相对降温的现实。宏观经济情况不佳，融资交易减少，国际竞争在量子领域日趋激烈，等等。但好在寒冬已过，2024年上半年的表现令人欣慰。 这份报告主要从国家和地区的视角出发，重点关注2023年各国家地区在投融资、政策、进展的表现，并对各国家的量子产业规模及其在全球中的占比进行预测，方便读者更加直观地看出各国家地区发展近况及趋势。 最后，站在这个充满挑战和机遇的时刻，我们对2024年量子产业发展充满信心和期待。让我们携手共进，共同见证量子产业的蓬勃发展。 光子盒研究院院长 01本报告体现的内容和阐明的观点力求独立、客观，本报告中的信息或所表述的观点均不构成投资建议，请谨慎参考。 02本报告旨在梳理和呈现2023年度内全球范围内量子细分技术和产业领域发生的重要事件，涉及数据及信息以公开资料为主，以及对公开数据的整理。并且，结合发布之时的全球经济发展状态，对短期未来可能产生的影响进行预判描述。 03本报告重点关注2023年1月1日至2023年12月31日间量子细分行业发生的相关内容，以当地时间报道为准，以事件初次发布之时为准。对同一内容或高度相似内容的再次报道，若跨年度，不视为2023年发生的重要事件。 04本报告版权归光子盒所有，其他任何形式的使用或传播，包括但不限于刊物、网站、公众号或个人使用本报告内容的，须注明来源（2024全球量子产业发展展望[R].光子盒.2024.08）。 本报告最终解释权归光子盒所有。 05任何个人和机构，使用本报告内容时，不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删减和篡改。未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表、印刷等。如征得同意进行引用、转载、刊发的，需在允许范围内。违规使用本报告者，承担相应的法律责任。 06本报告引用数据、事件及观点的目的在于收集和归纳信息，并不代表赞同其全部观点，不对其真实性负责。 07本报告涉及动态数据，呈现截至统计之时的情况，不代表未来情况，不够成投资建议，请谨慎参考。 引言声明 第一章2023量子产业发展概览一、量子计算发展情况综述 01量子计算芯片与软件算法蓬勃发展 02高性能计算与量子计算的融合已成为现实 03各大电信运营商竞相布局量子计算 04研究活跃科研成果频出 05硬件发展路线图不断更新 06产业链相关企业逐年增多 07生态建设日趋完善 08产业发展即将进入快速成长周期二、量子通信发展情况综述 01量子通信与安全生态蓬勃发展 02产业链相对成熟 03量子通信与安全产业链上游 04量子通信与安全产业链中游 05量子通信与安全产业链下游 06网络建设（陆地部分）：QKD网络建设 07网络建设（太空部分）：卫星通信建设三、量子精密测量发展情况综述 01产业已进入多元化发展周期 02产业链相关企业逐年增多 03产品丰富且市场初具规模 04下游应用市场前景广阔 第二章各地区政策及进展一、美国 二、中国三、欧洲四、英国五、德国六、法国七、加拿大 八、澳大利亚九、日本 十、韩国 第三章投融资 一、融资金额大幅下降 二、融资主体地理分布分散三、融资轮次普遍较少 第四章量子产业规模一、总体产业规模 二、各领域产业规模 01全球量子计算产业规模 02全球量子通信产业规模 03全球量子精密测量产业规模三、各地区产业规模 01各地区量子计算产业规模 02各地区量子通信产业规模 03各地区量子精密测量产业规模 第五章产业展望 一、量子生态位日趋明确 01中美各有所长稳坐量子第一梯队 02欧洲寻求量子产业链上游自主可控 03亚太多国积极融入欧美量子生态圈二、量子技术不断突破 01机群技术与云平台联手推动量子计算 02PQC与QKD的未来发展呈现并驾齐驱之势 03量子精密测量六大方向各有明确突破目标 第一章 2023量子产业发展概览 目录 第一章 2023量子产业发展情况综述 一、量子计算发展情况综述 01量子计算芯片与软件算法蓬勃发展 02高性能计算与量子计算的融合已成为现实 03各大电信运营商竞相布局量子计算 04研究活跃科研成果频出 05硬件发展路线图不断更新 06产业链相关企业逐年增多 07生态建设日趋完善 08产业发展即将进入快速成长周期 二、量子通信与安全发展情况综述 01量子通信与安全生态蓬勃发展 02产业链相对成熟 03量子通信与安全产业链上游 04量子通信与安全产业链中游 05量子通信与安全产业链下游 06网络建设（陆地部分）：QKD网络建设 07网络建设（太空部分）：卫星通信建设 三、量子精密测量发展情况综述 01产业已进入多元化发展周期 02产业链相关企业逐年增多 03产品丰富且市场初具规模 04下游应用市场前景广阔 一、量子计算发展情况综述 01量子计算芯片与软件算法蓬勃发展 本部分根据技术创新、实际效益以及科研引领等评价标准，选取了2023年量子计算领域的十项最重要进展，包括首次成功应用、有效实验验证、新颖架构设计、参数最值、实际效用提升、采用方案者数量及影响力，以及是否有重大科研突破和广泛报道。总体进展按照量子计算芯片以及软件算法云平台两个大方向展示。 图表2023年全球量子计算十项重要进展 量子计算芯片 量子比特数量与量子体积 Quantinuum的H-Series量子计算机连续创下了三个量子体积（QV）的新纪录：217、218和219，为目前报道最高的量子体积记录。 IBM发布了首款超过1000量子比特的量子计算处理器Condor，其拥有1，121量子比特，基于其上一代旗舰产品Eagle芯片架构。 相干时间 马里兰大学在蓝宝石芯片上成功创建了磁通量量子比特，其相干时间为1.48毫秒，是目前最高纪录，并且保真度达到了99.991%。 量子芯片架构 IBM推出模块化量子计算机，结合可扩展低温基础设施和经典服务器，实现了计算的超级计算架构。基于此架构，IBM发布了133量子比特可扩展芯片Heron。 传输与存储 苏萨塞克斯大学与UniversalQuantum合作，实现了微芯片模块之间的快速和可靠的传输，成功率高达99.999993%， 连接速度为每秒2424次，是目前最高纪录。 量子纠错 深圳量子研究院、清华大学、福州大学以及南方科技大学4家研究团队利用具有定制频率 梳的脉冲来操控辅助量子比特，提高了量子纠错的效率，超过了纠错盈亏平衡点约16%。 QuEra实现了48个逻辑量子比特，能够检测和纠正纠缠逻辑门操作过程中出现的任意错误。 软件、算法、云平台 混合计算与大模型 英伟达发布了DGXQuantum系统，结合了CUDAQuantum和H100NVL等技术，为GPT等生成式AI大模型提供了量子经典混合计算的加速平台。 容错算法 Quantinuum使用逻辑量子比特在其H1量子计算机上实现了容错 算法，通过“随机量子相位估计”计算了氢分子的基态能量。 量子云平台 Q-CTRL的错误抑制技术（名为Q-CTRLEmbedded）已被集成到IBM云量子服务中，现在用户只需轻按开关，就能降低错误率。 |2024年2月版 02高性能计算与量子计算的融合已成为现实 2023年，全球发生了诸多量子计算与超算融合的事件，量超融合已经从理论转向初步实践，还呈现出深化发展之势。量超融合主要依托云平台向外提供算力，成为超算中心的一种新型计算形式的补充，提供多样、灵活、高效的计算资源，为不同行业领域提供更强大的算力，可供更广泛地探索量子计算的潜在价值。目前量子计算与超算融合仍然面临着硬件稳定性和算法优化等挑战，量超融合的实现，接下来需要在多个维度进行尝试与探索，包括兼容性与集成（接口设计、系统集成）、软件与算法（量子编程语言与工具、算法适配与优化）、资源管理与调度等。随着技术演进和国际合作的深化，量子计算融入超算体系将是必然的一步。 图表2023量超融合进展事件 德国启动Euro-Q-Exa量子计算机招标，系统该系统将由莱布尼茨超级计算中心(LRZ)托管和运营，并集成到超级计算机SuperMUC-NG中 欧盟高性能计算联合计划(EuroHPCJU)下的高性能计算和量子模拟(HPCQS)项目，其用户已经能够通过各成员国的节点，验证他们的HPC-QC融合应用 在法国混合量子计划 （HQI）在，法国国家大型计算中心（GENCI）购入Pasqal的100比特量子计算机 英伟达与德国于利希超算中心(JSC)、ParTec建立实验室开发经典-量子混合超级计算机 魁北克数字和量子创新平台PINQ²落成IBMQSystemOne，在舍布鲁克设立的高性能计算中心将使PINQ²能够提供混合计算方法 |2024年2月版 澳大利亚Pawsey超级计算研究中心与加拿大Xanadu公司签署谅解备忘录，将为研究人员提供最先进的混合计算 本源量子与上海超级计算中心合作成立长三角量超协同创新中心；9月，发布“量超融合”平台实现了经典与量子任务统一调度和‘经典+量子’算法的混合编程，并对公众开放 中国电信发布“天衍”量子计算云平台，基于超量混合云架构，实现了“天翼云”超算能力和176量子比特超导量子计算能力的融合 理化学研究所计划在2025年左右通过与富岳超级计算机的集成 图表全球现有量子计算机与经典计算机相融合的计算中心及相关实验室 法国原子能委员会与国家超大型计算中心 应用Atos量子学习机（QLM）将量子计算能力整合到超级计算机JoliotCurie当中 芬兰IT科学中心 VTT的5量子比特超导量子计算机HELMI（“Pearl”）与欧洲超级计算机LUMI（“Snow”）连接；使用了英伟达CUDAQuantum平台 德国于利希超级计算中心 基于模块化超级计算架构概念的最紧密集成 德国莱布尼茨超级计算中心 与Atos和HQS合作研究HPC与QC之间的整合 西班牙加利西亚超级计算中心 在“PRIMEHPCFX700”超级计算 机上构建基于富士通34量子比特量子计算模拟器的集群系统 美国国家超级计算应用中心集成英伟达CUDAQuantum美国橡树岭国家实验室 应用Atos量子学习机（QLM）；参与CUDAQuantum测试计划美国阿贡国家实验室 应用Atos量子学习机（QLM） 中国安徽省量子计算工程研究中心将计算任务在量子计算机和超级计算机之间进行分解、调度和分配中国国家超级计算郑州中心与中国上海超级计算中心 和本源量子以及中移（苏州）软件共同打造量超融合先进计算平台，提供量超云融合服务 日本国家高级产业科学技术研究院英伟达的合作伙伴，将CUDAQuantum集成到其超算平台 日本理化学研究所 富士通公司的量子计算机与“富岳”超级计算机集成 巴西SENAI-CIMATEC 应用Atos量子学习机（QLM