2024上半年，全球量子计算产业在技术、产品、应用和投融资等方面取得了显著进展，展现出巨大潜力。
产业进展概述
量子芯片技术呈现多元化发展趋势，各国在超导、离子阱、光子、中性原子等多种技术路线上投入巨大，其中中性原子路线取得重大突破，加州理工学院利用光镊阵列囚禁6100多个中性原子，相干时间达12.6秒。测控系统向低温化、精密化、集成化发展，例如Bluefors推出微波读出模块，英特尔推出低温测控芯片Pando Tree。量子计算机整机方面，五家公司推出新一代产品，芬兰IQM、法国Pasqal规划下半年发布新品。量子计算云平台趋于成熟，通过推出新功能、新工具降低使用门槛，并与超算融合，例如Q-Exa联盟将20量子比特量子计算机集成到德国超级计算机SuperMUC-NG中。下游应用合作涵盖国防、金融、医药等领域，以早期探索为主，但潜在应用价值巨大。
上游进展
- 稀释制冷机：欧美企业产品迭代，中国加快商业化，国盾量子推出首款可商用可量产的超导量子计算机稀释制冷机，知冷低温推出ZL-DR400型国产极低温稀释制冷机，打破欧美技术垄断。
- 测控系统：低温化、精密化、集成化，例如Bluefors推出微波读出模块，清华大学实现接近量子极限的激光加工精度。
- 芯片：配套软硬件发展推动工艺改进，例如英特尔优化300mm低温探测工艺，洛桑联邦理工学院开发新型光子集成电路平台。
中游硬件进展
- 超导量子计算：新型超导量子比特设计提升性能，例如Terra Quantum的flowermon量子比特有望将相干时间提高数个数量级，浙江大学实现接近100%的良率。
- 离子阱量子计算：Quantinuum使用二维网格布局克服扩展挑战，清华大学实现512离子二维阵列稳定囚禁冷却。
- 中性原子量子计算：加州理工学院囚禁6100多个中性原子，相干时间12.6秒，中国首台商用中性原子量子计算机汉原1号实现突破。
- 光量子计算：转向专用量子计算机完善，例如维也纳大学设计多光子处理资源高效架构，哥本哈根大学设计基于光力学诱导透明度的光内存。
- 半导体量子计算：发展相对平缓，集中于架构设计、协议搭建、提高保真度和运行温度，例如亚琛工业大学采用SpinBus架构，Diraq搭建算法初始化协议。
- 金刚石色心量子计算：发展缓慢，主要集中在扩展量子比特、提高保真度和相干时间。
- 其他量子计算路线：苏黎世联邦理工学院将双层石墨烯作为量子计算平台，剑桥大学在六方氮化硼中实现单个光子发射缺陷自旋的量子相干控制。
中游软件进展
- 软件算法创新：基于变分、混合、概率等算法提高效率和性能，例如复旦大学使用新型随机量子神经网络，Google DeepMind开发AlphaTensor-Quantum。
- 纠错技术：采用魔法态、辅助量子比特等方法降低错误率，例如IBM利用魔法态蒸馏，Nord Quantique实现自主纠错。
云平台进展
美欧中三足鼎立，云平台通过推出新功能、新工具、新业务降低使用门槛，例如QPerfect推出量子模拟器平台MIMIQ 1.0，Quantinuum推出一体化量子计算平台Nexus测试版。Rescale的云平台承载1000多个研发应用，与IonQ合作应对复杂挑战。
下游应用合作进展
涵盖国防军工、教育培训、金融、医药保健等领域，以早期探索为主，例如荷兰代尔夫特理工大学与韩国成均馆大学合作，花旗银行与Classiq合作研究投资组合优化。合作伙伴多为行业巨头，通过与量子计算公司合作探索行业应用。
投融资
- 融资金额下降：2024上半年全球量子计算融资事件22笔，总额6.27亿美元，较2023年下降，经济下行和投资者趋于谨慎导致融资规模缩减。
- 融资以硬件为主：美洲地区硬件投资占比高，但投资者重新关注硬件，亚洲、欧洲和澳洲地区同样以硬件投资为主。
政策
各国量子政策数量上升，美国和中国支持力度最大，通过立法和专项基金推动发展。
未来发展展望
- 量子处理器：新结构、新工艺不断涌现，例如Terra Quantum的flowermon量子比特，英特尔300mm低温探测工艺。
- 可扩展机群：研发重点新增可扩展机群，例如离子-光子纠缠技术、量子存储器发展，以及量子互联技术。
- 人工智能赋能：AI优化量子门操作，催生量子AI模型，例如加拿大Mila与Pasqal合作增强生成建模。
- 软件算法实用化：随着量子比特数量增加，算法设计注重实用性，例如花旗银行与Classiq合作研究投资组合优化。
- 混合算力平台：成为云平台主要发展方向，结合经典计算和量子计算优势，例如IBM、谷歌和微软引入混合算力解决方案。
- 投资与政策推动：大规模投资和政策支持推动产业发展和成果转化，例如美国《国家量子倡议法案》和中国的“十四五”规划。
- 产业链自主可控：全球主要经济体推进上游产业链自主可控，例如国盾量子、知冷低温打破欧美技术垄断。
- 全球共同诉求：技术突破、人才培养、标准化和安全性是全球量子计算发展的共同需求。
研究结论
2024上半年，量子计算产业在技术、应用和投融资等方面取得显著进展，但发展仍面临挑战，未来需持续技术创新、人才培养、政策支持和产业链自主可控，以推动量子计算从实验室走向实际应用。
