量子技术正从理论概念转变为具有商业前景的实体技术,其快速发展吸引了全球关注,预示着第二次量子革命的到来。第一次量子革命奠定了量子世界的规则,并催生了半导体、激光、核磁共振成像机和原子钟等突破性技术。而第二次量子革命则专注于直接控制和工程量子系统,例如使用量子比特进行计算或使用纠缠光子进行通信。
专利:量子技术专利申请数量近年来显著增长和集中。2016年至2021年,量子计算专利家族申请量增长了300%以上,而2014年至2024年,量子技术总专利数量增长了五倍。企业和大学主导创新工作,占量子计算专利的91%。中国专利数量最多,占2024年总专利的60%,其次是美国和日本。
学术研究:美国在量子计算研究产出方面占据领先地位,尤其是在研究质量方面。中国则在量子通信领域占据明显优势,美国紧随其后。虽然中国发表的量子计算论文数量最多,但美国的研究具有更大的影响力和影响力,这表明了战略专业化,美国专注于量子计算,而中国则优先考虑量子通信,尤其是在中国卫星量子通信能力的发展中表现得尤为明显。
风险投资:量子技术风险投资领域近年来经历了显著的发展和增长,持续超过之前的里程碑。2024年是该领域的又一个高点,尽管量子技术占全球风险资本投资的比例不到1%。量子计算公司引领该领域,2024年公开宣布的投资额为16亿美元,其次是量子软件公司,投资额为6.21亿美元。美国和英国是全球投资领先者,2012年至2024年,两国投资总额超过60%。
企业传播:在企业传播中,过去两年量子计算的讨论明显增加。这种趋势涵盖了多种文件类型,包括新闻文章和收益电话,其中量子计算参考数量显著增长。行业领导者,尤其是IBM和NVIDIA,正在推动这一动态,表明量子计算正逐渐融入主流商业话语,企业越来越认识到其对未来运营和竞争优势的潜在影响。
政策:各国在量子治理方面采取了独特的方法,但都面临着平衡创新促进与安全关切的共同挑战,导致混合治理模式的出现。未来量子技术政策似乎正朝着日益复杂的国际框架发展,成功取决于开发灵活的结构,能够适应快速的技术进步,同时保持参与国家之间的信任。
劳动力:量子技术部门正在经历显著的工作force发展变化,同时需求持续增长。美国国家量子倡议强调劳动力发展,加拿大和澳大利亚也推出了类似的国家级量子战略,专注于扩大劳动力能力。美国劳动力市场增长强劲,自2018年以来,量子技能需求几乎增长了三倍,但近年来增长趋于稳定,表明需求趋于平稳。
教育:全球量子技术教育正在各级教育中迅速发展,K-12计划和高等教育方面都有重大发展。在美国,国家Q-12教育伙伴关系于2020年启动,旨在通过开发K-12级教育材料和提供课堂工具来增加准备参与量子工作队伍的学生数量。在高等教育中,德国在全球范围内处于领先地位,提供包含“量子”在内的硕士课程,其次是英国和美国。这三个国家占全球量子硕士课程总数的45%。
公众舆论:对治理的公众观点显示出对私营部门参与量子技术发展的大力支持,同时表达了对政府监管的怀疑。公众对量子计算和量子网络的看法存在明显差异,显示出领域知识和非专业知识的分裂。
量子网络:量子网络是量子信息科学中新兴的前沿领域。量子网络是指研究和开发使量子互联网成为可能的技术。量子网络使设备之间量子信息的传输成为可能,并允许量子纠缠的分布。量子网络不会取代经典通信或经典互联网,但它有可能提供新的功能,例如更安全的通信和连接量子计算机以增强计算能力。量子网络测试平台在量子网络和量子互联网的发展中起着至关重要的作用。目前,我们的数据显示美国和欧洲有28个量子网络测试平台。
量子处理器:目前有二十多家制造商正在商业提供40多个量子处理单元(QPUs)。美国在QPUs的数量和多样性方面领先,其次是中国。然而,中国商用QPUs通常比美国和欧洲的同类产品规模更小,性能更低。在欧洲,英国、荷兰、法国和芬兰每个国家都有4-6个商用QPUs。目前,有160个QPUs正处于原型、规划或商用阶段,由来自17个国家的近80家制造商开发。在不同的QPUs类型中,超导系统主导了商用市场,占可用QPUs的40%以上。然而,其他类型,如光子学、囚禁离子,尤其是中性原子和电子自旋,正在加速发展;它们的份额预计在 coming years 会增长。
量子处理器基准测试:总体而言,量子处理单元(QPUs)在性能方面取得了令人印象深刻的进展,但它们仍然远未达到运行大规模商业应用程序(如化学模拟或密码分析)的要求。为了评估不同QPUs提供和类型的成熟度,需要考虑多个基准。一个这样的指标是量子比特的数量,它历史上几乎呈指数增长趋势。然而,近年来,尤其是在超导和囚禁离子等主要类型中,这种增长已经放缓。行业重点已经转向通过改进错误纠正、门和读出保真度和门速度来构建更高性能的机器,而不是仅仅增加量子比特数量。另一个重要的指标是保真度,即QPUs产生的错误数量。特别是囚禁离子系统已经展示了最高的保真度操作和量子比特互连,并制定了进一步提高的雄心勃勃的目标。然而,它们仍然面临着量子比特数量低和门速度相对较慢的挑战。中性原子平台是一个较新的进入者,展示了有希望的量子比特可扩展性,同时保持了合理的保真度。光子系统仍处于早期阶段,表明在高量子比特数量方面存在潜力,但需要在保真度和扩展成本方面进行权衡。在所有当前和计划的QPUs技术中,还没有单一的类型或制造商脱颖而出,成为明显的领导者。每个平台都呈现出独特的优势和局限性,通往实用、可扩展的量子计算的竞赛仍然悬而未决。