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1、 2022!125#$51%&$&$570%量子計算現狀：構建量子經濟量子計算現狀：構建量子經濟 !#$%!#$%今年 9 月，世界經濟論壇發布量子計算現狀：構建量子經濟。報告認為，近年來量子技術發展迅速，應用潛能逐步落地，但當前技術發展尚未成熟，網絡安全問題和過高業務預期也影響技著技術的開發應用。報告通過統計量子技術公共和私人投資，整理各國政府和企業參與情況，分析技術現狀和評估標準，展望了量子技術在先進材料、復雜系統和新興技術等領域的應用前景，進而提出從人才、法規和標準等方面入手加速量子技術成熟，釋放應用潛力。賽迪智庫信息化與軟件產業研究所和科技與標準研究所對該報告進行了編譯，期望對我國發展

2、量子計算有所啟迪。!&(%!&(%量子計算量子計算 量子經濟量子經濟 應用應用領域領域 )量子計算作為一種全新的計算方式，不僅可以增強計算機功能，更有可能重塑應對氣候變化、饑餓和疾病的能力，破解和更新常見的加密技術，帶來巨大經濟效益，對全球數字經濟產生影響，并形成地緣政治戰略意義。因此，量子計算也被全球主要經濟體視為一項戰略技術。本報告從四方面解讀量子計算：量子技術的國家規劃、發展情況和投資水平，量子計算的發展潛能，構建量子計算機的現有方法，以及量子產業生態支持創新的必要條件。()*+,-./0123)*+,-./0123 如今，各國政府和企業都在積極開創新式量子計算解決方案。擁有領先量子技術

3、研發團隊的國家已經著手進行戰略投資，力求占領未來量子計算供應鏈的一環。根據最新研究，量子技術公共投資已經超過 300 億美元，該領域的私人投資僅在 2021 年就增加了 32 億美元，在過去10 年間更是增加了 55 億美元以上1。在公共投資和私人投資的推動下，致力于研發量子計算機或其關鍵組件的各類企業應運而生。標志量子技術發展的里程碑事件在全球各地上演：2016 年第一臺量子處理器通過 1 來源：麥肯錫咨詢公司，量子技術監測報告，2022 年，https:/ strong%20but%20talent%20gap%20raises%20concern/quantum-technology-m

4、onitor.pdf。云訪問向所有人開放2；2019 年谷歌宣布實現量子霸權3，研發的量子處理器可在幾分鐘內完成當時全球性能最強的計算機需要兩天才能完成的復雜計算量，實現里程碑式的突破。（一一）全球計劃和公共投資全球計劃和公共投資 亞洲、北美、歐洲和澳洲采取不同策略推動量子計算發展。美國美國于 2019 年制定國家量子計劃法案4，成立了量子經濟發展聯盟，全面支持量子技術發展。加加拿拿大大及其地方政府出臺了量子技術發展戰略規劃。在在歐洲歐洲，英國、荷蘭、德國和法國都制定了國家量子技術發展計劃和戰略，公共投資總額超過 70 億美元5。歐盟委員會啟動了總經費高達 11 億美元的“歐盟量子技術旗艦計劃

5、”，致力于量子技術開發和商業化。亞洲亞洲各國也已經深耕量子技術多年。新加坡在 21 世紀初就開始關注量子信息發展。中國在“十三五”規劃中將量子計算作為國家技術發展的重要任務，過去十年間，中國在量子技術領域投資超過 10 億美元，規劃的長期公共投資將高達 150 億美元6。日本和韓國從 2019 年起開始正式制定量子 2 來源：IBM，IBM 云計算中心提供量子計算技術，以加速創新（新聞稿），2016 年 5 月 4 日，https:/ 來源：Elizabeth Gibney,“你好，量子世界！谷歌發布里程碑式量子霸權聲明”，Nature，2019 年 10月 23 日，https:/ 來源：國

6、家量子計劃法案，美國國會，2018 年 6 月 26 日，https:/www.congress.gov/bill/115th-congress/house-bill/6227/text。5 來源：麥肯錫咨詢公司，量子技術監測報告，2022 年，https:/ strong%20but%20talent%20gap%20raises%20concern/quantum-technology-monitor.pdf。6 來源：“中國準備建設千億級國家實驗室作為量子計算產業化初步試點”，First Financial，2018 年 9 月6 日，https:/ 2022 年初宣布將在未來五年投入逾

7、 10 億美元，用于發展量子技術。澳澳大大利亞利亞在 2020 年公布國家量子技術產業路線圖，并在 2021 年宣布成立新的量子技術商業化中心。世界其他地區的量子技術發展活動還包括 One Quantum、非洲的量子技術飛躍計劃以及 QWorld 等，總體來說，中國和歐盟在量子技術投資額方面遙遙領先（見圖 1）。*1+,-./0123456789:;政府宣布的計劃投資額（單位：十億美元）歐盟公共投資來源（%）來源：麥肯錫咨詢公司（二）（二）私人投資私人投資 41.9 28.0 14.0 11.9 1.7 2.6 中國 歐盟 美國 日本 英國 印度 加大拿 俄羅斯 以色列 新加坡 澳大利亞 其他

8、地區 德國 法國 歐盟 荷蘭 瑞典 其他國家 私人投資金額和量子計算初創企業數量同步快速增長。1999 年第一家量子計算商業公司成立，13 年后，第一家量子計算軟件公司成立7。目前為止，全球已成立 196 家量子計算相關的初創企業8。*2+2345?ABCDEF 注：并非詳盡分布狀況 來源：麥肯錫咨詢公司 7 來源：麥肯錫咨詢公司，量子技術監測報告，2022 年，https:/ strong%20but%20talent%20gap%20raises%20concern/quantum-technology-monitor.pdf。8 來源：“量子計算的崛起”，麥肯錫，2021 年 12 月

9、14 日，https:/ 2018 PQR 來源：波士頓咨詢公司 到 2020 年，超過 90%的私人投資流向硬件開發商，但軟件和算法初創企業的增長速度卻超過硬件初創企業。這是由于硬件開發需要大量投資，但多數人相信應用程序能夠創造巨大價值。投資股權%百萬美元*已完成交易 硬件 軟件 風險資本交易 2018 年后進行的股權投資（13 億美元）2021 年股權投資金額預估將創新高（百萬）2018 年以來，硬件領域投資占比 *4+?AB89CS 來源：麥肯錫咨詢公司 *5+T89UVW9XYVZ,=企業從私人投資轉向 IPO、兼并收購以及新初創企業。投資股權%百萬美元*已完成交易 硬件 軟件 風險資

10、本交易 2010 至 2019 年間，軟件投資金額（百萬）2020 至 2021 年間，軟件投資金額（百萬）企業數量 供應商 并非僅限于量子計算機硬件供應商；38 家專注于質量控制的組件供應商同樣計入企業總數 初創企業投資占比 量子計算產業 總額 計算機制造 硬件制造 系統軟件 應用軟件 服務 多家量子計算公司通過特殊目的收購公司（SPAC）完成首次公開募股（IPO）。_ 1+2345 SPAC a 公司公司 交易所交易所 SPAC 宣布日期宣布日期 進款進款 IonQ 紐約證券交易所 SPAC dMY Technology Group,Inc III 2021 年 3月 8 日 6.36 億

11、美元 Rigetti9 NASDAQ SPAC Supernova Partners Acquisition Company II 2021年10 月 6 日 2.6175 億美元 Arqit10 NASDAQ Centricus Acquisition Corp.2021 年 5月 12 日 7000 萬美元 D-Wave11 紐約證券交易所 DPCM Capital 2022 年 2月 8 日 900 萬美元（償還后）IonQ 是第一家公開上市的量子計算專營公司12，緊隨其后，Rigetti、Arqit 和 D-Wave 也相繼完成 IPO。合并收購也同樣在歐洲上演，2021 年，德國 R

12、ohde&Schwarz 技術公司收購瑞士 Zurich Instruments 公司13；2022年 1 月，荷蘭 Qu&Co 公司與法國 Pasqal 公司合并14；幾個月后，丹麥 QDevil 公司并入以色列 Quantum Machines 公司15。9 來源：“Rigetti 宣布進行 SPAC 交易”，Rigetti Computing，2021 年 10 月 6 日，https:/ 來源：Manfredi Lefebvre，“Centricus Acquisition Corp.將與量子加密技術領域領導者 Arqit Limited 合并”，美通社，2021 年 5 月 12 日

13、，https:/ 來源：Mehnaz Yasmin 等人，“量子計算公司 D-Wave 將通過 16 億美元的 SPAC 交易上市”，路透社，2022 年 2 月 8 日，https:/ 來源：“IonQ 成為第一家上市的專營量子計算公司；完成與 dMY Technology Group III 的業務合并”，IonQ，2021 年 10 月 1 日，https:/ 來源：Zurich Instruments 公司，Zurich Instruments 并入 Rohde&Schwarz 公司（新聞稿），2021 年 7月 5 日，https:/ 來源：Pasqal 公司，量子初創企業 Pasq

14、al 和 Qu&Co 公司宣布合并，以此實現全球市場互補解決方案（新聞稿），2022 年 1 月 11 日，https:/pasqal.io/2022/01/11/quantum-startups-pasqal-and-quco-announce-merger-to-leverage-complementary-solutions-for-global-market/。15 來源：Frederic Lardinois，“Quantum Machines 收購 QDevil，構建全棧量子編排平臺”，TechCrunch，4(4(./01-56789:;./01-56789:;量子計算作為一種補充

15、技術，有助于推動材料科學、生物學和復雜系統轉型，并對安全、區塊鏈和人工智能領域產生重大影響。（一一）新的計算可能新的計算可能 普遍認為，擁有更快計算速度的量子計算機將取代傳統計算機，但事實并非如此，由于兩者各有優勢，將實現共存。欄目欄目1：傳統傳統計算機計算機將繼續執將繼續執行大行大部部分功能分功能 傳統計算機將與量子計算機共存，負責支持混合數據中心的量子計算處理工作流，例如運行量子線路，并繼續處理量子計算機不適合完成的日常任務，例如復制數據，或量子計算機不能提供任何有改進意義的任務，例如瀏覽網站、閱讀電子郵件等。量子計算機有望解決量子模擬、優化、量子線性代數和質因數分解等關鍵數學和物理問題，

16、而解決這些抽象問題將在三個領域創造廣泛價值（見表 2）。_ 2+2345bc=應用領域應用領域 材料科學與生物材料科學與生物學學 復雜系統復雜系統 現有科技與研究現有科技與研究 具體行業具體行業 能源、糧農、制造金融、運輸與物流、大量使用 AI、區塊 2022 年 3 月 30 日，https:/ 或 高 性 能 計 算（HPC）的行業、能源和材料行業、數字通信、國防安全。量子計算量子計算 應用應用 開發、設計新分子和新材料。管理和優化存在大量變量或未知數的復雜系統。對 AI、區塊鏈等現有技術和科研進展產生影響。環境與社會影環境與社會影響響 減少能源消耗；增強碳捕獲；提高材料和工藝效率；開發更

17、強健和環境友好的作物品種；加快發現疾??；實現個性化醫療。減少全球網絡能源消耗和排放；構建循環商業模式。顛覆當前密碼學，建立隱私安全性更強的密碼學；加快基礎科學研究探索與發現。例證例證 培植更加適應自然的谷物，提高糧食產量，避免單一種植。優化集裝箱空箱空間，實現環境效益和經濟效益。加速機器學習算法訓練。潛在量子問題潛在量子問題 量子模擬、優化、量子線性代數和質因數分解。來源：世界經濟論壇全球量子計算未來委員會（二）（二）有有重大影響的關鍵應重大影響的關鍵應用用領域領域 1、材料科學材料科學走走進新發現時進新發現時代代 分子、化學反應、固體中原子核或電子等系統或反應過程都屬于量子力學，而理解這些過

18、程的行為和特性是物理學、化學和生物學的核心挑戰，是制藥、能源、農業和材料科學進步的基礎。由于原子和分子的性質及其相互作用由量子力學決定，量子計算機天然適合建模，可以極大地加速這些領域的發現進程。（1）先進先進材料材料 新的量子計算能力有可能在分子、聚合物和固體等不同精度水平上建立量子力學模型系統。對于化學工業而言，在實驗室合成單個分子之前16，可以確定完成特定任務和達到所需效果的最有效分子設計或結構。對于制造業和建筑業，可以更快地設計出具備所需重量、耐久性和柔韌性的新合金、織物和涂料等。TotalEnergies 和 Quantinuum 公司正在使用量子算法，通過模擬金屬-有機框架的行為來開

19、發部署新型碳捕獲材料。（2）能能源源生產生產存存儲儲 材料科學在能源工業最直接的量子計算應用，在于實現發電和電力存儲能源系統部件及能源過程的建模研究，并且一些用例有望顯著提高能源效率。模擬鈣鈦礦來制造更高效的太陽能電池，其中包括采用量子計算機模仿和學習植物的自然光合作用17。發現能夠加速特定化學反應的高效催化劑，從而降低能源成本，提高碳封存的可行性和效率。模擬氣相過程（熱裂解、熱解、燃燒），在各種過程和產品中提高能源生產和使用效率。16 來源：Florian Budde 與 Daniel Volz，“下一大事件量子計算對化學品的潛在影響”，麥肯錫咨詢公司，2019 年 7 月 12 日，htt

20、ps:/ 來源：Amit Katwala，“量子計算機已經破解了自然界奧秘”，Wired，2021 年 6 月 17 日，https:/www.wired.co.uk/article/quantum-computing。梅賽德斯-奔馳和 PsiQuantum 最近分享的研究成果表明，電動汽車電池設計中使用量子計算，運行速度可以提高一個數量級18。（3）糧食糧食生產生產 根據材料科學邏輯，一切事物都具備分子結構，因此量子計算可以成為加速現有糧食生產過程，解決以往難解（化學）問題的必要工具。提高化肥（氨）生產（占全球二氧化碳排放量的 1%-2%）的能源效率19。量子模擬和優化工具可用于設計作物特需

21、型保護化學品，顯著減少碳足跡以及對植物生長的副作用。蘇黎世聯邦理工學院和微軟的理論概念驗證已經探討了量子計算機在模擬固氮過程中的適用性。（4）醫療健康醫療健康 量子計算有助于我們更好地了解和照顧自己的身體。更有效的藥物設計將大大減少評估比較新化合物及其“體外”特性的計算障礙。大大縮短基因組測序時間，為下一步藥物設計、個性化醫療鋪平道路，解決特定患者生物標記問題，在理論上能提高治療效率。Biogen、Boehringer Ingelheim、Roche、Pfizer、Merck 和Janssen 等領先制藥公司已經開始和量子計算公司建立合作 18 來源：Isaac H.Kim、Ye-Hua Li

22、u、Sam Pallister、William Pol、Sam Roberts 及 Eunseok Lee，“評估量子化學模擬的容錯資源：以鋰離子電池電解質分子為例”，Physical Review Research，2022 年 4 月 7 日，https:/journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.4.023019。19 來源：麻省理工學院，“化肥與氣候變化”，https:/climate.mit.edu/explainers/fertilizer-and-climate-change?；锇殛P系，研究量子計算及

23、其相關應用。2、復雜、復雜系統系統建建模模優優化化實時決實時決策策 量子計算機天然適合于處理包含固有結構20和多重變量數據的復雜系統。隨著眾多行業部門在計劃和操作中愈加依賴數據，量子計算機將有助于各行業優化機器學習過程，發現新思路，從而制定更加有效和精確的決策。（1）金）金融融、投資和、投資和保險保險產產品品 上述概念最直接的應用在于金融行業，銀行、信用合作社和貿易公司在決策時都需要處理大量數據。通過分析處理數十億甚至數萬億的金融交易及其地點、時間、商家歷史、支付習慣等相應數據，銀行可以識別異?；顒硬擞洕撛谄墼p行為。通過提高評分模型的速度和復雜性，增加社交媒體或其它多樣化信用指標，豐富信用評

24、分體系，進而提升貸款盈利能力，覆蓋沒有銀行賬戶的客戶。優化證券和衍生品估值，在風險定價中融入接近實時的多種市場因素，最終應用到投資組合風險評估、分析和優化。（2）運運輸輸、物流物流和供應鏈和供應鏈 根據實時道路狀況和需求，調整優化公共交通路線。優化國際運輸和配送路線，強化預期和服務中斷管理。管理和協調涉及數千業務伙伴的全球供應鏈，降低影響交付的國家 20 來源：Liu Yunchao、Srinivasan Arunachalam 和 Kristan Temme，“監督的機器學習中嚴密而穩健的量子加速”，自然物理第 17 卷 1013-1017 號刊，2021 年 7 月 12 日，https:

25、/doi.org/10.1038/s41567-021-01287-z。和宏觀風險因素。德國聯邦鐵路公司已經開始探索將量子計算機用于定期列車調度，以及在降低成本的同時，增加鐵路系統容量和頻次21。（3）新產新產品品設設計計 量子計算機可以通過模擬材料或先進系統，以及通過比較選項來優化產品組件，完成多變量的復雜設計任務。在航空航天領域，為了完美協調最終產品功能，需要在材料、結構、重量分布、靈活性和成本等多方面進行大量工程設計，新型號開發往往需要幾年到幾十年時間，而量子計算有望大大提速這一過程，并徹底改進裝備質量。這一邏輯也適用于制造業領域，量子技術可以改進最終產品性能，整體提高新產品質量、加快開

26、發速度和縮短上市時間。2019 年，空客發起量子計算挑戰賽22，世界各地的競賽團隊使用量子計算方法，解決新型飛機開發的五項關鍵設計問題。獲獎團隊的開發算法證明量子計算可以優化飛機的有效載荷能力，從而實現效益最大化、優化燃燒率和降低整體運營成本23。21 來源：劍橋量子公司，劍橋量子公司與德國鐵路公司達成合作伙伴關系（新聞稿），2021 年 11 月 11日，https:/ 來 源：“空 客 量 子 計 算 挑 戰 賽-引 領 飛 行 物 理 學 走 入 量 子 時 代”，空 客 公 司，https:/ 來源：空客公司，空客量子計算挑戰將推進可持續飛行（新聞稿），2020 年 12 月 10 日

27、，https:/ 一方面，量子計算有望優化機器學習算法，并為物理、化學、生物學和先進材料等基礎科學提供新發展機遇；另一方面，量子計算有可能對數字通信安全，乃至國家安全產生顛覆性影響。（1）網）網絡絡安安全全 現代數字系統、產品服務依靠特定數學問題加密來保障數據采集、存儲和交換安全。傳統計算機無法解開這些加密問題，但量子計算可在幾分鐘或幾天內迅速解決24，使得密碼破解成為可能。例如，如果在通用可擴展量子計算機（目前尚未出現）上使用肖爾算法（1994 年開發的一種量子算法），可以破解目前所有數字通信密碼，危及現有的公鑰加密算法。量子計算還將在數字加密領域帶來諸多風險，比如數據泄露，特別是敏感的健康

28、或財務數據；解密私人和商業數字通信，包括電網等關鍵基礎設施；破壞數字文件完整性；以及破解區塊鏈和加密貨幣等。值得慶幸的是，部分企業已經掌握可行方法，開始準備或已全面過渡到能抵御量子計算機攻擊的安全基礎設施上。首先，采用后量子密碼學量子計算機無法破解的新加密算法。其次，使用量子隨機數發生器（QRNG）來保護通信安全，放棄當前技術生成的偽隨機數。最后，采用量子密鑰分 24 來源：Craig Gidney 和 Martin Ekera，“如何利用 2000 萬量子比特在 8 小時內分解 2048 位 RSA 整數”，Quantum第 5 卷第 433 頁，2021 年 4 月 15 日，https:

29、/doi.org/10.22331/q-2021-04-15-433。配技術（QKD），利用量子通信來交換加密密鑰。（2）人人工智工智能能 量子計算的一項主要應用場景是更高效地解決機器學習算法問題，改進人工智能應用，例如量子輔助模型生成的數據可提高天氣預報準確性25。通過加速機器學習訓練進程，構建超強計算性能的突破性模型，量子計算有機會促成人工智能民主化的整體轉變。在理論上，量子計算無需訪問超大規模數據中心，就能夠以短時間和小成本訓練復雜模型，從而為小企業創造發展機會。通過提高訓練速度，企業可以過渡升級到處理實時數據流，并不斷改進人工智能應用程序，開創新的用例和業務模式。（3）國國防防安安全全

30、 量子計算機可應用于各類國防領域，包括開發軍事裝備和武器材料，訪問敵方安全通信線路和開展模擬戰斗，但關鍵用例仍然是破解 RSA 加密。2022 年 5 月 4 日，美國總統辦公室發布備忘錄，要求存有漏洞的國家系統過渡到能夠抵御量子計算威脅的加密模式，標志著美國成為首個在國家層面針對潛在量子計算威脅，采取安全行動的國家。認識到量子技術潛力后，北約啟動全球首支 10 億美元級的多國新興技術創新基金26，投資量子計算等兩用技術開 25 來源：Graham R.Enos 等人，“采用混合量子經典機器學習的綜合氣象雷達”，arXiv 網站，2021 年 11 月30 日，http:/arxiv.org/

31、abs/2111.15605。26 來源：北大西洋公約組織，北約成立創新基金（新聞稿），2022 年 6 月 30 日，https:/www.nato.int/cps/en/natohq/news_197494.htm。發的早期企業。中國人民解放軍通過軍事科學院27和合作學術機構資助量子研究。（4）技術技術突突破破 量子計算模擬優化和機器學習有助于促進對原子核、粒子、高分子物理、流體和天體物理學、等離子體科學、化學、材料和生物學等各科學領域的基本理解，這也是許多科學家研究量子計算機的深層次動機。?A A隨著多項技術途徑同步發展，量子技術實現穩步提升。構建量子計算機的兩種方法超導量子比特和捕獲離

32、子目前已經超越其它方法，達到更加先進的發展水平，多種硬件平臺也將在未來迎頭趕上并發揮作用。1、量子計算機運行的關鍵、量子計算機運行的關鍵部部件件 量子計算依賴于組件的層次結構或“堆?！?，以確保其使用方便性、互操作性、可擴展性和可再現性。雖然量子計算堆棧的所有組件，在影響計算的質量和速度方面均具有重要作用，但最關鍵的組件應當是量子硬件（實際運行量子線路的地方，例如量子比特處理器或 QPU）和將要運行的量子線路（應用于多個量子比特的量子操作序列）。當前的量子機器并不完美，只能運行部分量子算法（以及應用程序）；最有優勢和前途的量子應用（如肖爾算法）將 27 來源：Elsa B.Kania，“中國追求

33、量子優勢戰略和國防創新的新前沿”，戰略研究期刊第 44 卷 6 號922-952 頁，2021 年 12 月 27 日，https:/ 390.2021.1973658。需要更先進的可擴展量子硬件。2、量子計算機發展水平、量子計算機發展水平 目前，處于競相開發狀態的量子計算系統依賴于各種量子物理相互作用來定義量子比特。創建和控制量子比特所需的硬件和條件，根據被控制的量子活動差異而各不相同。雖然方法有所不同，但量子計算系統發展卻具備相同的里程碑基本特征：1、系統必須能夠創建具有良好特性28的量子比特；2、系統必須能夠實現量子比特的初始化、普遍控制和可測量計算；3、系統必須能夠糾正量子比特物理硬件

34、實現過程中的固有錯誤；4、系統必須能夠大規模實現上述所有特征?；谝陨咸卣?，所有硬件平臺可以根據到 2022 年中期實現的里程碑特征進行分類（參見表 3，其中一級為早期階段，三級為最先進技術，高級別系統可以滿足低級別系統的所有需求）。雖然超導量子比特和捕獲離子硬件平臺發展勢頭領先，但其他平臺和方法也將迎頭趕上。從長遠來看，多種硬件方法很可能共存，并基于各自的固有優勢，在新的量子計算生態系統中找到自己的定位。值得注意的是，目前還沒有系統能夠達到第四級別，實現大規模運行。簡而言之，“大規?！笨梢岳斫鉃樵谝淮斡嬎?28 來源：“DiVincenzo的標準”，加州大學戴維斯分校，2022年，https

35、:/qc-at-davis.github.io/QCC/How-Quantum-Computing-Works/DiVincenzos-Criteria/DiVincenzos-Criteria.html。中能夠控制 100 萬個量子比特，理論上就是能夠創建足夠數量的糾錯量子比特，以在現實應用中展示量子優勢。_ d+2345efgNhijkc2345lKimnopC)成熟等級成熟等級 一級一級 二級二級 三級三級 四級四級 里程碑特里程碑特征征 平臺具備相關性（創建量子比特）平臺具備通用門集（控制量子比特）平臺具備量子糾錯和/或誤差抑制功能 平臺具備大規模的 1-3級特征 硬件平臺硬件平臺（非

36、詳（非詳盡）盡）T-cell 優點：芯片集成潛力、可擴展。中性原子 優點：量子比特穩定、錯誤率低、模塊化、量子比特相同。光子模擬器 優點：全連接、可擴展、量子比特抗干擾。自旋系統 優點：芯片集成潛力、運行速度、穩定性。NV 中心 優點：芯片集成潛力、穩定性、模塊化。超級量子比特 優點：運行速度快、可集成、相對容易制造。捕獲離子 優點：全連接、模塊化、量子比特相同。尚無 來源：世界經濟論壇-全球量子計算未來委員會 3、最、最優優量子計算機量子計算機 截至 2022 年，構建具備現實應用能力的量子優勢計算機需要應對三項主要挑戰：規模、質量和速度。（1）規規模模 量子比特的數量可以表征硬件的可擴展性

37、，但不能解釋量子比特和量子操作的質量或速度。根據所考慮的量子比特的不同，數量可能出現大幅波動。一種觀測平臺規模的方法（參見圖 6）是計算通用控制連接量子比特的最大數量。需要再次強調的是，各項指標都有其局限性，不應將其作為評估平臺的獨立指標。*q+2345fgrstu+kcvwKxy23tzK|2)來源：世界經濟論壇全球量子計算未來委員會（2）速度）速度 量子計算機的計算速度是通過在給定時間內運行線路（或算法）數量來衡量的。因此，量子計算機的“每秒計算次數”不能與傳統計算機的類似基準進行比較。在實際計算通用控制的連接量子比特 超導量子比特 光子模擬器 NV中心 捕獲離子 中性原子 自旋系統 中，

38、量子計算機很可能需要運行大量線路來提高精度。*+2345fgtu+K2)來源：世界經濟論壇全球量子計算未來委員會（3）質）質量量 量子計算的質量是通過量子線路運行結果的準確性（即錯誤率）來衡量的。不同復雜程度的量子線路將表現出顯著的誤差特性差異（參見圖 8）。每秒計算數量 超導量子比特 捕獲離子 中性原子 *+2345fg2tu+23tz)來源：世界經濟論壇全球量子計算未來委員會 上述整體測量方法試圖在排除硬件偏差的基礎上，考慮基礎硬件的若干特征，從門和測量誤差、連接性、串擾和其他隨機噪聲等方面，更全面地了解量子計算機的應用。系統性能基準測試的其他方法還包括“應用導向”方法：結合速度和質量，觀

39、察特定算法的執行情況，跟蹤有效量子優勢的進展。4、應、應用用程程序序運行的運行的硬硬件要求件要求 錯誤率（錯誤率越低，量子計算質量越佳）光子模擬器 中性原子 NV 中心 超導量子比特 捕獲離子 自旋系統 根據量子計算硬件要求，目前所有的量子應用可以分為兩種類型：容錯應用（要求硬件級別高于三級）和短期應用（可以在二級和三級硬件上運行）。容錯應用與現有計算方法相比具有相對優勢，但是需要借助具備量子糾錯功能的先進量子計算機才能實現。短期應用可以在現有量子計算機上運行，但尚不清楚這類應用程序是否或何時具備超越傳統計算機運行的應用程序優勢?？傊?，對于非容錯量子計算機能否實現量子優勢，目前尚無定論，但可以

40、肯定的是，目前存在噪聲的量子計算機誤差抑制技術已經可以運行少量應用程序，足以滿足查詢需求。四、解四、解鎖鎖量子技術潛能量子技術潛能 量子計算技術若要應用于實際問題，需要在勞動力供給和發展，政策法規以及標準化等“賦能”領域取得進展。勞勞動力供動力供給給和發展：和發展：學術界、政府、公共和私營企業都需要量子勞動力。除現有勞動力外，還需要對未來勞動力發展與培訓予以重視，包括大學學位、高中課程和其他教育內容，如書籍、演講和在線課程。此外，量子勞動力發展必須建立在產業界、政府和學術界合作的基礎上。政政策策法規：法規：政策有助于規范員工和其他利益相關者的技術開發和應用行為。目前，政策和法規覆蓋范圍涵蓋量子

41、硬件的獲取、技術倫理以及國際合作。鑒于量子技術的戰略重要性，世界各地紛紛采取了政策干預措施，包括出口管制、投資審查和戰略伙伴關系。標標準準化：化：標準化有助于促進量子產業之間各方面的協作和交流，包括量子硬件、工具、軟件以及算法中的標準。技術開發標準能夠提高研究人員和工程師的開發速度和基準測試水平。量子產業術語標準化可以制定通用語言，促進產業內部和外部利益相關者之間的溝通。值得注意的是，標準化制定應當十分謹慎，一旦使用不當，將嚴重阻礙技術發展。五五、結結論論 疫情期間，特別是在過去一年，量子技術開發及其云訪問方面取得較大進展，并推動了企業早期的應用測試。私人投資成為了除公共投資外，發揮決定性作用

42、的因素，標志著量子技術開始從實驗室走向現實世界。促使政府和企業采取行動的因素包括：首先，當量子計算機超越傳統計算機性能時，可能出現供應短缺；其次，量子計算開發者需要商業合作伙伴來引導技術發展；最后，即使量子技術前景不能說服相關組織采取行動，或者量子計算技術對這些組織影響較小，但其仍然會面臨網絡安全問題。政府和企業需要采取的進一步行動包括：開展廣泛的公私合作和競爭前合作，擴大現有勞動力發展和研究計劃規模，并就通用語言和績效標準達成共識，同時結合新的政策和法規，確保符合道德和可靠性要求的技術開發和應用。隨著用戶在量子技術上開展創造合作的規模不斷擴大，人類可以更快地進入創新、增長和繁榮的黃金時代，并

43、有機會通過量子技術實現脫碳來應對氣候變化。譯自：State of Quantum Computing:Building a Quantum Economy,September 2022 by The World Economic Forum 譯文作者：賽迪工業和信息化研究院 楊辰凌 楊磊 聯系方式：17611541661 電子郵件： 編 輯 部：賽迪工業和信息化研究院 通訊地址：北京市海淀區紫竹院路 66 號賽迪大廈 8 層國際合作處 郵政編碼：100048 聯 系 人：黎非凡 聯系電話：（010）88559658 15117933026 傳 真：（010）88558833 網 址：)電子郵件： 報：部領導報：部領導 送：部機關各司局，各地方工業和信息化主管部門，送：部機關各司局，各地方工業和信息化主管部門，相關部門及研究單位，相關行業協會相關部門及研究單位，相關行業協會