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1、版權聲明版權聲明 本報告版權屬于中國信息通信研究院，并受法律保護。本報告版權屬于中國信息通信研究院，并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，應注明應注明“來源：中國信息通信研究院來源：中國信息通信研究院”。違反上述聲明者，。違反上述聲明者，本院將追究其相關法律責任。本院將追究其相關法律責任。中國信息通信研究院技術與標準研究所中國信息通信研究院技術與標準研究所 2022023 3 年年 1212 月月 量子計算發展態勢量子計算發展態勢 研究報告研究報告 （2022023 3 年）年）量子計算發展態勢研究報告量子計算發展態勢

2、研究報告 (20232023 年年)中國信息通信研究院技術與標準研究所 2023年12月 版權聲明版權聲明 本報告本報告版權屬于版權屬于中國信息通信研究院中國信息通信研究院，并受法律保護，并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，本報告文字或者觀點的，應應注明注明“來源：來源：中國信息通信研究院”中國信息通信研究院”。違反上述聲明者，。違反上述聲明者，本本院院將追究其相關法律責任。將追究其相關法律責任。前前 言言 量子計算以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現并行計算，能在某些計算復雜問題上提供指數級加速，是未來計算能力跨越式發展的

3、重要方向。量子計算的發展和應用具有重大戰略意義和科學價值，已成為全球主要國家在前沿科技和未來產業領域的政策布局和投資推動的重點方向之一。當前，量子計算處于理論研究、工程研發、應用探索和產業化培育并行發展的關鍵階段。超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等主要技術路線的基礎科研和工程研發亮點成果不斷涌現，應用場景探索在化學模擬、量化金融、醫療健康、航空交通等領域廣泛開展，科技巨頭和初創企業布局以量子計算云平臺、軟件開源社區、產業聯盟等為重點的產業生態建設發展迅速。量子計算云平臺是推動應用探索和產業化發展的生態匯聚點和支撐驅動力，國內外不同類型量子計算云平臺開放發展競爭激烈，三大服務模式日趨成熟

4、，標準體系建設和基準測評研究逐步成為業界各方的關注熱點。中國信息通信研究院在量子計算發展態勢研究報告（2022年）的基礎上，持續跟蹤分析 2023 年國內外量子計算技術研究、應用場景探索和產業生態培育等方面的進展成果和發展演進趨勢，并進一步聚焦量子計算云平臺，初步提出量子計算云平臺功能框架和標準體系建議，分析總結基準測評的研究與實踐結果，最后結合量子計算領域發展現狀、趨勢和問題提出發展建議，為凝聚業界各方共識合力提供參考。目目 錄錄 一、量子計算已成為前沿科技和未來產業關注熱點.1 二、量子計算科研攻關與軟硬件研發保持高度活躍.2（一）多種硬件技術路線并行發展，亮點成果頻出.2（二）量子計算軟

5、件持續開放探索，功能各有側重.7（三）量子糾錯突破盈虧平衡點，未來需持續攻關.11（四）環境測控系統取得新進展，性能指標待提升.13 三、應用探索多領域廣泛開展，產業生態初步形成.16（一）應用探索成業界熱點，行業領域趨向多元化.16（二）實用化落地尚未突破，硬件性能提升是基礎.19（三）產業聯盟與開源社區成為生態發展重要助力.21（四）歐美量子計算企業活躍，產業生態初具雛形.23 四、量子計算云平臺是構建應用產業生態重要支點.28（一）國內外企業機構加速布局，搶占產業生態位.28（二）量子計算云平臺功能架構可借鑒經典云計算.30（三）量子計算云平臺的服務和業務模式逐步完善.32（四）云平臺成

6、為開展科研與應用探索的重要支撐.34 五、量子計算云平臺標準和基準測評研究持續開展.37（一）國內外積極布局推動量子計算基準測評研究.37（二）構建量子計算云平臺基準測評體系參考模型.39（三）開展測評實踐驗證，驗證平臺硬件實際能力.41（四）量子計算云平臺標準體系建設需進一步推動.46 六、機遇與挑戰并存，多策并舉加快量子計算發展.49 圖圖 目目 錄錄 圖 1 量子計算主要技術路線代表性研究成果.3 圖 2 量子計算主要硬件技術路線關鍵指標對比概況.7 圖 3 量子計算軟件體系架構圖.8 圖 4 2023年 Gartner 量子計算技術成熟度預測.20 圖 5 全球代表性量子信息產業聯盟概

7、況.21 圖 6 國內外量子計算軟件 GitHub開源社區活躍度.22 圖 7 量子計算產業生態與國內外代表性企業概況.25 圖 8 中美量子計算產業基礎能力對比.27 圖 9 國內外代表性量子計算云平臺概況.28 圖 10 量子計算云平臺功能架構參考模型.30 圖 11 量子計算云平臺三大服務模式.32 圖 12 量子計算云平臺脈沖級實驗套件功能.36 圖 13 量子計算云平臺基準測評體系參考模型.40 圖 14 單比特 RB 測試結果.42 圖 15 雙比特 RB 測試結果.42 圖 16 量子體積（QV）測試結果.43 圖 17 DJ 算法測試結果.44 圖 18 QFT 算法測試結果.

8、44 圖 19 哈密頓量模擬算法測試結果.45 圖 20 量子計算云平臺標準體系架構.48 表表 目目 錄錄 表 1 國內外代表性量子計算應用開發軟件.9 表 2 國內外代表性量子計算編譯軟件.9 表 3 國內外代表性量子計算 EDA軟件.11 表 4 代表性量子計算測控系統.15 表 5 量子計算應用場景分析.16 表 6 量子計算云平臺基準測評初步測試結果匯總.41 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）1 一、量子計算已成為前沿科技和未來產業關注熱點 量子計算以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現并行計算，能在某些計算復雜問題上提供指數級加速，是未來計算能力跨越式發展的重要

9、方向，將對傳統技術體系產生沖擊、進行重構，成為引領新一輪科技革命和產業變革方向的顛覆性創新。量子計算的發展和應用具有重大戰略意義和科學價值，已成為全球主要國家在前沿科技和未來產業領域的關注焦點之一。近年來，全球 30 個國家和地區制定發布了以量子計算為重點的量子信息發展戰略或法案，不完全統計投資總額超過 280 億美元。量子計算領域基礎科研和技術創新持續保持活躍，科研論文和專利申請數量近年來屢創新高，初創企業數量和投融資金融也經歷一輪爆發式增長。近一年來，全球科技巨頭、初創企業和研究機構在量子計算領域的關鍵技術攻關、軟硬件工程研發、應用場景探索和產業生態培育等方面取得了諸多重要進展和亮點成果。

10、量子計算云平臺作為集成量子計算軟硬件能力，面向用戶提供服務，支撐算法研究、應用探索和產業培育的生態匯聚點，是展現量子計算技術能力和產業化發展水平的重要視角。近年來，國內外各類量子計算云平臺持續推出，多方開放競爭，功能框架和服務模式不斷豐富和完善，已成為推動量子計算技術產業演進和產學研用合作的關鍵助推器?；诹孔佑嬎阍破脚_開展量子計算軟硬件系統的功能和性能測評驗證，也是業界關注的熱點方向之一，近年來在基準測評指標和測試方法等方面發展演進迅速。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）2 本報告對近一年來量子計算領域基礎科研與工程研發的重要進展進行梳理總結，包括量子計算硬件主要技術路線研究成果，軟件

11、系統研發動態，量子糾錯編碼實驗，環境測控系統進展。對各領域量子計算應用場景探索進展進行分析，分析殺手級應用落地面臨的挑戰，探討量子計算企業、產業生態和開源社區等方面發展動態。對比國內外量子計算云平臺發展情況，提出量子計算云平臺的參考功能架構、主要功能需求和三大服務模式。此外，報告還提出量子計算云平臺基準測評體系框架，開發電路級、系統級和應用級測試用例，對代表性云平臺進行了測試驗證。最后，報告總結量子計算演進趨勢，提出未來發展關注重點。二、量子計算科研攻關與軟硬件研發保持高度活躍（一）（一）多種硬件技術路線并行發展，亮點成果頻出多種硬件技術路線并行發展，亮點成果頻出 量子計算硬件有多種技術路線并

12、行發展，主要可分為兩大類：一是以超導和硅半導體等為代表的人造粒子路線，二是以離子阱、光量子和中性原子為代表的天然粒子路線。人造粒子路線可重用半導體集成電路制造工藝，在比特數量擴展方面具有一定優勢，但在提升邏輯門精度等指標方面受到基礎材料和加工工藝等限制。天然粒子具有長相干時間和高邏輯門精度等優勢，但在比特數量擴展等方面面臨挑戰。近年來，各種主要技術路線均有研究成果不斷涌現，呈現開放競爭態勢，尚無某種技術路線體現出明顯綜合優勢。2023年量子計算硬件主要技術路線的代表性研究成果如圖 1所示。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）3 來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 11月）圖 1

13、量子計算主要技術路線代表性研究成果 超導技術路線基于超導約瑟夫森結構造擴展二能級系統，具有可擴展、易操控和集成電路工藝兼容等優勢，受到眾多科研機構、科技巨頭和初創企業重視，科研進展成果豐富。2023年，QuantWare推出 64 位超導量子比特處理器 Tenor1。中科大擴展超導量子處理器“祖沖之二號”可操縱量子比特至 176 位2。蘇黎世聯邦理工基于超導量子電路完成無漏洞貝爾實驗3。谷歌使用超導量子處理器模擬操控非阿貝爾任意子，并通過非阿貝爾編制實現任意子糾纏態4。中科大聯合團隊實現 51 位超導量子比特簇態制備5。Rigetti 推出 84 位超導量子處理器 Ankaa-16。中科院物理

14、所利用 41 位超導量子芯片“莊子”1 https:/tech.eu/2023/02/23/quantware-debuts-64-qubit/2 https:/ 3 https:/ 4 https:/ 5 https:/ 6 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）4 模擬“侯世達蝴蝶”拓撲物態7。日本富士通和 RIKEN 發布 64 比特超導量子計算機8?？傮w來看，超導量子計算處理器比特規模和保真度等指標逐年穩步提升，在糾纏態制備、拓撲物態模擬等科研實驗方面取得諸多進展，是量子計算領域業界關注度最高的發展方向。離子阱路線利用電荷與磁場間所產生的交互作用力約束帶電離子，通過激

15、光或微波進行相干操控，具有比特天然全同、操控精度高和相干時間長等優點。2023 年，Quantinuum 發布9其全連接量子比特離子阱原型機 Model H2 的單比特和雙比特量子邏輯門保真度達到99.997%和 99.8%，量子體積指標達到 524288，成為業界最新紀錄10。華翊量子發布1137 位離子阱量子計算原型機 HYQ-A37，成為國內代表性成果。需要指出，離子阱路線未來發展需要突破比特規模擴展、高集成度測控和模塊化互聯等技術瓶頸，未來能否在量子計算技術路線競爭中占據優勢仍有待進一步觀察。光量子路線利用可利用光子的偏振、相位等自由度進行量子比特編碼，具有相干時間長、室溫運行和測控相

16、對簡單等優點，可分為邏輯門型光量子計算和專用光量子計算兩類，以玻色采樣和相干伊辛等為代表的專用光量子計算近年來的研發成果較多。2023 年，中科大聯合團隊發布12 255 光子的“九章三號”光量子計算原型機，進一步提升了高斯玻色采樣速度和量子優越性，基于光量子計算原型 7 https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.080401 8 https:/ 9 https:/ 10 https:/ 11 https:/ 12 https:/journals.aps.org/prl/issues/131/15 量子計算發展態勢

17、研究報告（2023 年）5 機完成稠密子圖和 Max-Haf 兩類圖論問題求解13，驗證計算加速潛在優勢。玻色量子發布14100量子比特相干光量子相干伊辛機“天工量子大腦”，與中國移動合作開展算力調度優化等任務可行性驗證15。硅半導體路線利用量子點中囚禁單電子或空穴構造量子比特，通過電脈沖實現對量子比特的驅動和耦合，具有制造和測控與集成電路工藝兼容等優勢。2023 年，新南威爾士大學實現16新型觸發器（flip-flop）硅量子比特。美國休斯研究中心提出17硅編碼自旋量子比特的通用控制方案。中科大實現18硅基鍺量子點超快調控，自旋翻轉速率超過 1.2 GHz。Intel 發布1912 位硅基自

18、旋量子芯片 Tunnel Falls。浙江大學20在半導體納米結構中創造了一種新型量子比特。硅半導體路線得到 Intel 等傳統半導體制造商支持，由于同位素材料加工和介電層噪聲影響等瓶頸限制，比特數量和操控精度等指標提升緩慢。中性原子路線利用光鑷或光晶格囚禁原子，激光激發原子里德堡態進行邏輯門操作或量子模擬演化，相干時間和操控精度等特性與離子阱路線相似，在規?；瘮U展方面更具優勢，未來有望在量子模擬等方面率先突破應用。2023年，加州理工展示21量子橡皮擦糾錯新方法，使激光照射下的錯誤原子發出熒光實現錯誤定位以便進一步糾錯處理，系統糾纏率提升 10 倍。普林斯頓大學22基于相似擦除 13 htt

19、ps:/physics.aps.org/articles/v16/s64 14 https:/ 15 https:/doi.org/10.1007/s11433-023-2147-3 16 https:/www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add9408 17 https:/ 18 https:/pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c00213 19 https:/ 20 https:/ 21 https:/ 22 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）6 原理將門操作錯誤轉化為擦除錯誤，有效提升邏輯

20、門保真度。哈佛大學23基于里德堡阻塞機制控制方案，在60個銣原子陣列實現99.5%雙比特糾纏門保真度，超過表面碼糾錯閾值。Atom Computing 公司發布241225原子陣列中性原子量子計算原型機，成為首個突破千位量子比特的系統。中性原子路線近年來在比特數目擴展和量子糾錯等方面進展迅速，有望成為技術路線競爭中的后起之秀。量子計算多種技術路線研究成果不斷涌現，如何分析發展趨勢和進行橫向對比是業界關注點。圖 2 展示了五種主流技術路線關鍵指標的代表性成果對比情況，超導路線在量子比特數量、邏輯門保真度等指標方面表現較為均衡；離子阱路線在邏輯門保真度和相干時間方面優勢明顯，但比特數量和門操作速度

21、方面瓶頸也同樣突出；光量子和硅半導體路線目前在比特數量、邏輯門保真度和相干時間等指標方面均未展現出明顯優勢；中性原子近年來在比特數量規模、門保真度和相干時間等指標方面提升迅速。需要指出，當前量子計算各技術路線的性能指標發展水平參差不齊，但距離實現大規?？扇蒎e通用量子計算的目標都還有很大差距。23 https:/ 24 https:/atom- 年）7 來源：中國信息通信研究院 圖 2 量子計算主要硬件技術路線關鍵指標對比概況25（二）量子計算軟件（二）量子計算軟件持續開放探索持續開放探索，功能各有側重功能各有側重 量子計算軟件是連接用戶與硬件的關鍵紐帶，在編譯運行和應用開發等方面需要根據量子計

22、算原理特性進行全新設計，提供面向不同技術路線的底層編譯工具，具備邏輯抽象工程的量子中間表示和指令集，以及支撐不同計算問題的應用軟件。目前量子計算軟件處于開放研發和生態建設早期階段，業界在量子計算應用開發軟件、編譯軟件、EDA軟件等方向開展布局，如圖 3 所示。25各技術路線指標統計是不同團隊和系統報道的最優值，并非在同一系統中同時實現各項最優指標。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）8 來源：中國信息通信研究院 圖 3 量子計算軟件體系架構圖 應用開發軟件為開發者提供創建和操作量子程序的工具集、開發組件以及算法庫，業界代表性應用開發軟件如表 1 所示。2023 年，QC Ware推出量子化

23、學軟件SaaS Promethium26。Quantum Brilliance發布量子計算開發工具 Qristal SDK27，用例包括經典量子混合應用、化學模擬以及自動駕駛等。瑞典查爾姆斯理工大學開發量子計算開源軟件SuperConga28，協助用戶開展量子物理等領域的研究。未來，量子計算應用開發軟件發展需要進一步增加應用場景、計算問題和算法開發的支持能力，以及與不同硬件系統軟硬件協同適配性。26 https:/ https:/ 28 https:/www.chalmers.se/en/current/news/mc2-open-source-software-to-speed-up-qua

24、ntum-research/量子計算發展態勢研究報告（2023 年）9 表 1 國內外代表性量子計算應用開發軟件 類別類別 名稱名稱 領域領域 發布機構發布機構 量子計算應用開發軟件 OpenFermion 化學 Google TensorFlow Quantum 人工智能 PennyLane 機器學習 Xanadu InQuanto 化學 Quantinuum Qristal SDK 化學、經典量子混合應用、自動駕駛 Quantum Brilliance SuperConga 量子物理 Chalmers University of Technology ChemiQ 化學 本源量子 VQNe

25、t 人工智能 HiQ Fermion 化學 華為 Paddle Quantum 人工智能 百度 QuOmics、QuChem、QuDocking、QuSynthesis 化學、生物制藥 圖靈量子 QuFraudDetection、QuPortfolio 金融 來源：中國信息通信研究院 編譯軟件用于明確量子編程邊界并確保程序編譯正確執行，并提供完善且體系化的語法規則用于協調和約束量子操作與經典操作，表 2 梳理了業界代表性量子計算編譯軟件。2023 年，Pasqal 發布中性原子量子計算軟件 Pulser Studio29，使用戶能夠以圖形方式構建量子寄存器并設計脈沖序列。微軟發布 Azure

26、量子開發套件（QDK）預覽版30。Pasqal 推出用于數字模擬量子計算軟件 Qadence31。量子計算編譯軟件未來需要持續提升軟硬件協同編譯、調度和優化能力。表 2 國內外代表性量子計算編譯軟件 類別類別 名稱名稱 特性特性 發布機構發布機構 29 https:/ 30 https:/ 31 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）10 量子計算編譯軟件 Qiskit 具有 Terra、Aqua、Ignis、Aer 等四個功能模塊，可用于編寫、模擬和運行量子程序 IBM Cirq 針對量子電路精確控制、優化數據結構 Google QDK Q#量子編程語言、編譯器、資源估計器

27、等 微軟 Forest 全棧編程和執行環境，Quil、pyQuil 等組件 Rigetti qbsolv 協助開發者為 D-Wave 機器開發程序 D-Wave Strawberry Fields 支持 python 庫原型設計和量子電路優化 Xanadu Pulser Studio 以圖形方式構建量子寄存器并設計脈沖序列 Pasqal Qadence 簡化在相互作用的量子比特系統上構建和執行數字模擬量子程序的過程 Super.tech 根據硬件的脈沖級原生門自動優化量子程序 SuperstaQ ProjectQ 基于 python 編譯并對量子電路編譯優化執行 ETH Zurich Qula

28、cs 基于 Python/C+編譯，可模擬噪聲量子門、參數化量子門等 Kyoto University HiQ Pulse 包含量子最優控制算法和脈沖庫，提供快速優化設計的調控解決方案 華為 QCompute 支持 Python/QASM 混合編譯和量子電路本地運行 百度 TensorCircuit 支持自動微分、即時編譯、向量并行化和 GPU 加速 騰訊 QPanda 支持 Python、QASM、OriginIR、Quil等語言，可用于構建、運行和優化量子算法 本源量子 isQ-Core 支持經典量子混合編程，提供量子電路分解、優化和映射等功能 中國科學院 QuTrunk 具有 QCirc

29、uit、Qubit、Qureg等模塊，支持代碼的抽象封裝和操作執行 啟科量子 SpinQit 支持 Python/OpenQASM 2.0 編譯以及經典量子混合編程，兼容 Qiskit 語法 量旋科技 來源：中國信息通信研究院 芯片設計 EDA 軟件主要用于實現量子芯片的自動化設計、參數標定與優化、封裝設計等功能，表 3 梳理了業界代表性的 EDA 軟件。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）11 2023 年，亞馬遜推出開源軟件平臺 Palace32，可執行復雜電磁模型的3D模擬并支持量子計算硬件設計。量旋科技發布超導芯片EDA軟件天乙33。未來，量子計算芯片 EDA 軟件需要在芯片性能驗

30、證、設計自主程度、設計效率等方面持續研究和完善。表 3 國內外代表性量子計算 EDA軟件 類別類別 名稱名稱 特性特性 發布機構發布機構 量子計算 EDA軟件 Qiskit Metal 用于超導量子處理器，構建芯片設計圖，產生定制組件 IBM KQCircuits 用于超導量子處理器，可用于生成芯片設計，并在制造器件之前檢查信號路由 IQM FeynmanPAQS 光量子芯片設計輔助系統與光學模擬系統 圖靈量子 本源坤元 支持超導和半導體量子芯片版圖自動化設計 本源量子 天乙 用于超導量子處理器，通過參數化生成量子器件，可自動布線算法 量旋科技 來源：中國信息通信研究院 總體而言，量子計算軟件

31、目前處于開放式探索階段，不同軟件功能各有側重，但由于硬件技術路線未收斂、應用探索尚未落地使用等原因，軟件技術水平基本處于研究工具級，與經典軟件成熟度相距尚遠。量子編程語言和框架、量子編譯器和優化器、量子誤差校正模塊等關鍵功能特性仍需要持續研發，構建完善的軟硬件技術棧和應用生態還有待業界進一步協同推動。（三）量子糾錯突破盈虧平衡點，未來需持續攻關（三）量子糾錯突破盈虧平衡點，未來需持續攻關 量子糾錯可保護量子態免受噪聲或退相干影響，是可容錯量子信息處理中必不可少的環節。由于量子態的不可克隆、相干性以及 32 https:/ https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）12 差錯連續性

32、等特性，導致量子糾錯與經典糾錯存在本質差異。量子糾錯概念提出34以來，已有多類不同原理和構造的量子糾錯編碼方案，其中表面碼是當前研究和實驗驗證的熱點，其優勢在于高容錯閾值，僅需近鄰比特間作用，在超導等技術路線中易實現等。量子糾錯需要執行狀態編碼、輔助比特制備、錯誤探測和糾正等多種操作，每個步驟都可能引入額外的錯誤。為了避免量子糾錯陷入“越糾越錯”的窘境，需要在各環節均完成高精度的操控。假設在糾錯精度高于某個閾值時可以很好地完成量子糾錯，即可通過多重級聯編碼等方式使錯誤率大幅度降低，從而實現高精度邏輯量子比特。因此突破量子糾錯編碼的盈虧平衡點，實現糾錯編碼規模與相干時間、錯誤率等性能指標的正增益

33、，具有重要意義。2023 年，谷歌首次突破量子計算糾錯編碼規模與收益的平衡點35，在糾錯編碼規模增長的同時降低錯誤率，驗證了量子糾錯方案的可行性。南方科大以離散變量編碼邏輯量子位突破量子糾錯平衡點36，超過盈虧平衡點約 16%。耶魯大學利用實時量子糾錯方案實現盈虧平衡點超越37，利用實時糾錯實現穩定的邏輯量子比特。芝加哥大學報通過觀察量子比特持續監測量子系統外部噪聲38，并實時調制數據量子比特以最小化誤差。IBM 報道39在 127 位 Eagle 量子處理器上基于誤差緩解技術和量子伊辛模型，在無需量子糾錯條件下實現對磁性材料簡化系 34 https:/doi.org/10.1103/Phys

34、RevA.54.1098 35 https:/ 36 https:/ 37 https:/ 38 https:/www.science.org/doi/10.1126/science.ade5337 39 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）13 統模型的自旋動態和磁化特性的模擬，并驗證其準確性。量子糾錯跨過盈虧平衡點，是實現通用量子計算的重要里程碑之一。但當前量子邏輯門保真度水平距離可容錯實用化要求仍有約十個數量級的巨大差距，基于量子糾錯實現邏輯量子比特仍是需要長期研究攻關的目標。量子糾錯未來發展的主要方向包括：提升邏輯量子比特的可操控性，優化利用高維度量子資源實現邏輯量

35、子比特的糾錯編碼方案；實現對特定噪聲免疫的量子態調控方案，研究分布式量子糾錯架構；在考慮計算資源的同時探究切合實際的糾錯性能評價指標，實現帶量子糾錯的量子計算優越性等。在突破量子糾錯盈虧平衡點后，業界將持續研究量子糾錯理論與實驗驗證，未來數年將有更多量子糾錯研究重要進展和成果出現。（四）（四）環境測控系統取得新進展，性能指標待提升環境測控系統取得新進展，性能指標待提升 量子計算中的疊加和糾纏等狀態極易受到外界影響而退相干，需要極低溫、高真空等環境系統支持，同時對大規模量子比特的微波或光學調控與測量，也需要高精度和高集成度的測控系統支持。環境與測控系統是各種技術路線的量子計算原型機必不可少的使能

36、組件，也是當前提升樣機工程化水平面臨的重要技術瓶頸。稀釋制冷機可為超導、硅半導體等路線的量子計算處理器運行提供 mK 級別的極低溫環境，利用氦-3 和氦-4 混合液的濃縮相和稀釋相分離和循環轉換產生制冷效應，具有可連續工作、操作簡單、無振動與電磁干擾、性能穩定等優勢。稀釋制冷機的技術難點主要在于脈沖管和冷頭等預制冷設備研制、制冷量提升、低溫設備焊接量子計算發展態勢研究報告（2023 年）14 和檢漏工藝等方面。稀釋制冷機是量子計算系統的重要裝備之一，提升國產化自給能力對于保障科學研究和應用產業發展意義重大。近期國內相關單位持續研發攻關并取得重要進展。2022 年下旬，IBM 發布40“黃金眼”

37、超大稀釋制冷機。2023 年，中船重工鵬力發布41稀釋制冷機產品，中科院物理所研制的無液氦稀釋制冷機樣機42，本源量子發布稀釋制冷機產品43。未來，稀釋制冷機將向更高制冷量、更大樣品空間和集成化系統等方面發展。超高真空腔是離子阱和中性原子量子計算必需環境，用于避免真空腔內氣體分子與離子或原子的碰撞導致囚禁脫離，保證束縛時間和操控精度。超高真空腔技術挑戰在于高性能吸氣劑泵等關鍵組件的研制、提升氣體抽速以及腔內真空度等方面。2022 年底，啟科量子發布離子阱低溫真空系統44，將低溫、真空、電氣、光學四大核心要素進行有機整合，為樣機系統研制提供環境保障。未來真空腔需要持續提升真空度指標和集成化水平。

38、量子計算測控系統主要用于操控和測量量子比特，根據技術路線的需求區分大致可分為兩類：一是離子阱、中性原子和光量子等技術路線所需的光學測控系統；二是超導、硅半導體等技術路線使用的微波測控系統。主要挑戰在于提升同時被測控量子比特的數量、減小測控信息反饋延遲、提升系統內多模塊同步性、減小噪聲干擾等方面。當前業界代表性量子計算測控系統如表 4 所示。2023 年，40 https:/ 41 http:/ 42 http:/ 43 https:/ 44 http:/ 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）15 蘇黎世儀器發布量子計算控制系統 QCCS，啟科量子發布離子阱環境控制系統，玻色量子推出光量子測

39、控一體機量樞，量旋科技發布超導量子測控系統織女星 Vega。未來量子計算測控系統需要提升測控芯片集成度、進行測控系統機箱內擴展、機箱間擴展以及提升系統的通道密度等。表 4 代表性量子計算測控系統 類別類別 名稱名稱 發布機構發布機構 技術路線技術路線 量子計算測控系統 量子計算控制系統（QCCS）Zurich Instruments 超導 量子測控一體機 SHFQC 量子控制系統 QCS Keysight 超導 Cluster Qblox 超導 量子計算測控系統 QCS1000 中微達信 超導 本源天機 3.0 本源量子 超導 ez-Q Engine 國盾量子 超導 啟科量子 離子阱 量樞 玻

40、色量子 光量子 織女星 Vega 量旋科技 超導 來源：中國信息通信研究院根據公開信息整理 需要指出，當前量子計算環境與測控系統研發也面臨一些挑戰。一是由于硬件技術路線并行發展導致環境系統、測控裝備、關鍵組件等需求過于分散和碎片化，上游供應商難以聚焦某條技術路線開展集中攻關，制約工程化水平提升。二是未來量子比特規模提升對環境測控系統技術要求提出更嚴苛要求，例如稀釋制冷機需支持數千乃至更大規模比特量級的布線和制冷，真空腔系統實現極高真空環境仍有存在工程挑戰，測控系統進一步提高集成度?？傮w而言，量子計算環境與測控系統發展仍處于工程化研發和性能提升的攻關階段，未來仍需進一步加強核心組件和系統集成等方

41、面研發投入。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）16 三、應用探索多領域廣泛開展，產業生態初步形成（一）（一）應用探索成業界熱點，行業領域趨向多元化應用探索成業界熱點，行業領域趨向多元化 近年來，基于中等規模含噪量子處理器（NISQ）和專用量子計算機的應用案例探索在國內外廣泛開展，代表性應用領域和典型場景如表 5 所示，涵蓋了化學、金融、人工智能、交運航空、氣象等眾多行業領域，產業規模估值達到千億美元級別。量子計算公司普遍期待未來數年，在NISQ系統中完成具有社會經濟價值的計算問題加速求解，實現殺手級應用突破。表 5 量子計算應用場景分析 行業行業 領域領域 關鍵環節關鍵環節 問題原型問題

42、原型 應用時間（應用時間（+代表影響力）代表影響力）產業估值產業估值(億美元億美元)35年年 510 年年 10 年以年以上上 保守估值保守估值 樂觀估值樂觀估值 金融 金融服務 組合優化 人工智能+3940 7000 能源與材料 傳統能源 量子模擬 組合優化 人工智能+100 200 可持續能源+100 300 化工+1230 3240 生命 科學 制藥 量子模擬 組合優化 人工智能+740 1830 先進 工業 汽車 人工智能 量子模擬 組合優化+290 630 航空航天與國防 因式分解 量子模擬 組合優化+300 700 電子產品 因式分解 量子模擬 組合優化+100 200 半導體+1

43、00 200 電信 傳媒 電信 量子模擬 組合優化+100 200 傳媒 100 200 出行、運輸和物流 物流 組合優化 量子模擬 人工智能 因式分解+500 1000 來源：麥肯錫量子技術監測、波士頓量子計算為商業化做好準備等 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）17 化學領域量子計算應用探索主要通過模擬化學反應，達到提高效率、降低資源消耗等目的。2023 年，德國尤利希中心利用量子計算提升尋找蛋白質最低能量結構的成功率45。牛津大學實現基于網格的量子計算化學模擬46，探索基態準備、能量估計到散射和電離動力學等方面能力。QC Ware 展示量子計算幫助檢測糖尿病視網膜病變47。IBM

44、和克利夫蘭診所建立量子計算應用聯合研究中心，加速生物醫學方面研究48。美國艾姆斯研究中心報道了量子計算在材料模擬應用中的自適應算法，減少計算資源的同時提升模擬稀土材料準確性49。金融領域量子計算應用有望在優化預測分析、精準定價和資產配置等問題中產生優勢。2023 年，法國 CIB、Pasqal和 Multiverse 聯合發布量子計算金融應用解決方案的驗證結果50，減少金融衍生品估值計算所耗算力資源，提升評估速度與準確性。摩根大通和 QC Ware 使用量子深度學習分析風險模型提升訓練有效性51。匯豐銀行和 Quantinuum 合作探索在欺詐檢測和自然語言處理等方面的量子計算應用優勢52，推

45、出用于金融數學問題建模應用的量子蒙特卡羅積分引擎量子算法工具53。45 https:/www.eurekalert.org/news-releases/977133 46 https:/www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7484 47 https:/ https:/ 49 https:/ https:/ 51 https:/ https:/ 53 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）18 人工智能領域與量子計算結合可能在于機器學習、化學分析、神經網絡等領域產生應用。2023 年，Zapata 聯合研究表明混合量子人工智能有望生成更理

46、想特性的藥物小分子54。慕尼黑大學使用量子神經網絡訓練小型含噪數據集為化學制藥提供解決方案55。清華大學演示反向傳播算法訓練六層深度量子神經網絡56，提升平均保真度達94.8%。Rigetti 聯合 ADIA 實驗室開發概率分布分類的量子機器學習解決方案57，探索量化金融領域中的投資策略制定新方法。交通物流領域量子計算應用主要聚焦組合優化問題，以更優方案實現路線規劃和物流裝配，提升效率降低成本。2023 年，Terra Quantum 和泰雷茲公司使用混合量子計算驗證加強衛星任務規劃過程并改善衛星運行效率58。英偉達、羅爾斯-羅伊斯和 Classiq 將量子計算用于提升噴氣發動機的工作效率59

47、。Amerijet International 和Quantum-South 報道利用量子計算，可以實現飛機貨物裝載效率優化從而提高航班收入60。氣象預測領域量子計算應用主要體現在求解大數量、多維度的氣象數據，協助建模仿真與預測。2023 年，德勤舉辦 2023 年量子氣候挑戰賽61，使用量子計算機模擬從大氣中過濾二氧化碳的材料從而 54 https:/ 55 https:/ https:/ 57 https:/ 58 https:/www.newswire.ca/news-releases/xanadu-and-rolls-royce-to-build-quantum-computing-t

48、ools-with-pennylane-881322368.html 59 https:/ https:/quantum- https:/deloitte.zoom.us/webinar/register/4516727579642/WN_-ga8oLPKQCyGgx97qZ5c2A 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）19 減少全球變暖的影響。美國能源部國家能源技術實驗室使用量子計算研究胺化學反應62，找尋用于碳捕獲的胺化合物。需要注意的是，近年涌現出眾多關于量子計算應用案例報道，基本屬于原理驗證性質的可行性實驗報道，部分應用案例可以取得一定加速優勢，但距離業界期待的指數級加速和算力飛躍

49、仍有較大差距。量子計算在應用實際落地和產生商業價值方面仍面臨挑戰，目前基本處于可行性和實用性探索階段。（二）（二）實用化實用化落地落地尚未突破尚未突破，硬件性能提升是基礎硬件性能提升是基礎 2023 年 7 月，美國 Gartner發布計算技術成熟度曲線如圖 4 所示，數年前量子計算技術向著“過高期望”頂點逐漸靠近，現階段已跨越了“過高期望”頂點，但整體距離“生產力高原”仍需超過十年的時間。NISQ 樣機時代能否實現“殺手級”應用突破，是量子計算行業發展的分水嶺，如果未來數年內一直無法實現應用落地突破，則量子計算技術產業發展恐將面臨“幻滅之谷”的低潮期。62 https:/avs.scitat

50、ion.org/doi/10.1116/5.0137750 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）20 來源：Gartner:Hyper Cycle of Compute（2023年 7 月）圖 4 2023 年 Gartner量子計算技術成熟度預測 量子計算系統是十分脆弱的，易受到外部環境噪聲、系統中粒子間的相互作用等復雜因素的交互影響而引發退相干效應，導致量子態失真，使算法運行結果的保真度和準確性受到影響。目前量子計算應用難以實用落地的主要原因在于樣機的相干操控比特規模、邏輯門保真度和線路深度等關鍵性能指標仍極為有限，量子算法、量子糾錯編碼方案等未完全成熟，難以支撐具有明確加速優勢的算法

51、實施。未來需要提升 NISQ 樣機性能，在解決實際問題時發揮出相較于經典算法的顯著算力優勢，才能體現出量子計算價值。量子計算技術發展演進可大致分為三個階段，階段一是實現量子計算優越性驗證（已完成）；階段二是實現可在若干具有實用價值的計算難題中展現量子計算優越性并帶來社會經濟價值的專用量子計算機（下一步重點攻關目標）；三是大規?？扇蒎e通用量子計算機（遠期目標）。階段二的專用量子計算機“殺手級”應用，以超導量子路線為例，也可大致分為三步：一是實現數百比特規模的相干操控，邏輯門保真度達 99.9%以上時，能夠在運算復雜度和精度要求不高的部分量子組合優化場景中率先實現落地，有望未來3-5年實現；二是實

52、現數千比特規模的相干操控，邏輯門保真度達 99.99%以上時，能夠使用量子模擬在多個行業領域實現落地應用，有望未來 5-10 年實現；三是實現數萬比特規模的相干操控，邏輯門保真度滿足量子糾錯閾值要求時，能夠在密碼分析等計算問題更為復雜的行業領域量子計算發展態勢研究報告（2023 年）21 產生重要影響，預計至少仍需 10年以上。（三）（三）產業產業聯盟與開源社區聯盟與開源社區成為生態發展重要助力成為生態發展重要助力 隨著量子計算技術研發和應用探索不斷推進，產業生態培育成為熱點，業界通過成立產業聯盟，建設開源社區等方式，促進量子計算產業生態系統發展。近年來全球多國相繼成立量子信息領域產業聯盟，成

53、員涵蓋量子企業、研究機構以及行業用戶，持續推動產學研用多方合作。全球代表性量子信息產業聯盟如圖 5所示。來源：中國信息通信研究院根據公開信息整理（截至 2023年 11 月）圖 5 全球代表性量子信息產業聯盟概況 2023 年，加拿大量子工業聯盟（QIC）、美國量子經濟發展聯盟（QED-C）、日本量子技術與應用聯盟（Q-STAR）和歐洲量子產業聯盟（QuIC）簽署了諒解備忘錄，成立國際量子產業協會理事會，旨在加強成員之間在量子技術發展目標、戰略規劃、國際規則制定以及知識產權管理等方面的溝通和協作，并將致力于推動全球供應鏈的可視化。量子信息網絡產業聯盟（QIIA）目前已有 68 家成員單位，自成

54、立以來組織開展技術交流研討，已相繼啟動技術研究、標量子計算發展態勢研究報告（2023 年）22 準預研、測評驗證、應用案例征集等方向的二十余個研究項目，并于 2023 年舉辦了第一屆量子信息技術與應用創新大賽。本源量子計算產業聯盟（OQIA）已有四十余個成員，共同開展研發制造、應用探索和科普教育等方面合作。量子科技產學研創新聯盟由合肥國家實驗室牽頭成立，旨在全面增強量子科技創新策源能力，推動量子產業集聚發展，引導和拓展量子科技在政務、通信、金融等領域應用示范。此外，電子學會、通信學會、計算機學會、信息協會等行業平臺，也成立了量子計算、量子通信等方向委員會，組織開展年度學術交流和產業研討會議論壇

55、等多學科領域的交流與研討。開源軟件社區是高效協作打造軟件生態的重要模式，有助于促進獨立開發者和大型企業積極參與，推動量子計算軟件生態發展。國際科技巨頭依托 GitHub 等開源軟件社區，吸引更多用戶學習和使用量子計算產品，積極構建產業生態圈，拓展用戶培育途徑，在開源社區貢獻度、軟件工具用戶吸引力和生態影響力方面更具優勢。來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 11月）圖 6 國內外量子計算軟件 GitHub開源社區活躍度 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）23 國內外典型量子計算軟件開源項目在 GitHub 網站的活躍度對比情況如圖 6 所示。我國在量子計算軟件項目關注數（Star

56、）、項目分支拷貝數（Fork）、項目問題數（Issue）等方面與國際先進水平存在數量級差距，普遍活躍度較低，生態影響力有限，處于培育期?；钴S度差距主要原因是歐美企業在經典計算領域已建立了較為雄厚的開源軟件先發優勢，用戶和企業在量子軟件操作和使用習慣受到先入為主的慣性引導，多種軟件并發也稀釋了開源社區研發力量?？傮w而言，全球量子計算生態體系處于早期構建階段。國內外業界各方通過成立產業聯盟，構建開源社區，匯集行業伙伴、探索應用場景、促進創新協同已成為重要趨勢。未來我國需要依托產業聯盟與開源社區等平臺，進一步整合業界各方力量，加快量子計算軟硬件協同開發迭代和應用場景探索等產業生態建設工作。（四）（四

57、）歐美量子計算企業活躍，產業生態初具雛形歐美量子計算企業活躍，產業生態初具雛形 近年來全球主要國家量子計算企業數量和投融資經歷了一輪爆發式增長，科技巨頭和初創企業成為促進量子計算產業化發展的重要推動力量，歐美成為量子計算企業聚集度和活躍度最高地區。美國代表性量子計算企業包括 IBM、Google、Intel、微軟、亞馬遜等科技巨頭成立的研發部門，IonQ、Rigetti、QCI、QuEra 等多類型初創企業在硬件、軟件、算法等領域開展創新，通過資本市場不斷獲取資金支持，積極研發量子計算原型機及軟件算法，加速技術水平提升與成果轉化，推動全球量子計算產業發展。歐洲量子計算企業大多為初創企業，如 Q

58、uantinuum、IQM、Pasqal、OQC、Qu&Co、量子計算發展態勢研究報告（2023 年）24 Planqc 等。歐美企業間合作緊密，在技術推進、應用探索和產業培育等方面取得諸多進展。此外，加拿大、澳大利亞、新加坡等國也涌現出一批量子計算企業，典型如 D-Wave（加）、Xanadu（加）、Horizon Quantum Computing（新）、Q-CTRL（澳）等，在硬件系統研發和軟件產品開發等方面表現活躍。我國華為、百度、騰訊等企業近年來相繼成立量子實驗室，在軟硬件研發、算法研究、應用探索、量子計算云平臺等方面積極布局，但相對美國科技企業而言投入推動力度仍較為有限。11 月，

59、阿里達摩院裁撤量子計算研究團隊，也成為業界熱點事件。本源量子、啟科量子、國盾量子、玻色量子、圖靈量子、量旋科技、弧光量子、中科酷源、幺正量子等量子計算初創企業布局推進量子計算技術研究與應用探索，力爭在全球量子計算產業生態中占得一席之地。量子計算產業生態上中下游各環節已初具雛形，如圖 7 所示，目前全球已涌現出百余家量子計算企業，歐美企業聚集度較高，產業生態各環節的參與者逐步增多，產業培育正在穩步推進。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）25 來源：中國信息通信研究院 圖 7量子計算產業生態與國內外代表性企業概況 產業生態上游主要包含環境支撐系統、測控系統、各類關鍵設備組件以及元器件等，是研

60、制量子計算原型機的必要保障。目前由于技術路線未收斂、硬件研制個性化需求多等原因，上游供應鏈存在碎片化問題，逐一突破攻關存在難度，一定程度上限制了上游企業的發展。國內外情況對比而言，上游企業以歐美居多，部分龍頭企業占據較大市場份額，我國部分關鍵設備和元器件對外依賴程度較高。產業生態中游主要涉及量子計算原型機和軟件，其中原型機是產業生態的核心部分，目前超導、離子阱、光量子、硅半導體和中性原子等技術路線發展較快，其中超導路線備受青睞，離子阱、光量子和中性原子路線獲得較多初創企業關注。美國原型機研制與軟件研發占據一定優勢，我國量子計算硬件企業數量有限且技術路線量子計算發展態勢研究報告（2023 年）2

61、6 布局較為單一，集中在超導和離子阱路線，量子計算軟件企業存在數量規模較少、創新成果有限、應用探索推動力弱等問題。產業生態下游主要涵蓋量子計算云平臺以及行業應用，處在早期發展階段。近年來全球已有數十家公司和研究機構推出了不同類型的量子計算云平臺積極爭奪產業生態地位。目前量子計算領域應用探索已在金融、化工、人工智能、醫藥、汽車、能源等領域廣泛開展。國外量子計算云平臺的優勢體現在后端硬件性能、軟硬件協同程度、商業服務模式等方面。大量歐美行業龍頭企業成立量子計算研究團隊，與量子企業聯合開展應用研究，我國下游行業用戶對量子計算重視程度有限，開展應用探索動力仍需提升。產業基礎能力是觀察和分析各國量子計算

62、技術產業發展態勢的重要視角之一，本報告從科研基礎、政府活動、私營企業、技術成果等四個維度構建產業基礎能力分析框架，對比分析中美量子計算領域的產業基礎能力情況，具體結果如圖 8 所示。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）27 來源：中國信息通信研究院 圖 8 中美量子計算產業基礎能力對比 科研基礎方面，我國具有較多的發文機構，但高被引論文數、國際合作機構以及合著出版物數量等相對較少，在高水平科研成果和國際合作仍需加強。政府活動方面，中美研發投入資金量級差距不大，我國量子計算重要研究中心的數量有待增加。私營企業方面，美國企業發展較為活躍，在企業數量、資金分布和供應鏈能力方面全面領先。技術成果方

63、面，我國專利增長率較高，但專利數量、代表性技術成就、產品技術路線圖等方面仍存差距，需要加強樣機軟硬件研發創新性成果輸出和樣機產品發展路線圖規劃。綜合來看，我國在量子計算領域具有一定的科研基礎，但在技術成就、企業發展和產業推動等方面仍有較大提升空間。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）28 四、量子計算云平臺是構建應用產業生態重要支點（一）國內外（一）國內外企業機構企業機構加速布局，搶占加速布局，搶占產業生態位產業生態位 量子計算云平臺將量子計算機硬件、模擬器、軟件編譯和開發工具，與經典云計算軟硬件和通信網絡設備相結合，可為用戶提供直觀和實例化的量子計算接入訪問與應用服務。作為集成量子計算軟

64、硬件能力，面向用戶提供服務，支撐算法研究、應用探索和產業培育的生態匯聚點，量子計算云平臺已成為推動應用探索和產業化發展的生態匯聚點和重要驅動力。近年來，科技巨頭、初創企業與研究機構為搶占應用產業生態核心地位，加大量子計算云平臺建設投入和推廣力度。全球已有數十家公司和研究機構推出了不同類型量子計算云平臺，其中代表性云平臺如圖 9 所示。來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 11月）圖 9 國內外代表性量子計算云平臺概況 美國以 IBM、亞馬遜、谷歌、微軟等為代表的科技巨頭和以Rigetti、Strangeworks 等為代表的初創企業先后推出了各自的量子計算云平臺，對外提供量子計算硬件或

65、量子線路模擬器的接入使用和應用開發等服務。加拿大、歐洲各國也相繼推出各自的量子計算云量子計算發展態勢研究報告（2023 年）29 平臺。我國在量子計算云平臺方面起步晚于歐美，但近年來多家科技公司、初創企業和研究院所陸續推出量子計算云平臺，并在編程語言、編譯框架、應用服務、接入體驗等方面積極推出相關服務，支撐量子計算領域科學研究、科普推廣和應用探索。我國云平臺提供商既包括華為、百度等傳統互聯網科技企業，也包括本源量子、量旋科技、弧光量子等量子計算初創企業，還包括北京量子院、中科院等研究機構。相比國外科技巨頭，國內量子計算云平臺在后端硬件能力，開發運維水平和服務推廣能力等方面還有一定差距。從云平臺

66、后端量子計算硬件路線來看，云平臺后端的量子計算處理器主要可分為邏輯門型和專用型兩類。目前超導路線仍是邏輯門型量子計算處理器的主流方向，此外國內外也上線了部分離子阱、光量子、中性原子、核磁共振等路線的量子處理器。專用型量子計算處理器不具備量子邏輯門操控和量子糾錯編碼等能力，但可用于求解組合優化、量子退火和玻色采樣等專用問題，主要包括量子退火機、玻色采樣機和相干伊辛機等類型。D-Wave 是最早進行量子退火機研發的企業，2018 年推出了基于量子退火機的量子計算云平臺Leap，近年來基于云平臺在運輸物流、生命科學、投資金融等領域開展應用探索。2023年，D-Wave基于量子退火機在“自旋玻璃”問題

67、上證明了量子優越性63。玻色量子于發布 100 比特相干光量子計算機，與中國移動共建“五岳”量子云平臺?？偟膩碚f，國內外諸多研究機構和企業布局推出了量子計算云 63 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）30 平臺產品和服務，依托云平臺加快推動量子計算算法研究、應用探索和產業生態建設已逐漸成為業界共識。（二）（二）量子計算云平臺功能架構可借鑒經典云計算量子計算云平臺功能架構可借鑒經典云計算 量子計算云平臺將量子計算與經典云服務融合，通過云端提供量子計算資源，有望成為服務量子計算用戶的主要形式。根據量子計算云平臺技術特性和發展現狀，本報告研究提出量子計算云平臺的功能架構參考模型

68、，如圖 10 所示，可劃分為基礎設施層、平臺層、服務層，以及云服務所需的運維管理與安全服務等主要部分。來源：中國信息通信研究院 圖 10 量子計算云平臺功能架構參考模型 量子計算云平臺的應用層主要由接入門戶和應用服務等功能模塊組成。接入門戶層提供用戶接口（UI）。用戶可以通過 UI 界面訪問量子云服務，輸入必要的參數和數據，并獲取返回結果。目前，用戶使用量子計算云平臺的方式可分為兩類，一類是本地編譯、通量子計算發展態勢研究報告（2023 年）31 過應用程序編程接口（API）訪問云平臺，另一類是直接在云平臺上進行開發實踐。接入門戶功能又可以細分為服務門戶和管理門戶。應用服務層既可提供擁有圖形用

69、戶接口（GUI）的量子應用，也可提供算法 API 以及軟件開發工具包（SDK）允許用戶根據自身需求或特殊應用場景自行開發量子應用。平臺層主要由平臺服務功能模塊組成。平臺服務功能主要包括圖形化/代碼編程開發、程序編譯、程序調試、任務調度、量子比特校準等功能，同時也提供數據庫、中間件等必要的經典云平臺功能。目前量子計算云平臺提供的編程開發方式主要有兩種，一種是通過IDE、低代碼或無代碼等提供可視化、圖形化、可拖拽等配置方式進行量子線路創建和運行，運行結果展示。另一種是通過編程語言實現量子線路創建和運行，支持運行結果返回和查詢。由于目前量子計算硬件性能尚不穩定，需要定期進行校準，平臺層可提供在線或離

70、線方式的比特校準功能，可通過手動或自動形式完成?；A設施層向云服務用戶提供量子計算基礎資源，云服務用戶在其上部署和運行任意的應用程序?；A設施服務子層可獨立為用戶提供基于量子計算硬件的服務，如硬件調用、租賃等，也可實現平臺層與底層硬件的橋接。資源管理子層為管理員提供資源的新增、統一納管、信息修改、虛擬化/容器化、刪除等全生命周期管理功能。物理資源功能子層是量子計算云平臺的核心，提供量子算力和經典算力，此外還需提供必要的經典物理資源，如服務器、存儲器、網絡設備等。虛擬資源子層將云平臺上分布式的物理資源進行虛擬化量子計算發展態勢研究報告（2023 年）32 或容器化，形成資源池，按需動態分配給用戶

71、，并保證虛擬機或容器之間的隔離。由于量子計算機硬件尚不成熟，分布式和虛擬化等解決方案尚不具備。外圍設施子層為量子計算硬件正常運行提供支撐保障，不同硬件路線對環境保障系統要求有較大差異。運營管理功能主要由用戶管理、服務管理、計費管理、運營管理、報表管理和監測管理等功能模塊組成。安全保障功能主要實現通用安全、主機安全和 Web 安全等功能。其中，用戶認證、授權管理、安全審計、經典服務器防護與加固、網絡安全等功能可以借鑒經典云計算平臺相關能力。（三三）量子計算云平臺的量子計算云平臺的服務服務和業務和業務模式模式逐步完善逐步完善 量子計算云平臺具有網絡連接、資源共享、彈性且按需服務、服務可測量等特點。

72、按照云平臺服務提供資源所在的層次，可分為量子基礎設施即服務（Q-IaaS）、量子平臺即服務（Q-PaaS）和量子軟件即服務（Q-SaaS）三類，如圖 11所示。來源：中國信息通信研究院 圖 11 量子計算云平臺三大服務模式 Q-IaaS量子計算發展態勢研究報告（2023 年）33 Q-IaaS 將量子計算機硬件及配套設施作為服務在量子計算云平臺上提供給用戶。用戶可調用云平臺上的硬件（量子計算機、量子計算模擬器、經典服務器、存儲器等）而無需對其進行維護，實現低成本的開發應用。Q-PaaS 將量子計算相關基礎設施和中間件組成的開發平臺作為服務在云平臺上提供給用戶。用戶可基于量子計算軟件開發平臺開發

73、量子編程框架和量子算法庫，并通過云服務器連接至不同公司量子計算硬件進行計算。Q-SaaS 根據特定行業應用場景和應用需求將打包好的應用服務方案作為服務在量子計算云平臺上提供給用戶。用戶可以直接調用量子算力來解決特定領域的實際計算問題，無需全面掌握量子軟硬件知識和量子算法等編程能力。近年來，亞馬遜、微軟、Strangeworks等歐美量子計算云服務商逐步探索 Q-PaaS 服務模式，提供統一的接入方式和開發平臺，調用多公司的量子計算硬件后端。國內大部分云平臺介于 Q-IaaS 和 Q-PaaS 之間，可提供基本的量子硬件接入和初級的量子線路編輯、運行等功能，部分平臺可提供相對完整的開發環境和算法

74、庫。此外，以 IBM、百度、本源量子為代表的量子計算云提供商建立全棧式量子計算云服務，從上層應用軟件，到中間開發平臺，再到底層硬件后端，用戶可根據自身需求完成量子計算研究與開發。量子計算云平臺后端硬件接入和提供方式也有不同合作模式。一類是云平臺供應商自身具備量子計算硬件研發能力，將自研的量量子計算發展態勢研究報告（2023 年）34 子計算機或基于經典算力的量子線路模擬器置于云端，典型企業包括 IonQ、Xanadu、Rigetti、本源量子等。另一類是云平臺企業憑借其云計算技術與資源，使其云平臺可接入其他公司的硬件或軟件，典型企業包括微軟、亞馬遜、Strangeworks等。此外，部分云平臺

75、在接入自研硬件的同時，也支持其他公司硬件資源的調用，如 IBM 量子計算云平臺除自研超導量子計算芯片，還可調用 AQT、IonQ 等公司硬件資源。國內百度量易伏平臺連接自研的超導量子計算處理器，同時也為中科院物理所的超導量子計算處理器以及中科院精測院的離子阱量子計算處理器提供了云接入服務。量子計算云平臺業務已開始進入商業化探索階段。計費模式包含即用即付型和按操作付費型兩類。即用即付型也稱為計時付費，用戶按照接入云平臺或量子硬件的時長進行計費。按操作付費型是根據基于某一確定后端計算任務的操作次數進行計費的收費模式。某些云平臺也提供部分免費服務，即提供一定的免費次數或時長，或云平臺中部分資源免費，

76、但對高級功能和應用進行收費。當前以IBM、亞馬遜為代表的科技巨頭率先推出量子計算云平臺的付費型服務模式，付費用戶可以獲得更高的接入權限和更好的服務體驗。未來有望形成商業循環，進一步加強量子計算云平臺的技術能力和生態影響力。相比而言，我國量子計算云平臺目前尚未形成商業化運營和服務能力，在未來應用和產業生態競爭中可能落后。（四四）云平臺成為開展科研與應用探索的重要支撐云平臺成為開展科研與應用探索的重要支撐 隨著量子計算技術的不斷發展，基于量子計算云平臺開展算法量子計算發展態勢研究報告（2023 年）35 研究和應用探索已經成為業界熱點。全球多個研究機構和企業積極探索量子計算云平臺的應用并取得初步成

77、果。目前，基于量子計算云平臺的應用探索主要面向基礎科研和行業應用兩個主要方向。量子計算云平臺輔助開展量子信息領域基礎科研的有力工具。量子計算云平臺提供了方便使用的量子計算資源，使得用戶可在其上運行量子算法和量子模擬，有助于深入探究量子現象與性質，更高效地開展量子計算實驗，探索量子計算的應用和潛力，為未來更廣泛地應用量子計算奠定基礎。2023 年，中科院物理所等團隊基于Quafu 量子計算云平臺實現了 10 比特的 Greenberger-Horne-Zeilinger糾纏態64。河北師范大學、中科院物理所等聯合團隊提出一種多測量環境下的廣義狀態依賴熵不確定關系65，并在 Quafu 量子計算云

78、平臺進行了實驗驗證。此外，部分云平臺支持基于量子硬件指令集的實驗工具套件，用于產生、編輯、校準和調度任意脈沖波形的測控信號，可實現量子系統動力學、量子門誤差分析、表征和緩釋、芯片參數標定、門脈沖校準、基準測評等領域的理論和實驗研究，逐漸成為量子硬件研究與開發的輔助工具之一。目前 IBM的 Qiskit、百度的 Quanlse等平臺支持開放脈沖級別的接口。脈沖級實驗套件主要功能模塊如圖 12 所示。用戶通過可視化客戶端、SDK 或云平臺自帶的基準測試、錯誤緩釋等工具生成業務實例，標定、校準工具對業務實例進行轉譯、校準并發送給脈沖發生工具，最終轉化為微波或光學脈沖信號 64 https:/ 65

79、https:/journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.107.052617 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）36 序列作用于量子計算機，或將脈沖模型發送給量子線路模擬器，硬件層再將實驗結果返回給用戶。脈沖級實驗套件是量子計算云平臺一項特色服務，在硬件成熟之前具有重要應用價值。來源：中國信息通信研究院 圖 12 量子計算云平臺脈沖級實驗套件功能 量子計算云平臺在助力量子人工智能、量化金融、生物醫藥等領域應用探索方面也有重要價值。目前國內外眾多量子計算云平臺上均已提供大量的應用軟件和接口，方便用戶使用無代碼或低代碼的方式開展應用探索。在

80、人工智能領域，量子計算云平臺允許用戶進行機器學習、神經網絡等算法的應用探索。IBM Quantum 平臺上提供了量子人工智能、量子機器學習、量子卷積神經網絡的封裝函數和代碼示例，可用于數據分類、手寫識別以及數據回歸等。華為 HiQ 云平臺上則提供了量子神經網絡分類器、自然語言處理等方面的代碼示例。在量化金融領域，量子計算云平臺可提供金融數據分析、投資組合優化等實驗。本源量子云平臺上提供量子期權定價、期權策略收益期望應用、VaR 值應用、投資組合優化等模塊，并與建信金科、量子計算發展態勢研究報告（2023 年）37 中國民生銀行等金融機構開展合作。百度量易伏云平臺中的QFinance 可基于量子

81、蒙特卡洛方法實現期權定價的計算。在生物醫藥領域，量子計算云平臺可提供分子模擬等服務，有望應用于基因組學、蛋白質組學等領域，為生物醫藥領域提供更高效準確的工具。日本 QunaSys 的 Qamuy 平臺提供分子結構優化、分子動力學模擬、吸收/振動光譜計算等服務，并與 JSR、三菱化學等機構聯合開展光化學反應等研究。華為 HiQ 云平臺提供面向量子化學的量子變分求解器。本源量子ChemiQ平臺提供計算分子能量和結構、計算化學反應、模擬勢能曲線、模擬動力學軌跡等功能。五、量子計算云平臺標準和基準測評研究持續開展（一）（一）國內外積極國內外積極布局布局推動推動量子計算量子計算基準基準測評測評研究研究

82、基準測評通過設計科學的測試方法、工具和系統，對測試對象的性能指標進行定量和可對比。這種客觀中立的評價方式已在計算機、人工智能、云計算等領域發揮了重要作用，量子計算基準測評對于表征硬件關鍵性能指標和評價系統能力有重要意義，也是分析量子計算技術產業發展水平的重要參考。國內外研究機構和科技企業紛紛布局開展量子計算基準測評研究。美國能源部啟動量子科學計算開放用戶測試床（QSCOUT）并推出Testbed 1.0，建立了面向離子阱量子計算機的測試床。國防高級研究計劃局宣布推出量子基準（Quantum Benchmarking）項目，研究開發量子計算測評指標用于多維度客觀評估當前硬件研發與未來實用需求的差

83、距。歐洲 12 家機構聯合發起量子計算應用項目，旨在量子計算發展態勢研究報告（2023 年）38 為NISQ應用程序提供一個完整的通用工具集。德國慕尼黑量子谷啟動 Bench QC 項目66，重點研究應用驅動的量子計算性能基準。2023年，中國移動成立量子計算應用與評測實驗室67，旨在研究設計新型量子算法并形成量子算法庫，將為不同技術路線的量子計算機能力與不同量子算法性能提供基準評測。隨著量子計算原型機研制、軟件研發、應用探索和云平臺服務的快速發展，基準測評工作已逐步成為業界各方的關注熱點話題。針對各類量子計算樣機和量子計算云平臺，開展基準測評技術研究與測試驗證，是引導和促進樣機工程化研發和應

84、用推廣的重要推動力量。量子計算云平臺測評是對量子計算技術從硬件層到軟件層再到應用層的全棧式檢驗。首先，通過測評可發現量子計算技術在實際應用中存在的能力差距問題，引導和推動量子計算硬件研發。測試評估結果也為量子計算技術攻關和改進優化提供了重要參考。其次，通過測評可以對云平臺服務能力進行全面檢測，從而獲得其可靠性、可用性和穩定性等性能指標，為云平臺改進和提升服務能力提供有力支持，助力提升用戶對云平臺的信任度，促進用戶推廣和發展。最后，開展測評可促進云平臺標準化發展，通過制定統一的測評標準規范可確保不同平臺間的兼容性和可擴展性，降低用戶使用門檻，提高云平臺易用性，推動行業健康發展。66 https:

85、/www.iks.fraunhofer.de/en/projects/bench-qc-application-driven-benchmarking-of-quantum-computers.html 67 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2023 年）39（二）（二）構建量子計算云平臺基準測評體系參考模型構建量子計算云平臺基準測評體系參考模型 構建量子計算云平臺評價體系和測評基準，需要滿足開放性、易用性、客觀性、可復現性、科學性、系統性和可追溯性等原則，以確保測評結果的準確性和可靠性。開放性是指測試的方法和指標是通用的，并可通過公開方式獲取。用戶還可根據自身需求在源代碼的基礎上進

86、行修改或增強，適用于特定場景的測試評估。易用性是指測試套件對于非量子計算專業人士，無需過多的調試與操作，同時測試結果盡可能直觀，易于理解，例如采用通過率、正確率、評分等指標對量子計算機的性能進行評價?？陀^性是指每一項測評指標和用例具有明確且公認的定義，且測試結果不依賴于測試人員的主觀判斷，或將主觀因素降到最低?？蓮同F性，亦稱為可靠性，即測試結果不隨時間、地點以及人員等因素的變化而變化。重復測試多次，結果誤差在一定范圍內?？茖W性是指測評方法具有理論依據和可操作性，禁得起反復推敲，測試結果具有明確的現實意義。通過對結果的量化分析可定位問題或性能瓶頸。系統性是指測評性能的指標盡可能完備，能夠綜合、全

87、面地評估量子計算機的性能；同時邊界清晰，每個測試例具有明確的測試目的和適用范圍。系統性還包括基準測評方法的可擴展性?？勺匪菪允侵笢y試過程中全程留痕，數據歸檔，方便專業人員從中間數據結果中溯源問題。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）40 來源：中國信息通信研究院 圖 13 量子計算云平臺基準測評體系參考模型 量子計算云平臺基準測評處于開放探索階段，近年來業界提出多種表征指標與測試方法。本報告梳理總結提出了量子計算云平臺的基準測評體系的參考模型如圖 13 所示?？v向維度關注云平臺的硬件、軟件、應用和云平臺等不同層面。越靠近硬件層測評越反映量子計算機技術能力，測評指標有較好通用性，適合硬件開發

88、者使用。越靠近應用層測評越能夠對量子計算機執行特定任務能力進行綜合評估，屏蔽底層硬件細節，適合行業用戶或應用開發者使用。云平臺層面的測評則是根據量子計算云平臺的服務模式從應用服務能力、平臺服務能力、基礎設施服務能力以及提供云服務必需的用戶接入功能、管理運維功能、安全保障功能等維度開展。橫向維度從規模、質量、速度三方面劃分。其中，規模反映了量子計算機的極限能力，規模質量速度電路電路運行時間量子比特通信時間數據傳輸時間隨機基準（RB）鏡像電路線路寬度線路深度算法/應用App-Oriented Benchmark suite混合量子經典計算qBAS基準測試Q-Score云平臺用戶接入能力應用服務能力

89、運營管理能力平臺服務能力基礎設施服務能力系統量子體積（QV）每秒電路層操作數(CLOPS)體積基準（VB）量子比特量子比特數目連通性串擾量子比特壽命T1量子比特相干時間T2邏輯門單/雙量子比特門錯誤狀態制備和測量錯誤門速度測量速度量子邏輯門集重置速度門集層析成像（GST）算法比特（#AQ）SupermarQ安全保障能力開放性易用性客觀性可復現性科學性系統性可追溯性量子計算發展態勢研究報告（2023 年）41 質量反映了執行量子計算任務的準確性和可信度，速度反映了量子計算機單位時間可完成工作量，三者共同支撐量子計算能力評估。（三）（三）開展測評實踐驗證，驗證平臺硬件實際能力開展測評實踐驗證，驗證

90、平臺硬件實際能力 為有效評估量子計算云平臺硬件發展水平，推動引導量子計算云平臺技術、產業、服務良性發展，本報告基于基準測評體系框架開展了量子計算云平臺的測評實踐探索工作，對業界有代表性的量子計算云平臺及其后端硬件開展初步測試驗證。根據當前量子計算硬件發展現狀、測評指標行業認可程度、可操作性等因素，本報告基于云接入的量子計算云平臺硬件測試方法，開展了包括電路級、系統級和應用級等級別的測試實踐，測試均基于統一的 QASM 測試電路集合，滿足開放性、科學性、通用性和可復現性。表 6 展示了在量子計算云平臺 1 和 2 上運行 6 個不同測試例的測評結果。表 6 量子計算云平臺基準測評初步測試結果匯總

91、 測試項測試項 量子計算云平臺量子計算云平臺 1 量子計算云平臺量子計算云平臺 2 超導量子計算機超導量子計算機 1 超導量子計算機超導量子計算機 2 測試結果測試結果 測試結果測試結果 電路電路級級 單比特 RB 0.9948（q1 比特結果）見圖 14(a)0.9884（q0 比特結果）見圖 14(b)雙比特 RB 測試失敗68（q1 比特結果）見圖 15（a）0.9542（q0 比特結果）見圖 15（b）系統系統級級 QV 8(23)見圖 16(a)8(23)見圖 16(b)應用應用級級 DJ 算法 見圖 17（a）見圖 17（b）QFT 算法 見圖 18（a）見圖 18（b）哈密頓量模

92、擬算法 見圖 19（a）見圖 19（b）來源：中國信息通信研究院 68 量子計算云平臺 1 對可運行的線路深度上限進行了限制，導致能測試 Clifford 深度有限，數據過少無法擬合函數。量子計算發展態勢研究報告（2023 年）42 來源：中國信息通信研究院 圖 14 單比特 RB 測試結果 來源：中國信息通信研究院 圖 15 雙比特 RB 測試結果 電路級測試結果如圖 14 和圖 15 所示，單/雙比特門保真度等參數實測值和標稱值約有 0.3%3%的相對偏差，主要是由于目前量子芯片性能不穩定，參數隨時間產生一定的波動。另外云平臺上通常標稱的是整機所有比特平均值或中位值，而同一芯片不同比特之間

93、性能也可能存在一定差異，本報告僅對部分比特進行測試，實測值與標稱值存在微小差異屬于正?，F象。系統級測試的量子體積（QV）結果如圖 16 所示，雖然兩個云平臺標稱的量子比特數目均大于 3 個，但是執行量子體積電路后只能獲得QV=8的結果，相當于僅能運行寬度和深度為3的方形電路。Clifford LengthClifford LengthP(0)P(0)(a)量子計算云平臺1結果（Q1）(b)量子計算云平臺2結果（Q0）(a)量子計算云平臺1結果（Q1）(b)量子計算云平臺2結果（Q0）(a)量子計算云平臺1結果（Q1）Clifford LengthClifford LengthP(00)P(00

94、)量子計算發展態勢研究報告（2023 年）43 可能有兩方面原因：一是由于量子比特本身的保真度不高，當邏輯門序列長度增大時，結果保真度會呈現指數下降的趨勢，當序列長度過大時其結果與理想輸出結果的差異較大，無法滿足重輸出判定規則。二是QV基準對于比特連通性要求較高，運算過程中量子比特無法保證全連接時，可通過添加 SWAP 門等方式連接不相鄰的比特，但增加邏輯門序列長度導致測試結果劣化。由于超導量子計算處理器中的量子比特只能與周邊有限個量子比特連接（比如相鄰的 2 個或 4 個），因此比特連通性會嚴重限制 QV測試最終結果。來源：中國信息通信研究院 圖 16 量子體積（QV）測試結果 應用級測試結

95、果如圖 17至圖 19所示，本報告選擇了幾種典型應用算法作為測試基準，包括演示級算法、子程序級算法和功能級算法。演示級算法是指利用淺深度的量子線路實現簡單功能，僅可解決部分抽象出來的特殊問題，一般不具有實用價值，如 DJ 算法等。子程序級算法是指大型功能性應用程序算法中的子程序或功能模塊，如 QFT 算法等。功能級算法是指具有完成應用功能的復雜算法，如哈密頓量模擬算法等。Shor 算法、Grover 算法等均具有重要應用價值，但對于量子比特數目和保真度要求較高，現有硬件無法滿足，量子計算發展態勢研究報告（2023 年）44 因此本報告中暫不涉及，僅以哈密頓量模擬算法為代表的測試量子計算處理器運

96、行功能級算法的能力。來源：中國信息通信研究院 圖 17 DJ 算法測試結果 演示級 DJ 算法測試結果如圖 17 所示，由于線路深度較淺，運行結果可保持較高保真度，但隨著量子線路寬度和深度的增加，結果保真度略有下降。當線路寬度達到 8 時，保真度小于 70%，由于DJ 算法的執行結果是選取概率最大的量子態，此保真度尚能滿足算法需求。但是當線路寬度進一步增大，線路輸出保真度低于 50%后，則有一定概率輸出錯誤結果。來源：中國信息通信研究院 圖 18 QFT 算法測試結果 子程序級 QFT算法結果如圖 18所示，量子線路更為復雜，因此(b)量子計算云平臺2結果(a)量子計算云平臺1結果(b)量子計

97、算云平臺2結果(a)量子計算云平臺1結果量子計算發展態勢研究報告（2023 年）45 隨著比特數的增加，結果保真度迅速下降，當量子比特數較大時已無法滿足應用的需求。以 Shor算法為例，演示整數 15的分解就需要運行至少 8 比特的逆量子傅里葉變換（IQFT）電路，從測評結果來看此時結果保真度已經低于 10%，無法獲得有價值的結果。隨著待分解整數的增大，需要的量子比特數目和量子線路深度會進一步增加，對量子計算處理器硬件規模和質量提出更高要求。來源：中國信息通信研究院 圖 19 哈密頓量模擬算法測試結果 功能級哈密頓模擬算法測試結果如圖 19 所示，由于哈密頓量模擬算法原理特殊性，量子線路復雜性

98、隨比特數目的增加變化不大，因此結果保真度的下降趨勢相對緩和，這也是哈密頓量模擬算法被視為當前硬件條件下比較有應用前景的算法的原因。但可以看出當量子比特數增加到 8 個時，結果保真度已下降至 40%左右。然而以化學模擬為例，對于真實的多電子體系的計算化學求解問題，其哈密頓量的參數空間為=()()+1/2，計算復雜度約為(2)，其中 m 為基函數數目，n 為電子數目?？梢娙缫鉀Q計算實際化學問題，當前量子計算云平臺提供的硬件在規模和質量上尚難以滿足要求。(b)量子計算云平臺2結果(a)量子計算云平臺1結果量子計算發展態勢研究報告（2023 年）46 此外，測試發現部分量子計算云平臺對可運行的量子線

99、路深度嚴格限制，超過門限深度的線路運行會報錯。一方面，由于當前硬件性能有限，執行過深的量子線路的返回結果保真度很低，從應用角度看意義不大，限制線路深度可保證用戶獲得有效的運行結果。但另一方面，對于研究性質的任務（例如研究量子比特保真度對特定應用算法的影響），用戶希望獲得極限情況下的真實運行結果，人為設定量子線路深度上限將限制用戶使用。根據上述測試結果可以看出，現階段我國量子計算云平臺處于發展起步階段，所提供的量子計算硬件能力較為初級，在執行較為復雜的電路時，輸出結果保真度下降較快，難以滿足算法可靠性的要求。量子計算處理器是量子計算云平臺的核心組件，硬件水平是制約著量子計算云平臺應用推廣的關鍵瓶

100、頸，未來需要持續研發攻關，提升量子計算硬件的關鍵性能指標。（四）（四）量子計算云平臺標準體系建設需進一步推動量子計算云平臺標準體系建設需進一步推動 量子計算技術研究、樣機研制和應用探索正在加速發展，相關技術標準研究和討論在國內外廣泛開展。ISO/IEC、ITU-T、IEEE 等國際性標準組織，以及全國量子計算和測量標準化委員會（TC578）等國內標準化組織，均積極開展量子計算標準化工作布局和標準預研等工作。目前主要關注和研究量子計算相關概念術語和定義，提出量子計算的性能評價的準則和方法等方面。國際標準化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）第一聯合技術委員會（ISO/IEC JTC 1）成立

101、 WG14 量子計算工作組，開展量子量子計算發展態勢研究報告（2023 年）47 計算領域標準研究工作，由我國牽頭提出的信息技術 量子計算 術語和詞匯國際標準提案在 ISO/IEC JTC 1 成功立項，編制量子計算簡介技術報告，并在量子計算服務平臺框架、量子機器學習數據集、量子模擬器等方面提出預研項目。國際電子電氣工程師協會（IEEE）有 10 個工作項目在進行量子計算領域的標準化研究。重點關注澄清概念、定義術語、識別標準化需求并提供性能指標和基準，以及量子計算機和量子模擬器的功能架構、算法開發設計和計算能效測試等方面內容。全國量子計算與測量標準化技術委員會（TC578）于 2023 年 5

102、月發布量子計算領域首個國家標準量子計算 術語和定義，規范量子計算通用基礎、硬件、軟件及應用方面相關術語和定義，為量子計算發展提供指導。近期，進一步推動了量子計算基準測評、云平臺功能框架和性能指標測試方法等相關標準立項和研究工作。01基礎標準術語定義參考功能框架標準集成應用指南02 軟硬件標準虛擬化量子計算處理器經典服務器經典存儲設備經典網絡設備平臺與軟件03 管理與運維標準數據資源管理網絡資源管理量子/經典計算資源管理平臺資源管理終端資源管理資源管理存儲資源管理資源調度資源監控故障管理運維模型運營維護04 服務標準服務采購服務水平協議服務目錄設計與部署數據和服務遷移計量和計費內容和原則交付質量

103、管理治理與審計能力要求運營05安全標準安全管理服務安全安全技術與產品安全基礎量子計算發展態勢研究報告（2023 年）48 來源：中國信息通信研究院 圖 20 量子計算云平臺標準體系架構 量子計算云平臺目前處于發展起步階段，相關標準化研究工作相對空白，量子云服務的多樣性以及量子計算硬件平臺的異構性為不同軟硬件之間以及云平臺之間的互操作帶來了巨大的挑戰。根據量子計算云平臺體系架構和國內外技術產業生態發展現狀，并參考經典云計算的標準體系架構，本報告提出量子計算云平臺標準體系架構的初步建議，如圖 20 所示。其中，基礎標準統一量子計算云平臺及相關概念，為其他各部分的標準制定提供支撐。軟硬件標準是標準體

104、系架構中的核心部分，規范和引導量子計算云平臺中的關鍵軟硬件產品研發，硬件主要包括量子計算處理器、經典服務器、經典存儲器、經典網絡以及提供和使用云服務的終端設備等，軟件主要包括云平臺軟件和應用服務軟件等。為實現軟硬件的一致性和互操作性，需要對軟硬件的性能、功能、接口及測評等方面進行規范。管理運維標準規范量子/經典計算、存儲、網絡等資源管理與使用，主要涉及各類資源的管理、調度、監控，以及故障管理等。服務標準規范量子計算計算云平臺在提供云服務過程中的各個環節，涉及各類云服務和面向量子計算云平臺建設運營的云支撐服務。安全標準是實現量子計算云平臺安全的重要保障，主要涉及接入安全、數據安全、用戶隱私保護、

105、物理機/虛擬機安全、惡意攻擊防范等方面，也是影響量子計算云平臺發展的關鍵因素之一。鑒于量子計算硬件及云平臺尚處于發展初期，建議優先開展量量子計算發展態勢研究報告（2023 年）49 子計算云平臺術語定義、功能框架、軟硬件基準測評指標和方法、軟硬件接口，以及基礎的管理運維和安全類標準研究，服務類的標準可待云平臺服務和商用模式明確后再開展。開展量子計算云平臺標準體系建設，將有助于屏蔽技術差異，實現互聯互通，推動量子計算云平臺技術、產業和應用的健康發展。六、機遇與挑戰并存，多策并舉加快量子計算發展 量子計算對未來數字經濟產業升級，信息社會發展演進等領域將產生重要變革和驅動，成為全球科技競爭關注焦點之

106、一。當前，量子計算優越性已得到驗證，超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等技術體系并行發展，基礎科研與工程實驗成果不斷涌現，各領域應用場景加速探索，產業生態逐步構建。國內外量子計算云平臺加速發展，成為助力基礎科研與應用探索，促進樣機研發和應用推廣的重要推動力量。量子計算已進入技術攻關、工程研發、應用探索和產業培育一體化推進的關鍵階段，未來發展前景可期。也應看到，量子計算仍有諸多技術工程和應用產業問題需突破。硬件研發方面，需要在研制更高性能量子計算原型機的同時，提升量子態制備、邏輯門操作和量子態測量等關鍵技術，開發量子糾錯編碼算法和硬件實現方案。應用探索方面，進一步開發解決實際應用問題的計算

107、模型和量子算法，積極探索重點行業領域的應用場景。產業推進方面，發揮產業聯盟、開源社區等平臺的生態培育作用，加強企業和產業化培育，進一步推動供應鏈和生態建設。量子計算云平臺方面，需要提升后端硬件性能，持續完善云平臺功能和服務量子計算發展態勢研究報告（2023 年）50 模式?；鶞蕼y評方面，需要進一步完善性能指標體系與測評方法，構建量子計算基準測試驗證平臺能力。同時，相比歐美而言，我國量子計算原型機工程化研發水平，供應鏈自主保障能力，企業界研發投入和創新驅動力，頂層規劃設計與發展體制機制，產學研協同合作方式，重點行業領域應用探索和推廣等方面，仍有一定差距，未來發展也面臨不進則退、慢進亦退的風險。未

108、來，加快推動我國量子計算領域發展，需要產學研用各方多措并舉，形成協同創新合力。一是持續穩定支持科研探索與研發攻關，加強頂層規劃設計，掌握和突破量子計算核心技術，加強供應鏈安全保障能力建設，補齊支撐能力短板。二是加快重點行業領域應用探索，促進量子計算企業與行業企業開展合作研發，提升應用轉化能力，建設國家級量子計算云平臺，促進應用探索。三是加強產學研協同合作，依托產業聯盟等平臺加強各方合作，積極開展量子計算系統測試校準、基準測評等驗證工作，助力硬件研發與云平臺服務能力完善，支撐技術產業發展。中國信息通信研究院中國信息通信研究院 技術與標準研究所技術與標準研究所 地址：北京市海淀區花園北路地址：北京市海淀區花園北路 52 號號 郵編：郵編：100191 電話：電話：010-62300383 傳真：傳真：010-62304980 網址：網址：