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1、No.202316中國信息通信研究院2023年12月量子信息技術發展與應用量子信息技術發展與應用研究報告研究報告(20232023 年年)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，應轉載、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，本院。違反上述聲明者，本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 以量子計算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術是量子科技的重要組成部分，也是培育未

2、來產業、構建新質生產力、推動高質量發展的重要方向之一。經過四十余年發展，量子信息領域逐步從基礎研究走向基礎與應用研究并重，開始進入科技攻關、工程研發、應用探索和產業培育一體化推進的發展階段。至 2023 年 10 月，全球29個國家和地區制定和發布了量子信息領域的發展戰略規劃或法案，公開信息不完全統計投資總額超過 280 億美元。加快技術研發攻關，推動創新成果應用，構建供應鏈、人才隊伍和未來產業競爭力，成為全球主要國家在量子信息領域布局規劃的普遍共識。近年來，量子信息三大領域科研與應用探索發展活躍，學術界重要科研進展與產業界樣機產品研發成果亮點紛呈，產業生態培育成為各方關注熱點，技術標準布局和

3、研究取得階段性成果。我國高度重視量子信息領域發展，在政策布局、基礎科研、工程研發、應用探索和生態培育等方面，取得了諸多重要進展。自 2018 年起，中國信息通信研究院每年組織編寫和發布量子信息技術發展與應用研究報告，成為管理部門和業界掌握量子信息國內外發展動態和趨勢的重要參考。本報告對近一年來全球量子信息領域的總體發展態勢、最新研究應用進展、行業熱點趨勢問題等進行分析探討，希望為業界凝聚發展共識合力持續做出貢獻。目目 錄錄 一、量子信息技術總體發展態勢.1(一)量子信息技術是未來產業發展重要方向之一.1(二)全球主要國家量子信息政策布局進一步加強.3(三)量子信息三大領域科研與技術創新持續活躍

4、.6(四)量子信息企業數量和投融資規模的增長放緩.9 二、量子計算領域研究與應用進展.14(一)硬件多技術路線并行發展，創新成果不斷涌現.14(二)量子糾錯突破平衡點，環境測控系統仍有瓶頸.20(三)軟件與云平臺發展迭代迅速，成熟度有待提升.23(四)應用探索廣泛開展，組合優化或有望率先實用.28(五)量子計算產業鏈初具雛形，標準化成布局熱點.32 三、量子通信領域研究與應用進展.35(一)QKD 科研成果亮點紛呈，實驗系統指標獲提升.35(二)QKD 應用持續探索，標準研制取得階段性成果.38(三)量子信息網絡關鍵核心技術研究取得一定進展.42(四)歐美積極推動量子信息網絡組網技術試驗驗證.

5、45(五)PQC 首批算法標準發布，應用推廣仍任重道遠.48 四、量子測量領域研究與應用進展.52(一)基礎研究成果亮點紛呈，量子優勢越發明顯.52(二)量子 PNT 戰略價值突出，成為各國關注熱點.55(三)量子探測成像具備高靈敏度，應用前景廣闊.58(四)能源領域探索量子測量應用，助力雙碳達標.61(五)量子測量產業鏈形成，規?；逃萌杂刑魬?63 五、量子信息技術與應用前景展望.66(一)三大領域研究發展迅速，應用探索進一步拓展.66(二)培育量子信息未來產業需加強政產學研用協同.69 圖圖 目目 錄錄 圖 1 全球量子信息科研論文和專利申請的年度變化趨勢.6 圖 2 量子信息領域科研論

6、文數量前十位國家情況.7 圖 3 量子信息領域主要國家科研國際合作情況.8 圖 4 量子信息領域不同技術方向專利數量對比.8 圖 5 量子信息領域中美專利申請主體情況分析.9 圖 6（a）量子信息全球企業數量及（b）年度增長趨勢.10 圖 7（a）量子信息各領域企業數量及（b）國家分布情況.11 圖 8 量子信息領域企業投融資事件與金額變化趨勢.12 圖 9 量子計算技術體系框架.14 圖 10 量子計算比特數和量子體積指標發展趨勢.19 圖 11 量子計算云平臺功能架構圖.25 圖 12 2023 年 Gartner 量子計算技術成熟度預測.31 圖 13 量子計算產業鏈與國內外代表性企業概

7、況.32 圖 14 2023 年 QKD 系統實驗的代表性成果.37 圖 15 美國 NIST 后量子加密（PQC）算法標準化歷程.49 圖 16 量子測量實驗體現量子優勢的代表性成果.53 圖 17 量子時頻同步研究的代表性進展成果.56 圖 18 量子探測成像應用探索代表性進展成果.60 圖 19 量子測量產業鏈與代表性企業概況.64 表表 目目 錄錄 表 1 全球主要國家量子信息領域戰略規劃與投資概況.4 表 2 全球量子信息初創企業十大融資事件（金額降序）.13 表 3 量子計算主要技術路線關鍵指標現狀.15 表 4 國內外代表性量子計算云平臺發展概況.26 表 5 近年來 QKD 實

8、驗系統傳輸距離提升趨勢.36 表 6 2023 年量子信息網絡科研進展概況（發表時間排序）.43 表 7 近期歐美地區 QIN 項目、測試平臺及組網實驗列表.46 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）1 一、一、量子信息技術總體發展態勢(一一)量子信息技術是未來產業發展重要方向之一量子信息技術是未來產業發展重要方向之一 量子信息技術是量子科技重要組成部分，以量子力學原理為基礎，通過對微觀量子系統中物理狀態的制備、調控和測量，實現信息感知、計算和傳輸。量子信息技術主要包括量子計算、量子通信和量子測量三大領域，在提升計算困難問題運算處理能力、加強信息安全保護能力、提高傳感測量精度等方面，

9、具備超越經典信息技術的潛力。未來，量子信息技術有望在前沿科學、信息通信和數字經濟等諸多領域引發顛覆性技術創新和改變游戲規則的變革性應用。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方向。當前，量子計算存在超導量子線路、離子阱、光量子、超冷原子、硅基量子點、金剛石色心和拓撲等七大技術路線并行發展，處于中等規模含噪聲量子處理器階段。量子計算應用場景探索廣泛開展，但尚未實現“殺手級”應用突破。大規?？扇蒎e通用量子計算仍需長期艱苦努力，業界尚無實現時間預期。量子通信利用量子疊加態或糾纏效應，在經典通信輔助下實現

10、密鑰分發或信息傳輸，理論層面具有可證明安全性?；诹孔用荑€分發（QKD）和量子安全直接通信（QSDC）等方案的量子保密通信初步實用化，新型協議和實驗系統的研究持續活躍，樣機產品研制和示范應用探索逐步開展，但應用與產業發展面臨諸多挑戰?；诹孔与[形傳態和量子存儲中繼等技術構建量子信息網絡是未來重要發展方向，量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）2 科研探索與試驗取得一定進展，但距離實用化有很大差距。量子測量對外界物理量變化導致的微觀系統量子態變化進行調控和觀測，實現精密傳感測量，精度、靈敏度和穩定性等核心指標比傳統技術有數量級提升。主要技術方向包括用于新一代定位/導航/授時的光學原子鐘、

11、光學時頻傳輸、原子陀螺儀與重力儀等，以及用于高靈敏度檢測與目標識別的光量子雷達、磁場精密測量、物質痕量檢測等。主要應用場景涵蓋國防軍工、航空航天、地質/資源勘測和生物醫療等眾多行業領域，多種樣機產品進入實用化與產業化階段。經過四十余年的發展，量子信息技術已從僅有學術界關注的基礎科學研究和前沿技術探索，逐步開啟產業界共同參與的工程應用研究和未來產業培育。量子信息三大領域的前沿科研與工程研發亮點成果不斷涌現，技術成熟度持續提升，應用探索加速發展，進入科技攻關、工程研發、應用探索和產業培育一體化推進的發展階段。以量子信息技術為代表的量子科技，已成為未來產業布局和發展的關注重點之一?！笆奈濉币巹澓?

12、2035 年遠景目標綱要提出，在量子信息等前沿科技和產業變革領域，組織實施未來產業孵化與加速計劃，謀劃布局一批未來產業。習近平總書記提出，整合科技創新資源，引領發展戰略性新興產業和積極培育未來產業，加快形成新質生產力，以高質量發展推動中國式現代化。工信部高度重視量子科技發展，推動量子科技等前沿領域研究，鼓勵各地方先行先試，加快布局未來產業。近年來，多地陸續發布科技和信息產業規劃，部署支持量子信息領域發展。2023 年，北京市發布北京市促進未來產業創新發展實施量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）3 方案1，部署量子物態科學、量子通信、量子計算、量子網絡、量子傳感等方向的核心技術攻關、行

13、業應用拓展、產業生態和用戶群體培育等工作。合肥市政府工作報告2提出，合肥國家實驗室入軌運行，量子信息未來產業科技園入列首批國家試點，后續進一步加快建設量子信息未來產業科技園，打造“世界量子中心”。湖北省設立 20 億元量子科技產業投資基金3，發布 湖北省加快發展量子科技產業三年行動方案（20232025 年），打造全國量子科技產業高地。(二二)全球主要國家量子信息政策布局進一步加強全球主要國家量子信息政策布局進一步加強 量子信息技術是挑戰人類調控微觀世界能力極限的世紀系統工程，是對傳統技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性創新，將引領新一輪科技革命和產業變革方向。量子信息技術發展與應用已成為大

14、國間開展科技、經濟等領域綜合國力競爭，維護國家技術主權與發展主動權的戰略制高點之一。截至 2023 年 10 月，29 個國家和地區制定和推出了量子信息領域的發展戰略規劃或法案文件，據公開信息不完全統計的投資總額已超過 280 億美元。全球主要國家在量子信息領域的戰略規劃和投資概況如表 1 所示，以 2018 年歐盟“量子旗艦計劃”和美國國家量子倡議（NQI）法案為重要標志，近五年來各國在量子信息領域的規劃布局持續加速。2023 年 6 個國家相繼發布量子信息相關國家戰略和投資規劃，計劃投資總規模達到 67 億美元?？傮w而言，量子信息領域的國際科技競爭正日趨激烈。1 https:/ 2 htt

15、ps:/ 3 http:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）4 表 1 全球主要國家量子信息領域戰略規劃與投資概況 時間時間 戰略規劃戰略規劃/法案法案 國家國家/地區地區 投資規模（美元）投資規模（美元）2014 國家量子技術計劃 英國 10 年投資約 12.15 億 2018 光量子躍遷旗艦計劃 日本 投資約 1.2 億/年 2018 量子旗艦計劃 歐盟 10 年投資約 11 億 2018 國家量子信息科學戰略 國家量子倡議（NQI）法案 美國 計劃 5 年投資 12.75 億，實際投資已達 37.38 億 2018 量子技術從科研到市場 德國 投資約 7.1 億 2019

16、量子技術發展國家計劃 荷蘭 7 年投資約 7.4 億 2019 國家量子技術計劃 以色列 5 年投資約 3.3 億 2019 國家量子行動計劃 俄羅斯 5 年投資約 5.3 億 2020 國家量子技術投資計劃 法國 投資約 19.6 億 2021 量子系統研究計劃 德國 5 年投資約 21.7 億 2022 國家量子計算平臺 法國 投資約 1.85 億 2022 芯片與科學法案 美國 4 個量子項目 1.53 億/年 2023 國家量子戰略 加拿大 投資約 2.7 億 2023 國家量子戰略（NQS）英國 10 年投資 31.8 億 2023 國家量子戰略 澳大利亞 投資約 6.4 億 202

17、3 國家量子技術戰略 丹麥 5 年投資約 1 億 2023 量子科技發展戰略 韓國 2035 年前投資 17.9 億 2023 國家量子任務 印度 2030 年前投資 7.2 億 來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 10 月）2023 年 1 月，美國國家科學技術委員會發布NQI 2023 年報4顯示，NQI 法案五年來的實際投資遠超原計劃規模。2019-2023 財年投資累計達 37.38 億美元，超出原計劃的 12.75 億美元近兩倍，投資覆蓋量子計算、量子網絡、量子傳感/計量、量子基礎科研和量子工程技術五大領域。其中，量子計算投資占比最高，共計約 10 億美元，量子網絡投資增速

18、最快。美國能源部（DOE）、美國國家科學基金會（NSF）和國家標準與技術研究院（NIST）是 NQI 法案主要實施部門，其中 DOE 和 NSF 五年來分別累積投資超過 12 億和 10 億美元。4 https:/www.quantum.gov/wp-content/uploads/2023/01/NQI-Annual-Report-FY2023.pdf 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）5 NSF 資助了 1500 余項量子信息領域科研項目，DOE 則重點支持國家實驗室體系的五個量子信息研發中心建設。此外，2022 年 8 月通過的芯片與科學法案5，還包含了量子科學網絡、科學和技

19、術量子用戶擴展計劃、量子網絡和通信研究與標準化、下一代量子領導者領航計劃四個量子信息相關項目，總投資金額為 1.53 億美元/年。美國 NQI 法案第一階段于 2023 財年結束，多方就第二階段法案實施和投資問題進行廣泛討論。NQI 咨詢委員會發布更新國家量子計劃：維持美國在量子信息科學領域的領導地位建議 報告6，戰略與國際問題研究中心發布量子不可照舊：國家量子計劃法案重新授權的問題 報告7，信息技術與創新基金會發布 美國的量子政策方針報告8，上述報告分析了量子信息領域技術產業競爭和國際競爭態勢，建議 NQI 法案在 2024 至 2028 財年至少每年撥款 5.25 億美元（不含芯片研發資金

20、），持續加大基礎科學投資、打造量子人才隊伍、深化產業界合作、建設關鍵基礎設施、維護國家安全和推進盟友國際合作，確保美國在量子信息領域的領先地位。8 月，拜登政府簽署行政令9，將半導體和微電子、量子信息技術以及人工智能界定為涉及美國國家安全利益的軍民兩用敏感技術和產品，禁止美國實體與中國大陸、香港和澳門的實體進行交易和開展投資。英國作為全球科技強國，在 2014 年率先出臺全球首個量子信息 5 https:/www.quantum.gov/quantum-in-the-chips-and-science-act-of-2022/6 https:/www.quantum.gov/nqiac-rep

21、ort-on-renewing-the-national-quantum-initiative 7 https:/www.csis.org/analysis/quantum-cant-be-business-usual-issues-reauthorization-national-quantum-initiative-act 8 https:/itif.org/publications/2023/10/10/the-us-approach-to-quantum-policy/9 https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/presidential-acti

22、ons/2023/08/09/executive-order-on-addressing-united-states-investments-in-certain-national-security-technologies-and-products-in-countries-of-concern/量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）6 國家級發展政策國家量子技術計劃，通過兩個五年期規劃，累積投資超 10 億英鎊，建立了量子計算、模擬、通信、傳感和成像五大科技研究中心推動技術攻關，支持量子初創企業產品研發與應用推廣。3 月，在計劃實施十年之際，英國政府組建科學創新與技術部，發布國家量

23、子戰略（NQS）10，開啟未來十年 25 億英鎊投資和新一輪量子信息技術產業發展規劃。NQS 提出了四大發展目標：確保英國擁有領先的量子信息科技與工程技術；支持量子技術企業發展，促進投資、供應鏈和人才隊伍建設；加快量子信息技術應用轉化；加強量子信息技術產業監管和國際治理合作。(三三)量子信息三大領域科研與技術創新持續活躍量子信息三大領域科研與技術創新持續活躍 近十年，量子信息科學研究和技術創新保持快速發展趨勢，量子計算、量子通信、量子測量、后量子加密（PQC）等領域科研論文和專利申請數量逐年遞增，如圖 1 所示。來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 9 月）圖 1 全球量子信息科研論文

24、和專利申請的年度變化趨勢11 論文方面，量子計算是最大熱點，論文數量增速明顯加快，近年 10 https:/www.gov.uk/government/publications/national-quantum-strategy 11 2023 年科研論文僅含前三季度，2022 和 2023 年專利統計有滯后效應，數量呈現包含預測值。量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）7 來超過其他領域總和，量子通信和量子測量保持平穩增長，PQC 從2016 年起逐步成為研究熱點，2023 年有 340 余篇相關論文。專利方面，量子通信專利的增長趨勢較為穩定，量子計算專利申請在 2019 年超過量子

25、通信并持續保持快速增長，PQC 專利近年來開始快速增長，2023 年數量預計將達到 200 項。量子信息各領域的科研論文數量前十位國家統計如圖 2 所示，中美占據前兩位，在科研輸出方面表現突出，量子通信我國論文數量遠超其他國家。但從論文被引頻次看，我國與歐美相比仍有一定差距，高水平論文數量有待提升。來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 9 月）圖 2 量子信息領域科研論文數量前十位國家情況 量子信息領域主要國家的科研國際合作概況如圖 3 所示，量子計算領域的國際科研合作較為廣泛和均衡，量子通信領域形成了美國、中國等重點合作節點，量子測量領域國際合作相對較少。在量子信息量子信息技術發展與

26、應用研究報告（2023 年）8 科研國際合作方面，美國在三大領域中均處于中心位置，顯示出在國際學術交流與科研合作方面的領先優勢。來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 9 月）圖 3 量子信息領域主要國家科研國際合作情況 來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 9 月）圖 4 量子信息領域不同技術方向專利數量對比 量子信息領域包括不同技術路線和發展方向，其中專利申請數量的對比情況如圖 4 所示。在量子計算硬件技術路線中，超導路線專利數量占比超過 50%，光量子和中性原子路線技術創新熱度高于離子阱和硅半導體。量子通信領域中量子密鑰分發技術專利占比超過 70%，器件、設備等系統研發類專

27、利數量眾多，量子信息網絡技術成熟度不足，相關專利尚未大量涌現。量子測量領域中以原子鐘為代表的時頻量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）9 基準方向專利占比接近 50%，是技術創新與應用主力，磁場測量和慣性測量方向也有較多創新成果積累。來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 9 月）圖 5 量子信息領域中美專利申請主體情況分析 中美量子信息各領域專利申請主體情況對比如圖 5 所示。我國量子計算和 PQC 的專利申請中，公司申請數量占比超過 70%，企業開展專利布局推動力較強，量子測量領域專利主要來自高校和科研院所，科技成果還需進一步向產業轉化。對比來看，美國量子信息各領域專利中，企

28、業申請數量占比均超過 70%，量子計算和 PQC 領域的占比接近 90%，顯示出產業界的創新引領實力。(四四)量子信息企業數量和投融資規模的增長放緩量子信息企業數量和投融資規模的增長放緩 量子信息要從前沿技術走向未來產業，進而形成新質生產力，成為賦能經濟社會增長的新引擎，離不開企業推動的科技成果轉化、技術產品研發與產業化應用推廣。企業是推動量子信息技術工程化研發、應用賦能和產業化發展的創新主體，也是各國構建量子信息技術產業競爭優勢，贏得發展主動權的主力軍。量子信息企業數量、分布和投融資情況，是觀察量子信息技術產業發展態勢的重要視角，中國信息通信研究院對全球量子信息相關企業及投融資情況進行了調研

29、統計量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）10 分析，為業界提供參考。PQC 作為應對量子計算信息安全威脅的主流技術方案，與量子信息領域關系密切，一并進行了統計分析。來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 9 月）圖 6（a）量子信息全球企業數量及（b）年度增長趨勢12 全球量子計算、量子通信、量子測量和 PQC 領域的企業數量及年度增長趨勢如圖 6 所示。截至 2023 年 9 月，共統計上述四大領域的全球相關科技企業、初創企業、供應鏈企業和行業應用企業等共 552家，其中量子計算相關企業 278 家，占比超過 50%，凸顯出量子計算是全球技術產業競爭的關注焦點。全球量子測量和

30、量子通信企業數量均在百家左右，占比約為 20%。隨著 PQC 算法評選和標準制定進程的逐步明朗，PQC 相關企業數量達到 63 家。2016 年之前，量子信息企業數量呈緩慢增長態勢，2016 年開始迅速增長，2017 年達到峰值，新增初創企業 63 家，其中量子計算企業 27 家。2018-2021 年間增長稍有回落但仍保持每年新增 50 余家的高位，2022 年起企業增長數量大幅放緩，新增 31 家，量子計算仍然是行業熱點，新增 17 家。今年前三季度新增企業數量僅為 3 家，雖然當年新成立企業數量統計會有 12 企業數量統計依據互聯網公開信息，包含了量子信息三大領域和后量子加密（PQC）的

31、初創企業，以及涉及上述四個領域上中下游業務的科技企業、供應鏈企業和行業企業等。量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）11 一定滯后性，但增長趨勢不及往年已基本明確?？傮w而言，過去十年間，量子信息初創企業數量經歷了一輪爆發式增長，量子計算是創新創業熱點，近兩年來初創企業數量增長趨勢明顯放緩。來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 9 月）圖 7（a）量子信息各領域企業數量及（b）國家分布情況13 全球量子信息各領域企業數量及國家分布情況如圖 7 所示。從不同領域看，量子計算企業歐美聚集度最高，共有 175 家，全球占比超過 60%，反映出美國和歐洲是量子計算產業生態的活躍地區，中國

32、量子計算領域相關企業共有 35 家，不及美國一半。量子通信領域中國相關企業數量最多，共有 42 家，美國僅有 13 家，歐洲有 27 家，從一個側面反映出不同國家和地區在量子通信領域，主要是進入初步實用化階段的量子密鑰分發和量子保密通信的投資和推動力度差異。量子測量領域也是歐美企業數量最多，共有 80 家，全球占比超過 60%，中國量子測量相關企業共有 22 家，約為美國一半。PQC 領域歐美平分秋色，共有相關企業 47 家，中國 PQC 企業數量僅有 4 家，數量差距明顯，未來 PQC 技術產業全球競爭中恐難與歐美比肩。13 企業地區分布統計中歐洲包含俄羅斯、英國和愛爾蘭，企業數量統計包含上

33、中下游相關性較強企業。量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）12 從企業國家分布看，美國共有 158 家量子信息相關企業，全球占比超過四分之一。其中，谷歌、IBM、英特爾等科技企業已成為量子計算領域業界標桿，IonQ、Quantinuum、PsiQ、AOSense 等初創企業創新驅動能力突出，在量子信息技術產業中擁有較為明顯的先發優勢。中國量子信息相關企業共有 103 家，但科技企業投入推動力度，供應鏈企業支撐保障能力，以及初創企業創新成果等方面還有一定差距。全球量子信息領域企業數量較多的國家還有加拿大、英國、德國、法國、日本、荷蘭等，在未來技術產業發展中也擁有較強競爭力。來源：中國信

34、息通信研究院（截至 2023 年 9 月）圖 8 量子信息領域企業投融資事件與金額變化趨勢14 全球量子信息企業投融資事件與金額年度變化趨勢如圖 8所示。從投融資事件數量看，2017 年起，企業投融資事件數量開始出現明顯增長，與企業數量爆發式增長的時間趨勢吻合。大量初創企業獲得了政府的贈予投資（Grant）和不同輪次的股權融資等風險投資。美國 14 Grant 為贈與投資，主要來自政府部門和高校等，IPO 及并購包含上市、增發和收購等多種類型，風險投資包含不同輪次融資，其他投資包含戰略投資和貸款等。部分投融資事件未披露具體金額。量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）13 DOE、NSF

35、 和國防部（DOD）等政府部門的合同贈予投資占比較高，從 2018 年開始，每年都有約 20 筆贈予，占全部投融資數量 20%左右。風險投資中，種子輪和 A 輪占比最高，合計每年約占整體投融資事件數量的 40%50%，孵化器（Incubator）數量也在逐漸增加?？梢钥闯?，資本市場對量子信息領域關注度持續提升，但大多數企業仍處于早期投資階段。從投融資金額規?？?，過去 5 年資本市場對量子信息領域企業的投資同樣經歷了一輪爆發式增長，2021 年和 2022 年均超過 20 億美元量級，超過了過去十年的總和。近兩年來，量子信息初創企業獲得的投融資數量和金額開始出現一定回落。一方面有全球疫情、經濟衰

36、退和美元加息等宏觀層面影響，另一方面也有量子計算等初創企業技術產品和投資收益未達市場預期等具體原因。表 2 全球量子信息初創企業十大融資事件（金額降序）公司公司 國家國家 技術領域技術領域 融資額（億美元）融資額（億美元）時間時間 SandboxAQ 美國 量子軟件/PQC 5.00 2022 PsiQuantum 美國 量子計算 4.50 2021 IonQ 美國 量子計算 3.50 2021 Rigetti Computing 美國 量子計算 3.45 2022 Arqit 英國 量子通信 3.45 2021 IonQ 美國 量子計算 3.00 2021 Quantinuum 英國 量子計

37、算 3.00 2021 D-Wave Systems 加拿大 量子計算 3.00 2022 PsiQuantum 美國 量子計算 2.30 2020 本源量子 中國 量子計算 1.45 2022 來源：麥肯錫量子技術監測（2023 年 4 月）美國麥肯錫咨詢公司 2023 年 4 月發布量子技術監測報告15，15https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）14 統計量子信息領域初創企業十大融資事件如表 2 所示。其中美國企業占據 7 席，市場表現最為活躍，SandboxAQ、Quantinuum 等從大型科技企業分拆的量子信息領域獨立企業，獲得大量資金投入，IonQ、D-Wa

38、ve 等歐美初創企業也從資本市場獲得了大筆研發資金。我國僅有本源量子在 2022 年完成 B 輪 10 億元人民幣融資上榜，資本市場和社會投融資對量子信息企業的支持力度有待進一步加強。二、二、量子計算領域研究與應用進展 量子計算技術體系如圖 9 所示，硬件、軟件、算法是三大支柱，云平臺是集成三者面向用戶提供服務的應用與產業生態匯聚點。來源：中國信息通信研究院 圖 9 量子計算技術體系框架 當前，量子計算硬件包含邏輯門型量子計算機、專用量子計算機和基于經典計算的模擬器等主要類型。其中，邏輯門型量子計算機是量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）15 通往大規?？扇蒎e通用量子計算的主流發展方

39、向，也是業界研究關注重點；玻色采樣、相干伊辛和量子退火等量子計算模型和系統可能在專用計算復雜問題中產生算力優勢；基于經典計算的量子計算模擬器主要用于算法研究和驗證。(一一)硬件多技術路線并行發展，創新成果不斷涌現硬件多技術路線并行發展，創新成果不斷涌現 量子計算硬件目前有多種技術路線，處于并行發展階段，大致可以分為兩大類，一是基于微觀結構形成分立能級系統的“人造粒子”路線，如超導和硅半導體，二是直接操控微觀粒子的天然粒子路線，如離子阱、光量子和中性原子。近年來，量子計算科研攻關全球加速發展，各方你追我趕競爭激烈。表 3 梳理了五種技術路線的關鍵指標發展現狀概況，其中各項指標為不同研發機構、技術

40、方案和樣機系統的代表性成果匯總，部分指標基于專家意見給出數量級估計。表 3 量子計算主要技術路線關鍵指標現狀 來源：中國信息通信研究院 超導路線基于超導約瑟夫森結形成擴展二能級系統，包括電荷量子比特、通量量子比特、相位量子比特等種類，以及Transmon、Xmon、量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）16 Fluxonium 等構型，因其可擴展、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。2023 年超導量子計算原型機指標持續提升，IBM 的 433 位超導量子比特處理器 Osprey 在其云平臺上線16；中科大在 66 位超導量子處理器“祖沖之二號”基

41、礎上新增 110 個耦合比特控制接口，使可操縱比特數達到 176 位17；Rigetti 推出 84 位量子比特單芯片量子處理器 Ankaa-118?；诔瑢肪€的科研成果亮點頻出，蘇黎世理工基于超導量子電路完成無漏洞貝爾實驗19；谷歌使用超導量子處理器模擬操控非阿貝爾任意子，并通過編碼創建新型量子糾纏態20；中科院物理所利用 41 位超導量子芯片“莊子”模擬“侯世達蝴蝶”拓撲物態21。超導技術路線的比特數量、操控精度和相干時間等關鍵指標提升迅速且發展較為均衡，是有望率先實現量子糾錯和突破殺手級應用的“種子選手”。硅半導體路線通常利用硅同位素量子點結構中的電子自旋構造量子比特，采用硅鍺異質結、

42、砷化鎵和金屬氧化物半導體等襯底材料，具有制造和測控與集成電路工藝技術兼容等優點。2023 年亮點成果主要包括新型比特構型設計、操控方案和芯片比特數量增長等方面。Intel 發布22的 12 位硅基自旋量子芯片 Tunnel Falls，成為硅半導體路線產品的最新紀錄。新南威爾士大學報道23設計了一種電信號控制的 16 https:/quantum- 17 https:/ 18 https:/ 19 https:/ 20 https:/ 21 https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.080401 22 https:

43、/ 23 https:/www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add9408 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）17 新型觸發器（flip-flop）硅量子比特。休斯研究實驗室提出24硅基自旋量子比特編碼的通用控制新方法，中科大實現25硅基自旋量子比特的超快操控，自旋翻轉速率超過 1.2 GHz。硅半導體路線主要得到 Intel等半導體制造商支持，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進展緩慢，在競爭中難言優勢。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，通過激光或微波進行相干操控，具有比特天然全同、操控

44、精度高和相干時間長等優點。近年來，離子阱結構設計不斷優化，發展出四極桿阱、刀片阱、芯片阱等新構型，囚禁離子數量不斷提升。2023 年主要進展包括全連接比特數量增長和邏輯門操控保真度提升等方面。Quantinuum 宣布26其 32 位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 52428827，成為業界最新紀錄。華翊量子發布2837 位量子比特離子阱原型機 HYQ-A37，邏輯門保真度等指標稍遜一籌。離子阱路線的天然全同粒子特性在相干時間和保真度等方面有優勢，但比特規模擴展難度大，光學測控系統復雜等技術瓶頸

45、和工程挑戰十分明顯，在技術路線競爭中能否領先有待觀察。光量子路線可利用光子的偏振、相位等自由度進行量子比特編碼，具有相干時間長、室溫運行和測控相對簡單等優點。根據是否支持邏輯門和量子糾錯等操作，可進一步分為邏輯門型和非邏輯門型兩類，24 https:/ 25 https:/pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c00213 26 https:/ 27 https:/ 28 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）18 其中邏輯門型光量子計算是未來實現通用量子計算的發展方向，而非邏輯門型光量子計算，如玻色采樣和相干伊辛系統等，可用于組

46、合優化和圖論問題求解等專用計算問題。2023 年，中科大聯合團隊發布29255 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。玻色量子發布30了 100 量子比特相干光量子相干伊辛機“天工量子大腦”，并與中國移動合作開展圖像渲染算力調度優化等任務的可行性驗證31。未來，非邏輯門型光量子計算有望在組合優化等專用問題求解中展示實用化優勢，邏輯門型光量子計算則仍需突破光子間相互作用弱，雙比特邏輯門構建困難和大規模光子集成等技術瓶頸，才能體現競爭優勢。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

47、路線相似，在規?；瘮U展方面更具優勢。近年來，中性原子路線的研究與實驗發展迅速，大有后來居上之勢。10 月，自然同期發表三篇中性原子量子計算和糾錯最新成果。加州理工展示32“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33基于相似擦除原理，將門操作錯誤轉化為擦除錯誤，有效提升邏輯門保真度。哈佛大學34使用基于里德堡阻塞機制的最優控制門方案，在 60 個銣原子陣列實現 99.5%的雙比特糾纏門保真度，超過了表面碼糾錯閾值。29 https:/journals.aps.org/prl/issues/131/15 30 h

48、ttps:/ 31 https:/doi.org/10.1007/s11433-023-2147-3 32 https:/ 33 https:/ 34 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）19 美國 Atom Computing 公司發布351225 原子陣列和 1180 量子比特的中性原子量子計算原型機，預計 2024 年上市。中性原子路線有望在規模擴展和量子模擬應用等方面取得更多突破，已成為在量子計算技術路線競爭中異軍突起的一匹“黑馬”。來源：中國信息通信研究院 圖 10 量子計算比特數和量子體積指標發展趨勢 近年來量子計算主要技術路線競爭激烈，比特數（光子/原子

49、數）和量子體積指標持續提升，發展演進趨勢如圖 10 所示。超導、中性原子和離子阱技術路線是邁向通用量子計算的有力競爭者，邏輯門型光量子計算和硅半導體技術路線需要取得重大技術和工程突破才能保持競爭實力。當前量子計算硬件性能水平，距離實現大規?？扇蒎e通用量子計算還有很大差距，仍需業界長期艱苦努力攻關。35 https:/atom- 年）20(二二)量子糾錯突破平衡點，環境測控系統仍有瓶頸量子糾錯突破平衡點，環境測控系統仍有瓶頸 量子糾錯（QEC）的原理是通過使用多個物理比特編碼一個邏輯比特，通過增加信息編碼空間的冗余度，使受到環境噪聲或退相干影響的量子態可以被識別和區分，并通過糾錯操作恢復出原始量

50、子態。QEC 是使量子計算具備理論可行性的底層解決方案，也是支持大規模量子邏輯門操作，實現通用量子計算的必要環節。量子態的不可克隆性、相干性以及差錯連續性等決定了 QEC 與經典糾錯有本質差異，量子比特當前產生的錯誤率比經典比特更高，錯誤類型也更加廣泛。自 QEC 概念提出36以來，已產生了多類基于不同思想構造的 QEC 編碼方案，其中 1996 年提出的穩定子碼37是其中代表，涵蓋了表面碼、顏色碼等多種方案，表面碼是目前研究和實驗驗證熱點，主要優勢在于高容錯閾值、僅需近鄰比特間作用、多技術路線適用等，但也存在物理比特編碼冗余度較高等局限。由于糾錯編碼的復雜性、不可逆性和環境噪聲等影響，QEC

51、 實驗一度面臨“越糾越錯”的窘境。突破 QEC 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，對實現邏輯量子比特具有里程碑意義，近期也取得了多項突破性進展。2023 年 2 月，谷歌報道38首次越過 QEC 規模與收益平衡點，證明提升糾錯編碼規模后可降低錯誤率，驗證了量子糾錯的現實可行性。3 月，南方科技大學報道39以離散變量編碼邏輯量子位突破 QEC 盈虧平衡點，延長量子 36 https:/doi.org/10.1103/PhysRevA.54.1098 37 https:/journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.

52、54.1862 38 https:/ 39 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）21 比特壽命約 16%。耶魯大學報道40利用實時 QEC 方案超越盈虧平衡點，實現邏輯量子比特壽命增加一倍。雖然 QEC 突破盈虧平衡點實驗具有重要里程碑意義，但現有QEC 技術方案的糾錯效率、容錯閾值，以及量子計算硬件的邏輯門保真度、可相干操控比特數等指標，距離實現邏輯量子比特操控和容錯計算仍有很大差距。QEC 未來發展的主要方向包括，優化利用高維度量子資源實現邏輯量子比特的量子糾錯編碼方案，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

53、糾錯性能評價指標，實現帶量子糾錯的量子計算優越性等。實用化 QEC 已經成為全球量子計算業界關注和攻關突破的重點方向，未來還將有更多進展和成果涌現。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。稀釋制冷機采用多級制冷機制，通常使用脈管制冷機降溫至液氦溫區（4K），之后基于氦-3 和氦-4 混合液的濃縮相和稀釋相分離和循環轉換進一步降溫，將樣品區域溫度降低至 mK

54、量級，滿足超導和硅半導體技術路線量子計算芯片的環境溫度要求。稀釋制冷機的技術難點主要在于前級預制冷所需的脈沖管和冷頭設備制造，極低溫區焊 40 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）22 接和檢漏工藝，以及樣品空間和制冷量提升等方面。稀釋制冷機作為量子計算的核心裝備，提升國產化自主供給能力對于保障科研探索與工程研發意義重大。近年來，國內相關單位持續研發攻關，在樣機產品研制方面取得重要進展。2023 年，中科院物理所、中船重工鵬力、本源量子等單位相繼發布了稀釋制冷機樣機和相關產品，技術指標與國外商用產品接近。未來，還需進一步提升樣品空間和制冷量，以及設備集成化水平，支持量

55、子處理器大規模擴展。真空腔是離子阱和中性原子技術路線的量子計算機必需的運行環境，主要功能是消除真空腔內的氣體分子，降低其與離子或原子的碰撞概率，避免離子或原子脫離囚禁，從而提升離子阱或原子陣列囚禁穩定性和相干時間。真空腔主要技術難點在于高性能吸氣劑泵和分子泵等關鍵組件的研制，以及提升氣體抽速及腔內真空度等指標。未來進一步提升真空度可以使用更高復雜度和成本的低溫泵系統。2022年11月，啟科量子發布41了離子阱用低溫真空系統，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。量子計算測控系統主要用于生成操控和測量量子比特的物理信號，按照技術路線的不同需求大致可分為兩類

56、。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，通過激光囚禁或激發天然原子，實現量子比特操縱，再通過單光子探測或熒光成像等方案實現量子態測量和讀出。二是超導、半導體等技術路線所需的微波測控 41 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）23 系統，通過產生微波信號激勵和測量量子比特狀態。測控系統屬于傳統技術領域，相對而言難度較低，在國內外也有多家可提供相關設備產品。2023 年，蘇黎世儀器發布 QCCS 測控系統，科大國盾推出 ez-Q Engine 超導量子計算操控系統，中微達信推出 ZW-QCS1000 可支持數百位超導和硅半導體量子計算的測控系統。未來，

57、量子計算的比特數量規模和操控精度要進一步提升，會對環境與測控系統提出更為苛刻的要求。稀釋制冷機支持數千比特量級的布線和制冷，真空系統邁向極高真空環境（1E-12 mbar）仍有很大工程挑戰性，激光和微波測控系統也需要提出新型測控架構和進一步提高集成度。當前多種量子計算技術路線的并行發展，不同技術路線對于測控系統的需求各有差異，也導致測控系統、低溫電子學組件和光電元器件等量子計算供應鏈的碎片化，上游供應商還難以聚焦某種技術路線開展測控系統和核心組件的集中攻關和性能提升。(三三)軟件與云平臺發展迭代迅速，成熟度有待提升軟件與云平臺發展迭代迅速，成熟度有待提升 量子計算軟件是連接使用者與硬件的關鍵紐

58、帶，量子計算軟硬件的結合，有望為多行業領域研究人員提供理論研究與應用探索方面的有力支持。量子計算軟件需要滿足量子計算的底層理論與算法邏輯，提供面向不同技術路線和硬件方案的量子指令集，編譯功能與中間表示，并提供基于開源的編程語言框架，特異性與專業性較強，目前處于設計開發與生態構建的早期階段。業界在量子計算編譯軟件、應用開發軟件、測控軟件、EDA 軟件等多層次開展布局。量子計算編譯軟件用于規范量子編程邊界并保證編譯正確執行，量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）24 提供完善的、體系化的語法規則用于協調和約束量子操作以及經典操作。2023 年，Pasqal 發布中性原子量子計算軟件 Pul

59、ser Studio42，能夠以圖形方式構建量子寄存器并設計脈沖序列。應用開發軟件提供創建和操作量子程序的量子計算工具集、組件與算法庫，支持開發者編寫、運行、檢驗量子算法和程序。Intel 發布量子計算開發平臺 SDK 1.043，QC Ware 推出量子化學軟件 SaaS Promethium44，Quantum Brilliance 發布量子計算開發工具包 Qristal SDK45，涵蓋經典量子混合應用、化學模擬以及自動駕駛等用例。量子計算測控軟件提供量子芯片控制、處理、運算等功能，同時支持測量結果反饋以及芯片校準。2023 年，蘇黎世儀器發布 LabOne Q 操控軟件，為量子計算提供

60、完整測控框架，啟科量子發布離子阱環境控制系統46。芯片 EDA 軟件實現量子芯片自動化設計、參數標定與優化、封裝設計等功能。亞馬遜推出開源軟件平臺 Palace47，可完成復雜電磁模型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48。量子計算軟件作為連接硬件和承載應用的中間環節，在硬件系統多種技術路線并行發展尚未融合收斂，應用探索廣泛開展但尚未實現重大突破的情況下，難以完全明確目標需求和確定技術架構方案，仍處于開放式探索階段，技術水平屬于工具級，與經典軟件成熟度相去 42 https:/ 43 https:/ 44 https:/ https:/ 46 http:/ 47

61、 https:/ https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）25 甚遠。未來量子計算軟件發展需要在量子電路編譯優化、模塊化程序研究和量子-經典混合算法協同等方面進一步探索和提升。來源：中國信息通信研究院 圖 11 量子計算云平臺功能架構圖 量子計算云平臺將量子計算與經典云服務融合，通過網絡提供量子計算算力，是未來量子計算用戶服務的主要形式。量子計算云平臺的功能架構如圖 11 所示，可劃分為基礎設施層、平臺層、服務層和配套的運維管理與安全服務功能等主要組成部分?；A設施層中的外圍設施層為量子計算硬件提供環境保障，物理資源層主要包括量子計算機、量子模擬器和經典云計算資源，虛擬資

62、源層則主要由量子計算虛擬機、云計算虛擬機、虛擬網絡等功能模塊組成，資源管理層負責物理機、虛擬機、存儲和網絡等資源管理和任務調度。平臺層主要完成程序開發和編譯功能。服務層提供用戶和開發者的訪問接口，并提量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）26 供對服務目錄和實例的管理功能，應用開發層主要通過應用開發軟件提供量子計算應用服務。運營管理主要實現用戶服務和運行維護兩個層面的管理功能。安全服務主要實現接入安全、軟件安全、虛擬化安全、硬件安全和數據安全等功能。表 4 國內外代表性量子計算云平臺發展概況 來源：中國信息通信研究院 目前，國內外眾多研究機構和企業發布了不同類型的量子計算云平臺，如表

63、4 所示，近期發展迭代迅速。2023 年，加州理工大學、斯坦福大學、谷歌等聯合推出49BlueQubit 量子計算開發平臺，提供超導量子硬件。Pasqal 推出50中性原子量子計算平臺 Quantum Discovery，協助用戶探索中性原子量子計算應用。日本量子計算聯合研究小組啟動51基于 64 位超導量子計算機云平臺服務，用戶可通過簽訂合作協議接入服務。Strangeworks 展示52云平臺多種新工具以及使用優化方法。北京量子院53夸父量子計算云平臺上線了具有 136、18 和 10 位量子比 49 https:/www.bluequbit.io/50 https:/quantumdis

64、covery.pasqal.cloud/51 https:/www.riken.jp/pr/news/2023/20230324_1/index.html 52 https:/ 53 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）27 特的三個超導量子芯片。中科大54上線 176 比特“祖沖之號”量子計算云平臺。中國移動、中國電科等聯合發布55“五岳”量子計算云平臺。本源量子等多家單位56共同推出量超融合計算平臺?；诹孔佑嬎阍破脚_或樣機實地部署等方式，推動量子計算與超級計算機等經典算力的融合，正成為研究探索熱點。通過將復雜計算任務進行分解，在量子計算和超算平臺之間進行聯合調度

65、與協同處理，可以發揮不同算力平臺的特色優勢，相關混合計算架構、量超融合算法和協同調度機制等研究，開始收到業界各方關注。依托量子計算云平臺推動多類型硬件接入服務、軟件和編程框架迭代與應用場景探索是重要發展方向。2023 年 5 月，量子信息網絡產業聯盟（QIIA）組織第一屆量子信息技術與應用創新大賽，華為、弧光、本源等成員單位依托量子計算云平臺組織多個賽道活動，有效促進了量子計算國產軟硬件平臺推廣、應用探索和人才培育。當前，國內外量子計算云平臺發展仍處于起步階段，硬件水平、服務模式以及功能架構等成熟度有限，距離提供商業價值的目標仍有較大差距。未來發展主要關注點包括：提升量子計算后端硬件技術與工程

66、化水平；推動編程軟件與框架持續演進，加快算法研究與應用探索，助力應用落地轉化；開展功能框架與能力測評等標準研究，助力功能完善與服務提升，提高不同平臺和硬件間的互操作性。54 https:/quantumctek- https:/ 56 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）28(四四)應用探索廣泛開展，組合優化或有望率先實用應用探索廣泛開展，組合優化或有望率先實用 隨著量子計算硬件進入數百位量子比特的中等規模含噪量子處理器（NISQ）時代，在隨機線路采樣和高斯玻色采樣問題中完成量子計算優越性的實驗驗證，業界普遍期待能夠在 NISQ 階段，實現具有實際社會經濟價值的計算困

67、難問題指數級加速求解和應用，為量子計算技術產業發展帶來從量變到質變的飛躍。當前，基于邏輯門型量子計算處理器和各類專用機的應用案例探索在國內外廣泛開展。近期，美國摩根大通、洛斯阿拉莫斯實驗室和歐洲核子研究組（CERN）等機構和公司，發表57了量子計算在金融、人工智能和高能物理等領域的應用探索和前景展望。量子計算應用探索的主要計算問題包括量子組合優化、量子模擬、量子人工智能和量子線性代數四大類型。量子組合優化使用量子算法在大量可能方案中以更高效率和準確性找到最佳方案，被認為是當前有可能率先突破應用的方向之一。2023 年，Terra Quantum 和泰雷茲公司58使用混合量子計算優化衛星任務規劃

68、，展示了改善衛星運行效用的潛力。英偉達、羅爾斯-羅伊斯和Classiq合作59嘗試將量子計算用于噴氣發動機流體動力學計算以提升效率。Amerijet 和 Quantum-South 宣布60利用量子計算實現飛機物流裝載優化，提高貨物裝載率和航班收入。中國移動分別與玻色量子和 57 https:/ 58 https:/www.newswire.ca/news-releases/xanadu-and-rolls-royce-to-build-quantum-computing-tools-with-pennylane-881322368.html 59 https:/ https:/quantum

69、- 年）29 本源量子合作61完成基于專用和通用量子計算真機的移動通信網絡優化算法實驗，驗證了算法加速潛力與應用場景可行性。量子模擬運用人工可控的量子系統模擬另外一個量子系統的性質和演化規律，應用范圍涵蓋能源、制藥、化工和生命科學等多個領域。2023 年，IBM 報道62在 127 位 Eagle 超導量子處理器上基于誤差緩解技術和量子伊辛模型，無需量子糾錯條件下實現對磁性材料簡化模型的自旋動態和磁化特性模擬。德國尤利希研究中心63利用量子計算機解決蛋白質折疊難題，提升尋找最低能量結構的成功率。牛津大學實現64基于網格的量子計算機化學模擬，探索基態準備、能量估計和電離動力學等方面問題。IBM

70、和克利夫蘭診所合作65，推出了醫療保健用量子計算機，加速生物醫學領域量子計算應用研究。量子人工智能將量子計算與人工智能相結合，旨在利用量子計算特性提升解決某些計算困難問題的效率，有望在機器學習、自動駕駛和機器視覺等應用領域中發揮作用。2023 年，谷歌聯合團隊報道66在超分子復合物動力學模擬中引入量子機器學習算法，揭示復雜物理系統中原子相互作用，從而加速量子化學的科學研究。摩根大通和 QC Ware 聯合67開展使用量子深度學習的對沖金融風險研究，可更有效地訓練預測模型。Zapata 等公司發布的共同研究68表明混合量子生成人 61 https:/ 62 https:/ 63 https:/w

71、ww.eurekalert.org/news-releases/977133 64 https:/www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7484 65 https:/ 66 https:/phys.org/news/2023-01-algorithm-enables-simulation-complex-quantum.html 67 https:/ 68 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）30 工智能生成的小分子比經典方案具有更理想特性。量子線性代數包含多種量子算法和方法，可用于因式分解和采樣搜索等計算困難問題，應用場景包含密

72、碼分析、數據挖掘、網絡搜索等領域。2023 年，中國科大報道69基于 144 模式的“九章二號”光量子計算原型機完成“稠密子圖”和“Max-Haf”兩類圖論問題求解，實驗證明了高斯玻色采樣為搜索算法帶來的加速。美國紐約大學70提出了可大幅減少量子邏輯門數或步驟的超大規模因式分解量子算法方案，分解 n bit 質因數僅需(3/2)邏輯門和運行+4次。需要說明的是，雖然近年來各類量子計算應用探索案例和成果的報道層出不窮，頗有亂花漸欲迷人眼之勢，但據同行評議的公開發表論文成果來看，大多屬于算法原理和應用可行性的驗證性報道，部分算法應用取得一定加速優勢，但距離業界期待的指數級加速和算力飛躍相去甚遠。換

73、言之，量子計算尚未在實用化計算復雜問題中展現出有現實意義的量子計算優越性或指數級加速優勢。究其原因，主要在于 NISQ 平臺的相干操控比特數、邏輯門保真度和電路深度等硬件性能仍極為有限，難以支撐有明確加速優勢的算法實施。以應用問題和算法研究的需求側優化，遷就 NISQ 硬件水平的供給側能力，難免巧婦難為無米之炊，提升硬件能力是突破應用的前提。2023 年美國 Gartner 發布技術成熟度曲線，如圖 12 所示，預測量子計算翻越了“過高期望”頂點，距離“生產力高原”仍需超過十年。如果 NISQ 平臺在未來數年內一直無法實現“殺手級”應用落地 69 https:/physics.aps.org/

74、articles/v16/s64 70 https:/arxiv.org/abs/2308.06572 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）31 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。來源：Gartner:Hyper Cycle of Compute（2023 年 7 月）圖 12 2023 年 Gartner 量子計算技術成熟度預測 量子計算發展演進可大致分為三個階段，一是實現量子計算優越性驗證（已完成）；二是能夠在若干具有實際應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

75、，尚無實現時間預期）。要實現“殺手級”應用突破，關鍵還在于提升量子處理器的硬件性能。根據業界專家分析，專用量子計算機“殺手級”應用突破，也可大致分為三個階段。以超導路線為例，一是相干操控比特數達數百位規模，邏輯門保真度達 99.9%以上時，可在運算復雜度和精度要求不高的組合優化場景中率先落地，有望未來3-5年實現；二是相干操控比特數達數千位規模，邏輯門保真度達 99.99%以上時，可實現量子模擬在多個領域的落地應用，有望未來 5-10 年實現；三是相干操控比特數達數萬位規模，邏輯門保真度滿足量子糾錯要求時，可在密碼分析等領域產生重要影響，預計還需 10 年以上。量子信息技術發展與應用研究報告（

76、2023 年）32(五五)量子計算產業鏈初具雛形，標準化成布局熱點量子計算產業鏈初具雛形，標準化成布局熱點 隨著量近年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，國內外各類型量子計算初創企業的大量涌現，以及應用行業企業的不斷加入，量子計算領域的產業鏈初具雛形，如圖 13所示，目前全球量子計算相關企業數量已超過 250 家，歐美企業聚集度最高，產業鏈各環節的參與者逐步增多，產業生態蓬勃發展。來源：中國信息通信研究院 圖 13 量子計算產業鏈與國內外代表性企業概況 量子計算產業鏈的上游主要涉及環境支撐系統、測控系統、各類光電元器件與線纜連接器等設備組件，是支持各種技術路線開展原型

77、機工程化研制的基礎保障。目前，多種量子計算處理器技術路線并行發展，對于上游供應鏈的需求各不相同，例如稀釋制冷機主要用于超導和硅半導體路線，真空系統主要用于離子阱和中性原子路線，高性能激光器和單光子探測器主要用于光量子路線。供應鏈需求的多元化量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）33 和碎片化是當前量子計算技術產業發展的一大特征，限制了上游供應鏈企業的技術攻關和規?；l展。國內外對比來看，歐美在量子計算上游支撐保障系統和元器件等方面，具有傳統產業的積累優勢，供應鏈企業數量、產品豐富程度和自主供給水平占據優勢。我國雖有部分企業開展布局和推出相關產品，但在加工制造設備、高性能光電元器件等一些

78、關鍵環節，仍需要進一步提升自主化水平，以保障量子計算技術研究、應用探索和產業培育的可持續發展。量子計算產業鏈中游主要由硬件和軟件研發制造企業構成，量子計算原型機研制是產業鏈的核心環節。目前，超導、離子阱、光量子、硅半導體和中性原子是產業界關注的主要技術路線，其中超導路線受到熱捧，國內外科技企業和初創企業集中度最高，硅半導體和拓撲技術路線也得到英特爾和微軟等科技企業支持，離子阱、中性原子和光量子技術路線以初創企業推動為主。近年來，量子計算編譯軟件、開發軟件和應用軟件等方面的創新創業高度活躍，涌現出大量初創企業，成為推動量子計算生態建設和應用場景探索的重要力量。國內外對比來看，我國在量子計算主要硬

79、件技術路線均有企業布局，超導和離子阱路線關注程度較高，但整體企業數量、規模和創新成果，以及科技企業在硬件攻關方面投入推動力度，相比歐美同行仍有較大差距。量子計算軟件生態方面，國內企業相對較少，在更新迭代速度、用戶數量和開源社區影響力等方面，和國外科技企業也有差距。量子計算產業鏈下游包括面向用戶提供服務的量子計算云平臺企業和在各領域開展應用探索的行業企業。目前，以 IBM、亞馬遜、微軟等科技企業為代表的量子計算云平臺，在后端量子計算硬件豐富量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）34 程度、軟件框架完備性、商業化運營模式等方面，已成為業界標桿。未來量子計算云平臺構建后端多種技術路線硬件的支

80、撐能力，實現編譯指令、中間表示和編程框架等層面的互聯互通，是重要發展方向。量子計算的潛在算力優勢受到金融、軍工、航空航天、汽車、制藥等眾多行業的歐美領軍企業的高度重視，行業企業與量子計算企業聯合開展應用探索已蔚然成風。對比來看，我國量子計算云平臺企業在后端量子計算硬件水平、平臺應用活躍度和商業化服務探索等方面，仍需進一步追趕。我國重點領域的行業企業對于量子計算應用探索的關注和投入有待進一步加強。在量子計算技術產業快速發展的同時，技術標準化也開始成為國內外標準化組織研究布局的熱點。國際標準方面，國際標準化組織和國際電工委員會（ISO/IEC）JTC1 成立了量子信息工作組（WG14），開展了量子

81、計算術語和詞匯標準研究，還在進一步討論成立量子技術聯合技術委員會（JTCQ）。國際電信聯盟（ITU-T）的網絡量子信息技術焦點組（FG-QIT4N）完成了盲量子計算和分布式量子計算等應用案例研究討論。電氣與電子工程師協會（IEEE）近期立項了多個量子計算標準項目，涉及術語定義、性能基準、功能架構、算法開發和能效測試等多個方面，發展趨勢值得高度關注。國內標準方面，全國量子計算與測量標準化技術委員會（TC578）組織開展了多項量子計算標準預研，2023 年發布我國首個量子計算國家標準 GB/T 42565-2023量子計算術語和定義，近期討論推動多個國家標準和研究課題的立項。全國信息技術標準化技術

82、委員會成立了量子信息標準工作組。目前，量子計算技術、產品和應用的成熟度還非常有限，相關標準化量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）35 工作應以基礎、功能和框架性研究為主。如果倉促針對特定技術路線或具體系統推動標準制定，可能導致標準內容與技術創新的發展脫節，甚至是對技術產業演進的負面影響，不利于行業整體發展。三、量子通信領域研究與應用進展(一一)QKD 科研成果亮點紛呈，實驗系統指標獲提升科研成果亮點紛呈，實驗系統指標獲提升 量子通信領域的量子密鑰分發（QKD）技術初步實用化，多種協議類型的 QKD 系統在國內外已經實現商用，但商用 QKD 系統的性能仍有明顯瓶頸，例如，單跨段現網光纖

83、傳輸距離通常在數十 km 范圍，密鑰成碼率通常為數 kbps 至數十 kbps 量級。進一步提升 QKD系統的傳輸距離和密鑰成碼率，對于遠距離傳輸、組網和高帶寬加密業務應用等具有重要意義，也是提升 QKD 技術實用化水平，破解應用推廣與產業發展困境的必由之路。制備-測量式 QKD 可采用離散變量（DV）協議（如誘騙態 BB84）和連續變量（CV）協議（如高斯調制相干態）等實現，是商用化 QKD系統的主要技術方案。量子態編解碼可利用光信號的不同自由度實現，如偏振、相位、相鄰脈沖間的位置和相位差等。制備-測量式 QKD 的密鑰成碼率與傳輸效率相關，難以突破單跨段 500km 光纖傳輸距離極限。此外

84、，QKD 接收端探測器的不理想特性可能導致側信道安全漏洞，成為系統現實安全性的風險點。2018年提出的雙光場（TF）協議采用兩端制備-中心測量式架構，可以消除探測器引入的側信道安全漏洞，同時將理論成碼率提高到與傳輸效率的平方根相關，突破量子信道容量的 PLOB 界限。近年來，量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）36 隨著發送或不發送（SNS）協議、雙向經典通信（TWCC）和主動奇偶校驗等協議和方案的改進，TF-QKD 已經成為業界公認的下一代遠距離、高安全性 QKD 技術方案，也是提升系統極限傳輸能力的研究熱點，代表性 QKD 實驗系統的傳輸距離提升趨勢如表 5 所示。表 5 近年來

85、 QKD 實驗系統傳輸距離提升趨勢 協議協議 類型類型 距離距離/損耗損耗 密鑰成碼率（密鑰成碼率（bps）時間時間 機構機構 BB84 實驗室 421 km 6.5 2018 日內瓦大學 TF 實驗室 90.8 dB 0.045 2019 東芝歐研 TF 實驗室 502 km 0.118 2020 中科大 TF 實驗室 509 km 0.269 2020 中科大 TF 實驗室 605 km 0.97 2021 東芝歐研 TF 現網 511 km 3.45 2021 中科大 TF 實驗室 658 km 0.092 2022 中科大 TF 實驗室 830 km 0.014 2022 中科大 PM

86、P 實驗室 508 km 42.64 2023 北京量子院 TF 實驗室 615km 0.32 2023 北京量子院 TF 實驗室 1002 km 499 km 0.0034 47.9 2023 中科大 來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 10 月）2023 年，中科大團隊報道71了采用 SNS-TF-QKD 協議、主動奇偶校驗方法、雙波段相位估計和超低噪聲超導納米線單光子探測器（SNSPD）的 1002km 系統傳輸實驗，如圖 14（a）所示，密鑰成碼率為 0.0034bps，首次將 QKD 系統的光纖極限傳輸距離提升到千公里量級，200km 距離的密鑰成碼率可達 47kbps。T

87、F-QKD 的中間探測端借助兩端信號的單光子干涉結果作為有效探測事件，需要兩個發送端獨立激光器的波長和相位嚴格匹配。系統在傳輸信道之外還需要相位參考光信道，以實現基于參考光測量的相位跟蹤和鎖定，降低了現網 71 https:/doi.org/10.1103/physrevlett.130.210801 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）37 部署的實用性。北京量子院團隊提出72異步配對探測符合計數和無參考光信道的開放式 PMP-QKD 架構，如圖 14（b）所示，簡化了系統配置提升了實用化水平，在508km光纖距離實現了42.64 bps成碼率。來源：Phys.Rev.Lett.1

88、30,210801,250801,Nature Photonics v17,p416421,p422426 圖 14 2023 年 QKD 系統實驗的代表性成果 提升 QKD 系統的密鑰成碼率指標是另一個重要研究目標。2023年，中科大聯合團隊報道73，基于 2.5GHz 工作頻率系統、光源編碼集成器件、8 通道集成 SNSPD 和高速實時后處理技術，如圖 14（c）所示，實現了 10km 光纖距離誘騙態 BB84 協議 QKD 系統中 115.8 Mbps密鑰成碼率新紀錄。瑞士應用物理集團報道74了 2.5GHz 工作頻率，14 通道集成 SNSPD 的 BB84 協議 QKD 系統，如圖

89、14（d）所示，10km 距離 64Mbps 密鑰成碼率。上述四個實驗基本代表了 DV-QKD實驗系統當前的最高水平，需要指出，單光子干涉和 SNSPD 等要素 72 https:/doi.org/10.1103/physrevlett.130.250801 73 https:/doi.org/10.1038/s41566-023-01166-4 74 https:/doi.org/10.1038/s41566-023-01168-2 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）38 導致實驗系統向商用化系統的科研成果轉化難度極高，基于 TF 方案的商用化 QKD 系統，短期內尚無實用化前景

90、。CV-QKD 在中短距離范圍有密鑰成碼率優勢，同時系統集成度和供應鏈成熟度等方面更具競爭力，是未來城域 QKD 應用主流。2023年，山西大學報道75采用改進 16-APSK，2.5G 波特率的離散調制協議CV-QKD 系統，在 80km 距離可實現 2.11 Mbps 密鑰成碼率。西南通信研究所報道76采用高斯調制協議、工作頻率 1GHz、全數字解調算法系統，實現 100km 距離 0.51 Mbps 密鑰成碼率。北大基于連續模式光場理論對高速 CVQKD 系統引入線性數字信號處理的安全性給出初步證明和要求77。北郵提出78點到多點 CV-QKD 協議，消除不同鏈路相關性，提升組網可擴展性

91、。上海交大報道79采用發送端光源集成方案，工作頻率 0.5GHz 系統實現 50km 距離 0.75 Mbps 密鑰成碼率。北郵提出點到多點 CV-QKD 協議，消除不同鏈路相關性，提升組網可擴展性，與西南通信研究所聯合在 ECOC2023 報道實現 8 用戶 PON網絡中 6Mbps 密鑰成碼率。丹麥科技大學報道80接收端集成方案的10G 波特率調制系統，實現 10km 距離 300 Mbps 密鑰成碼率。(二二)QKD 應用持續探索，標準研制取得階段性成果應用持續探索，標準研制取得階段性成果 基于 QKD、QSDC、量子隨機數發生器（QRNG）等技術的量子保密通信，需要與通信和信息安全領域

92、的行業企業和用戶聯合開展產 75 https:/doi.org/10.1364/OL.492082 76 https:/doi.org/10.1364/OL.485913 77 https:/doi.org/10.1038/s41534-023-00695-8 78 https:/arxiv.org/abs/2302.02391 79 https:/doi.org/10.1364/PRJ.473328 80 https:/arxiv.org/abs/2305.19642 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）39 品研發和應用探索，明確系統融合方案和加密應用場景，才能為有高安全性需求的

93、用戶提供切實有效和成本收益合理的解決方案，進而帶動技術產品規?；渴鸷彤a業化發展。近年來，量子保密通信企業與通信網絡營運商合作開展技術驗證和應用探索已漸成趨勢，在企業合作和網絡建設方面取得一定進展。中國移動與國科量子聯合組建了信通數智量子科技有限公司，中國電信與科大國盾聯合組建了中電信量子科技有限公司。包含 8 個核心節點和 159 個接入節點，總長度達到 1147 km 的合肥量子保密通信城域網建成，為市、區兩級黨政機關的電子政務網絡提供量子安全接入和數據傳輸加密服務。2023 年中國電信進一步投資 30 億元在安徽成立了中電信量子信息科技集團有限公司，推動量子通信產業化，并布局量子計算和量

94、子測量等領域能力開發。歐盟多國在歐洲量子通信基礎設施（EuroQCI）計劃的資金支持下，開始啟動量子通信實驗網絡和基礎設施建設。西班牙 Madrid Quantum 項目將建設覆蓋馬德里大都市區量子通信城域網，法國、愛爾蘭和丹麥等國也開始建設量子通信試驗網絡并開展相關技術產品測試。QKD等技術和不同類型ICT系統及網絡融合應用研究持續開展。中國電信聯合華為技術、烽火通信、科大國盾等企業開展了 QKD 與光傳送網（OTN）設備融合組網的原型產品開發和測試驗證，推出了量子保密傳送網和 OTN 融量子加密專線等概念方案。2023 年，中國電信聯合團隊報道81了基于少模光纖（FMF）和分離光放系統的

95、QKD 81 https:/doi.org/10.1364/OL.500406 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）40 與經典光通信系統共纖傳輸實驗，在 100.96 km FMF 和經典光通信帶寬 1 Tbps 條件下，實現 2.7 kbps 密鑰成碼率。華夏銀行聯合北京量子院開展 QSDC 在銀行關鍵數據加密傳輸的應用探索。日本東芝和軟銀合作，在英國建立量子技術中心，開發兼容 QKD 接口的虛擬專用網（VPN）路由器產品，完成基于 IPSec 協議的量子加密 VPN 通信技術實驗。英國 Bristol 大學報道82將 QKD 設備與 5G 天線后端前傳網絡設施結合，測試驗證 5

96、G 前傳光信道中使用量子加密技術可行性。意大利電信集團與 QTI 公司合作開展工業網絡中的 QKD 應用演示，為工控交換機和邊緣云計算節點的數據傳輸提供加密保護。2023 年 8 月，工信部等四部門聯合發布新產業標準化領航工程實施方案（2023-2035 年）83。方案對量子信息領域標準化工作提出明確指導意見：開展量子信息技術標準化路線圖研究。加快研制量子信息術語定義、功能模型、參考架構、基準測評等基礎共性標準。聚焦量子計算領域，研制量子計算處理器、量子編譯器、量子計算機操作系統、量子云平臺、量子人工智能、量子優化、量子仿真等標準。聚焦量子通信領域，研制量子通信器件、系統、網絡、協議、運維、服

97、務、測試等標準。聚焦量子測量領域，研制量子超高精度定位、量子導航和授時、量子高靈敏度探測與目標識別等標準。量子保密通信領域技術標準體系初步構建，關鍵技術產品和網絡相關標準研制取得階段性成果。在系統器件標準方面，中國通信標準化協會（CCSA）量子通信與信息技術特設任務組（ST7）陸續發布了 82 https:/doi.org/10.1364/JOCN.483644 83 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）41 量子密鑰分發系統技術要求和測試方法，QRNG 和單光子探測器（SPD）等關鍵系統與器件行業標準，為量子保密通信領域的技術產品研發和應用部署提供了規范化引導和支持

98、。2023 年，YD/T 4303-2023基于 IPSec 協議的量子保密通信應用設備技術規范和 YD/T 3834.2-2023量子密鑰分發（QKD）系統技術要求 第 2 部分：基于高斯調制相干態協議的 QKD 系統 行業標準發布實施，為基于 IPSec協議的量子加密 VPN 和終端設備，以及新型 CV-QKD 系統提供了標準指導。量子保密通信系統中具備商用化能力的 QKD、QRNG 和加密應用等核心設備已初步實現標準化。同時，在量子信息網絡產業聯盟（QIIA）組織開展的量子保密通信產品標準實施驗證測評活動中，科大國盾、啟科量子、弦海量子等廠家的 QKD 和 QRNG 等產品通過相關標準驗

99、證測評，促進了標準實施應用和行業規范化發展。在 QKD 網絡標準方面，ITU-T 在 SG13、SG17 和 SG11 研究組，開展十余項新標準項目研究，涉及 QKD 網絡互聯互通、網內和網間接口與協議定義、QKDN 網絡可信中繼節點的安全框架等內容，中國成員單位是相關項目的主要推動力量。GB/T 42829-2023 量子保密通信應用基本要求 正式發布，成為我國量子通信領域的首個國家標準。CCSA-ST7 制定的 YD/T 4301-2023量子保密通信網絡架構、YD/T 4302.1-2023量子密鑰分發（QKD）網絡 網絡管理技術要求 第 1 部分：網絡管理系統（NMS）功能和 TD/T

100、 4410.1-2023 的量子密鑰分發（QKD）網絡 Ak 接口技術要求 第 1 部分：應用程序接口（API）等行業標準相繼發布。QKD 網絡相關標準將助力提升我國 QKD 網絡建設、運維、管理能力和量子保密通信應用和服務水平。量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）42 在 QKD 安全性標準方面，在 ISO/IEC JTC1 SC27 立項，由我國成員單位牽頭研制的 ISO/IEC 23837-1/2QKD 安全要求與測試評估方法兩項國際標準，歷時五年編制和討論，在 2023 年正式發布，為 QKD 技術、系統和產品的現實安全性評估奠定基礎。歐洲電信標準化協會（ETSI）也發布了

101、GS QKD 016QKD 模塊安全評估保護框架（PP），提出了制備-測量式 QKD 協議實施和物理系統實現的指導要求，可用于支持對廠家提供 QKD 系統模塊開展安全性評估與認證。CCSA-ST7 的 QKD 系統安全技術要求等行業標準也在編制討論過程中。后續，根據相關國際和國內標準，組織開展 QKD 系統和產品的現實安全性測試驗證與評估，將是未來量子保密通信領域標準實施驗證和測評關注的重要方向。(三三)量子信息網絡關鍵核心技術研究取得一定進展量子信息網絡關鍵核心技術研究取得一定進展 量子信息網絡（QIN），也稱量子互聯網，基于量子糾纏操控、量子隱形傳態、量子存儲中繼和量子頻率轉換等關鍵技術，

102、實現量子態信息在量子計算機和量子傳感器等處理節點間的傳輸和組網，可以指數級提升量子信息處理能力，是量子計算、量子通信和量子測量融合發展的終極目標和演進方向，已成為全球量子信息領域開展科研攻關和實驗探索的重點方向。2023 年，QIN 關鍵技術和使能組件的科研工作亮點頻出，代表性成果如表 6 所示。量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）43 表 6 2023 年量子信息網絡科研進展概況（發表時間排序）研究機構研究機構 主要技術成就主要技術成就 期刊期刊 奧地利 Innsbruck 230 米光纖信號鈣離子間量子糾纏 PRL 奧地利 Innsbruck 基于量子中繼實現 50 公里光纖糾纏

103、傳輸 PRL 中國 南京大學 遠距離多粒子糾纏全光量子中繼協議 OL 英國 牛津大學 基于離子阱實現 10s 量子存儲 PRL 美國 芝加哥大學 中性原子微波-光波轉換（效率 0.58）Nature 中國 中科大等 電信和近可見波段單光子轉換（效率 0.73）npj QI 中國 南京大學 四光子 Dicke 態制備（保真度 0.817）PRL 奧地利 ISTA 等 微波光子-光學光子糾實驗 Science 中國 中科大 51 個 qubit 糾纏態制備（保真度 0.637）Nature 中國 電子科大 鈮酸鋰芯片 200 ns 多模光量子存儲 Science 中國 北京大學 硅基光量子芯片間的

104、高維量子糾纏網絡 Science 美國 林肯實驗室 50 公里三節點光纖 QIN 原型試驗 ArXiv 加拿大 Calgary 提出衛星中繼的廣域量子信息網絡方案 PRA 波蘭 華沙大學 里德伯原子光-微波頻率轉換（效率 0.5）Nature 來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 10 月）量子信息網絡基于量子糾纏制備和量子隱形傳態實現量子態信息傳輸，提高量子糾纏制備和分發的效率和保真度是實現量子信息網絡的基礎環節，相關研究和實驗持續推進，在多體糾纏態制備分發等方面取得一定進展。2023 年，奧地利因斯布魯克大學報道84在相距 230米的兩個鈣離子之間實現遠距離糾纏，保真度達 0.88

105、2。南京大學報道85首次在硅基光量子芯片上實現四光子 Dicke 態的制備及高精度相干調控，保真度達 0.8170.003。中科大報道86成功實現 51 個超導量子比特糾纏態制備驗證，保真度達 0.6370.030。北京大學87報道基于硅基光量子芯片實現集成芯片間的高維量子糾纏網絡，并提出高維量子糾纏自修復方法，可快速恢復在傳輸過程中已退化的糾纏。84 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.050803 85 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.223601 86 https:/doi.org/10.1038/s

106、41586-023-06195-1 87 https:/doi.org/10.1126/science.adg9210 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）44 量子中繼是擴展量子信息網絡傳輸和組網能力的關鍵使能技術，主要分為含存儲量子中繼和全光量子中繼兩類方案，其中含存儲量子中繼是當前主流發展方向，實驗進展成果豐富。2023 年，美國普林斯頓大學報道88摻鉺的鎢酸鈣晶體可在電信頻段發出彼此無法區分的光子，有望用于固態量子中繼器的實驗。奧地利因斯布魯克大學報道89利用兩個鈣離子作為量子存儲器的量子中繼實驗，實現超 50 公里光纖的電信波段傳輸。全光量子中繼90無需量子存儲器，為量子中

107、繼提供了另一種思路。美國德克薩斯大學91報道基于測量的容錯單向全光量子中繼方案，簡化了全光中繼的局部操作。南京大學報道92提出和驗證了用于實現遠距離多粒子糾纏分發的全光量子中繼協議。量子存儲器是含存儲量子中繼方案的核心組件，用于實現光子糾纏態的存儲和讀取。當前基于多種不同類型存儲介質和技術協議方案的量子存儲器處于開放探索階段，部分量子存儲器的單項性能指標逐漸接近實用化水平，但距離同時滿足所有指標的實用化要求尚有差距。2023 年，牛津大學報道93基于離子阱量子信息網絡節點實現了高穩定性量子存儲器，在存儲時間超過 10s 后，離子-光子糾纏保真度仍保持在 0.81(4)。電子科大等聯合團隊94基

108、于原子頻率梳協議在摻鉺鈮酸鋰波導芯片上實現了通信波段集成多模光量子存儲，存儲時間為 200 ns，存儲帶寬為 4GHz，內部存儲效率為 2.830.03%。88 https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06281-4 89 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.213601 90 https:/doi.org/10.1038/ncomms7787 91 https:/doi.org/10.21203/rs.3.rs-2536477/v1 92 https:/doi.org/10.1364/OL.482287 93 https:

109、/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.090803 94 https:/doi.org/10.1126/sciadv.adf4587 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）45 量子頻率轉換器用于實現微波及光波等量子態信號的相干轉換，是構建量子信息網絡物理接口的關鍵技術，現有原子輔助、電光、光電機械等多種轉換方案并行發展，轉換效率和轉換帶寬等關鍵指標性能逐步提升。2023 年，美國芝加哥大學等聯合團隊95在低溫環境下利用中性原子實現微波光子到光學光子的轉換，轉換效率峰值可達 58%，轉換帶寬為 360kHz。中科大等聯合團隊報道96基于鈮酸鋰芯片實現電信波段

110、和近可見光波段的光子頻率轉換，內部轉換效率可達 73%。奧地利科學技術研究所97在科學發文首次成功實現微波光子與光學光子之間的糾纏轉換，對擴展現有量子計算硬件規模，實現量子計算互連組網，以及網絡增強量子傳感器具有重要意義。當前，量子存儲、量子中繼、量子頻率轉換等量子信息網絡關鍵技術仍處于理論與實驗研究的開放探索階段，部分性能指標得到提升，但整體距離實用化水平還有很大差距，量子糾纏源、單光子探測器和耦合連接器等使能組件的性能指標有待進一步提升。作為歐美等國量子通信領域發展的重點方向，量子信息網絡關鍵技術研究和使能組件攻關未來可能加速發展演進，成為量子科技國際競爭的新熱點。(四四)歐美積極推動量子

111、信息網絡組網技術試驗驗證歐美積極推動量子信息網絡組網技術試驗驗證 量子信息網絡目前主要處于基礎研究與實驗探索階段，關鍵技術與使能組件仍有技術瓶頸尚未突破，實用化前景尚不明確，但其實現量子計算機互聯組網，指數級提升量子信息處理能力的應用潛力巨大，95 https:/doi.org/10.1038/s41586-023-05740-2 96 https:/doi.org/10.1038/s41534-023-00704-w 97 https:/doi.org/10.1126/science.adg3812 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）46 已成為歐美國家布局的重點發展方向之一。近

112、年來，歐美研究機構和行業組織等，通過合作項目、組網實驗和平臺建設等多種方式，加快推動技術試驗與測試驗證，主要動態如表 7 所示。表 7 近期歐美地區 QIN 項目、測試平臺及組網實驗列表 地區地區/國國家家 研究研究/行業機構行業機構 QIN 項目規劃項目規劃/測試平臺測試平臺/組網實驗組網實驗 歐洲 量子互聯網聯盟 項目規劃 量子互聯網七年計劃 歐盟資助 LaiQa 項目 西班牙 IMDEA 網絡研究所等 MADQuantum-CM 項目 荷蘭 代爾夫特理工 組網實驗 三節點量子信息網絡 英國 布里斯托大學 六用戶量子信息網絡 美國 NIST 測試平臺 NG-QNet 項目 EPB&Qubi

113、tekk EPB 量子網絡服務 Qunnect GothamQ 網絡測試床 Qunnect&紐約大學 組網實驗 16 公里量子網絡鏈路實驗 林肯實驗室 50 公里三節點 QIN 實驗 加拿大 卡爾加里大學等 組網實驗 基于衛星 QIN 組網實驗 加拿大+歐洲 滑鐵盧大學等 組網項目 HyperSpace 量子衛星項目 來源：中國信息通信研究院（截至 2023 年 10 月）歐盟多國在地平線歐洲計劃和量子旗艦計劃等項目支持下，加大量子信息網絡研發投入力度，通過建立合作項目、組織應用競賽和支持創業企業等多種形式，加快推動量子信息網絡組網實驗與應用探索。2023 年，多家歐洲機構聯合啟動 LaiQa

114、 項目98，以構建全球量子互聯網為目標，開發三種不同光子源、實用化量子存儲器、以及連接衛星和地面站的先進光纖耦合/自適應光學系統等組件。歐洲量子互聯網聯盟（QIA）啟動“七年計劃”99，計劃投入 2400 萬歐元開發歐洲首個 98 https:/www.tno.nl/en/newsroom/2023/09/laiqa-european-quantum-internet-space 99 https:/quantuminternetalliance.org/2022/10/14/the-quantum-internet-alliance-will-build-an-advanced-europe

115、an-quantum-internet-ecosystem/量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）47 大規模量子互聯網。9 月，QIA 啟動首屆“量子互聯網應用挑戰賽”100，鼓勵量子愛好者參與 QIN 應用組網原型設計開發和應用探索。荷蘭代爾夫特理工（TUD）是歐洲 QIN 研究探索的引領者，率先實現了三節點組網實驗，報道101基于糾纏 QIN 鏈路層協議進行了實驗演示。此外，TUD 還孵化了 Q*Bird、Qblox、QphoX 等多個初創企業，成為QIN 產業化的先驅。英國布里斯托大學報道102了一種動態多協議糾纏分發量子信息網絡，實現六用戶間的量子通信。德國電信開設量子實驗室

116、103，提供量子光學基礎設施和 2000 公里測試光纖網絡，聚焦量子糾纏技術的電信網絡應用，探索構建量子物聯網。美國一直高度重視發展量子信息網絡，2020 年發布了 美國量子網絡戰略，近期通過搭測試平臺和開展組網實驗，為 QIN 的開發和應用提供基礎設施和技術儲備，加速應用探索。2023 年，DoE 宣布104撥款 2400 萬美元用于 QIN 研究開發，推動分布式量子計算網絡應用探索。NIST 長期支持 QIN 基礎組件研發及組網測試，構建測試平臺“NG-QNet”表征和驗證 QIN 的基礎組件功能實現105。林肯實驗室等聯合發布報道106在波士頓地區構建了 50 公里三節點量子網絡實驗床（

117、BARQNET），測試量子態信號傳輸特性和補償機制。美國企業也在積極布局量子信息網絡研發與測試驗證，亞馬遜量子網絡研究中心報 100 https:/quantuminternetalliance.org/quantum-internet-application-challenge-2023/101 https:/doi.org/10.1038/s41534-022-00631-2 102 https:/ieeexplore.ieee.org/document/9748401/authors 103 https:/ 104 https:/science.osti.gov/ascr 105 htt

118、ps:/www.nist.gov/programs-projects/quantum-communications-and-networks 106 https:/doi.org/10.48550/arXiv.2307.15696 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）48 道107研制了基于金剛石色心的新型量子網絡光接口。EPB 與 Qubitekk合作推出美國首個商業 QIN 平臺“EPB 量子網絡”108，并開始為網絡實驗接受用戶申請。Qunnect 開發了量子信息網絡測試平臺“GothamQ”109，與紐約大學合作測試 16 公里 QIN 鏈路?；F盧大學110宣布將與歐洲團隊

119、聯合開展“HyperSpace”合作項目，旨在實現跨大西洋的量子衛星鏈路和洲際量子通信組網。加拿大卡爾加里大學和佛羅里達大學合作111提出了基于衛星中繼的量子信息網絡組網方案并完成仿真實驗。近年來，歐美在量子通信領域的研究重點已逐步轉向了量子信息網絡方向，在基礎研究和技術實驗等方面發展迅速，有可能率先取得技術和應用突破。對比來看，我國量子通信領域的技術研究和應用探索仍主要集中在 QKD 領域，在量子信息網絡原型研發和測試驗證等方面的推動力度和創新成果有限，需要進一步加強布局投入。(五五)PQC 首批算法標準發布，應用推廣仍任重道遠首批算法標準發布，應用推廣仍任重道遠 以 RSA、ECDH 和

120、ECDSA 等算法為基礎的公鑰密碼體系，是當今互聯網信息安全的基石，為信息傳輸過程中的機密性、完整性和不可否認性提供了底層安全保障。在量子計算技術迅速發展的背景下，大數分解和橢圓曲線離散對數等底層數學難題可能被未來的大規模 107 https:/ https:/ https:/www.nyu.edu/about/news-publications/news/2023/september/nyu-takes-quantum-step-in-establishing-cutting-edge-tech-hub-in-.html 110 https:/uwaterloo.ca/news/scienc

121、e/connecting-canada-and-europe-through-quantum-satellite?utm_source=miragenews&utm_medium=miragenews&utm_campaign=news 111 https:/journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.20.024048 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）49 可容錯通用量子計算機快速破解，從而對以現有公鑰密碼技術為基礎的網絡信息安全體系造成嚴重威脅。對于需要長期保護的敏感信息，例如生物特征信息、軍事外交情報

122、等，已經開始面臨“先獲取后破解”的現實風險。全球各國信息安全管理機構和密碼學界對此高度重視，提出以新型底層數學難題構建全新公鑰加密算法和標準，應對量子計算破解威脅的技術方案，即后量子加密（PQC）。來源：中國信息通信研究院 圖 15 美國 NIST 后量子加密（PQC）算法標準化歷程 PQC 技術產業發展具有鮮明的方案競爭和標準先行特性，美國是 PQC 算法標準制定的引領者，歐美科技巨頭和密碼學界是重要貢獻者。美國 NIST 推動 PQC 算法標準化的歷程如圖 15 所示，2016 年啟動 PQC 算法的全球征集，通過收集全球利益相關方的算法提案，并在密碼學社區進行公開評議、破解驗證和修訂更新

123、等形式，在 2017至 2022 年間推動了四輪 PQC 算法評選，從 69 項有效算法提案中，評選出一種密鑰交換機制（KEM）和三種數字簽名算法（DSA）作為標準化對象。2023 年 8 月，NIST 發布三項 PQC 標準草案征求意見量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）50 112，包括 FIPS.203113基于 CRYSTALS-KYBER 算法的含錯誤學習模塊化格密鑰交換機制（MLWE-KEM）、FIPS.204114基于 CRYSTALS-DILITHIUM 算法的含錯誤學習模塊化格數字簽名算法（ML-DSA）、FIPS.205115基于 SPHINCS+算法的無狀態哈希

124、數字簽名算法（SLH-DSA）。預計上述三種 PQC 算法將在 2024 年發布正式標準，基于FALCON 算法的 PQC 數字簽名算法將在一年內輸出標準草案，其他KEM、DSA 算法的新一輪征集也還在持續進行中。隨著 PQC 標準初具雛形，歐美在 PQC 產業化方面也加快推進，搶占先機。2022 年 5 月，拜登政府發布行政令116，提出在 2035 年前，由國家安全局（NSA）和NIST負責及時完成美國國家信息系統的PQC升級遷移，為應用推廣扣響了“發令槍”。2023 年 1 月，互聯網工程任務組（IETF）成立后量子應用協議工作組（PQUIP），開始從加密技術標準和網絡協議升級等方面開展

125、研究與推動。10 月，PQUIP 發布面向工程師的后量子密碼報告117，分析 PQC 標準算法特性、過渡時間表、算法替換升級方案等具體技術問題。7 月，NIST 聯合國家網絡安全卓越中心（NCCoE）發起“向 PQC 遷移”計劃118，提出升級項目工作流程，推薦 28 家 PQC 技術產品供應商，包含 IBM、亞馬遜、思科等科技巨頭和 SandboxAQ、PQShield 等初創企業。8 月，美 112 https:/csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography 113 https:/csrc.nist.gov/pubs/fips/203/i

126、pd 114 https:/csrc.nist.gov/pubs/fips/204/ipd 115 https:/csrc.nist.gov/pubs/fips/205/ipd 116 https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2022/05/04/national-security-memorandum-on-promoting-united-states-leadership-in-quantum-computing-while-mitigating-risks-to-vulnerable-cryptograph

127、ic-systems 117 https:/www.ietf.org/id/draft-ietf-pquip-pqc-engineers-01.html 118 https:/csrc.nist.gov/News/2021/migration-to-post-quantum-cryptography-proj-desc 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）51 國網絡安全與基礎設施安全局（CISA）、NSA 和 NIST 三部門聯合發布為量子準備：遷移到后量子密碼學文件119，為機構和企業開展PQC 升級應用，提出制定升級路線圖、編制密碼清單、測試驗證 PQC技術產品等指導意見。9

128、月，IBM、微軟、MITRE、PQShield、SandboxAQ和滑鐵盧大學成立 PQC 聯盟，推動 PQC 遷移標準研究，創建技術材料，組織測試驗證等活動。谷歌 Chrome 瀏覽器（版本 116）已集成KYBER-768 算法，與傳統橢圓曲線算法提供混合保護。PQC 算法標準的推出，拉開了全球 PQC 技術產業化序幕。我國需加快 PQC 相關算法研究、評估和標準化進程，推動技術產品研發、應用部署推廣和培育領軍企業，在技術產業競爭中占據一席之地，掌握自主可控的量子時代信息安全保障能力。雖然 NIST 發布第一批PQC 算法標準為業界提供了基礎指引，但信息安全系統的 PQC 遷移與大規模應用

129、部署，仍然任重道遠。首先，由于對量子計算破解能力的研究尚不深入，PQC 算法標準化采用“不把所有雞蛋放在一個籃子”策略，提供了多種算法標準互為備份，且仍在持續進行征集與評估。算法標準多樣性一定程度上提升了安全性，但也為下游產品開發、測試評估、標準更新和應用部署引入更多不確定性。其次，PQC 技術標準要從算法文件走向產品應用，還需要進行大量的產品級和系統級的研究開發、測試驗證和更新適配等工作，才能明確標準中提出的密鑰、密文和簽名參數，以及計算處理和故障處理等能力要求，完成與目標系統架構和環境的適配和升級。最后，公鑰加密算法在通信和互聯網 119 https:/www.cisa.gov/news-

130、events/news/cisa-nsa-and-nist-publish-new-resource-migrating-post-quantum-cryptography 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）52 的大量協議和標準中廣泛應用，加密算法更新需要大量的通信協議和標準進行更新迭代，不同技術標準組織和機構的需要全面完成升級，才能保證加密應用的互聯互通。通信與信息安全領域的標準協議種類繁多、數量龐大，且存在長尾效應和監管限制，預計相關標準更新和系統遷移的過程將相當漫長。四、量子測量領域研究與應用進展(一一)基礎研究成果亮點紛呈，量子優勢越發明顯基礎研究成果亮點紛呈，量子優勢越

131、發明顯 與量子計算和量子通信的理論和實驗研究起源于上世紀八十年代不同，量子測量技術（也稱量子傳感、量子探測等）的發展歷史更加悠久，原子鐘、核磁共振成像、電荷耦合器件等技術和產品已經在生產生活中廣泛應用，成為信息感知和獲取中不可或缺的重要組成部分。早期量子測量技術通常利用能級躍遷、光電效應等量子力學原理實現物理量探測，但對微觀粒子的調控和觀測能力還較為有限。隨著量子科技的不斷發展，以及對微觀粒子系統認識和測控能力不斷提升，大量新型量子測量技術和產品不斷涌現，量子測量已成為量子信息領域技術方向多元、應用場景豐富和產業化發展迅速的代表。量子測量通過對原子、離子和光子等微觀粒子體系及其中量子態的制備、

132、調控和觀測，實現對外界物理量變化更加準確、精細和可靠的測量與探測。量子測量典型技術方案包括冷原子干涉、核磁/順磁共振、金剛石色心、無自旋交換弛豫原子自旋（SERF）、量子糾纏或壓縮增強探測等；被測物理量包括頻率、時間、重力場、加速度、角速度、磁場、電場、溫度、物質痕量等；應用場景涉及基礎科研、國防量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）53 軍工、航空航天、定位導航、環境監測、生物醫療、資源勘測等眾多行業領域。量子測量不僅可以帶來測量精度、靈敏度等關鍵指標的數量級提升，還可以基于微觀粒子系統的獨特優勢，在測量可靠性和空間分辨率等方面提供全新測量傳感方案和應用。來源：（a）PRL 130,

133、133602；（b）Sci.Adv.9,eadg1760;（c）Nat.Phys.19,14181422 圖 16 量子測量實驗體現量子優勢的代表性成果 近年來，量子測量領域科研成果亮點紛呈，突破經典測量的物理極限，展現“量子優勢”成為發展熱點。2023 年，上海交通大學和華東師范大學聯合團隊提出120一種具有最優資源分配的量子干涉儀噪聲壓縮保護方案，實驗結果表明干涉儀在高路徑損耗的情況下，測量結果仍能夠突破標準量子極限。英國布里斯托爾大學團隊提出121基于壓縮態頻率梳的量子增強吸收光譜測量方法，如圖 16（a）所示，當壓縮比為 10dB 時，測量信噪比將比標準量子極限高一個數量級；當壓縮比為

134、 15dB 時，信噪比有望達到標準量子極限的 30 倍。上海交通大學團隊提出122一種基于糾纏雙光束的量子磁梯度儀，如圖 16（b）所示，測量頻段覆蓋 7Hz6MHz，其測量結果比量子噪聲極限低 5.5dB。120 https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.073601 121 https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.133602 122 https:/www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.a

135、dg1760 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）54 法國里昂高等師范學院團隊報道123在微波量子雷達中實現了量子優勢，如圖 16（c）所示，利用超導電路實現微波量子態的糾纏產生、存儲和操控，可以計算微波場中的光子數量。實現的微波量子雷達性能比經典雷達高出 20%。意大利都靈理工大學和荷蘭代爾夫特理工大學聯合團隊124在量子增強非干涉定量相位成像領域實現了量子優勢，通過測量信號光和閑置光的一階強度實時獲得全場相位恢復，計算皮爾遜相關系數明顯低于經典方法。蘭州大學團隊125利用 Floquet 束縛態克服含噪量子計量中的不可行原理（No-Go Theorem），通過對Ramsey 干

136、涉儀的原子進行周期性驅動，當原子與噪聲組成的系統形成Floquet束縛態時，其頻率測量的精度將恢復到理想的t2標度關系，還允許精度隨著原子數 N 恢復到理想的海森堡極限標度 N2，同時恢復了噪聲量子計量精度隨原子數和編碼時間的標度優勢?；诹孔蛹m纏和壓縮的量子測量方案理論上能夠突破標準量子極限，從而逼近海森堡極限，在計量、成像、科研等領域具有廣闊的應用前景。但目前上述方案的技術成熟度仍然是一個重要瓶頸因素，要達到實用化仍需要克服許多技術難題和挑戰。例如，量子系統的穩定性和可擴展性、環境噪聲和干擾、測量設備的精度和靈敏度等都是需要解決的關鍵問題。此外，量子測量方案的應用不僅需要解決技術問題，還需

137、要考慮實際應用場景中的因素，例如一些量子測量方案需要在特定的環境條件下才能實現高精度的測量。因此，在將量子測量方案應用于實際場景時，需要考慮如何將這些方案與具體應用環境需 123 https:/ 124 https:/ 125 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.050801 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）55 求相結合?？傮w而言，雖然基于量子糾纏和壓縮的量子測量方案有廣闊的應用前景，但實現這些應用仍然需要克服許多技術和工程挑戰。未來隨著技術的進步和應用需求的增長，期待看到更多科研和實驗的進展，推動新型量子測量方案的實用化。(二二)量子

138、量子 PNT 戰略價值突出，成為各國關注熱點戰略價值突出，成為各國關注熱點 衛星定位、導航、授時（PNT）技術通過全球導航衛星系統（GNSS）例如 GPS 和北斗，發送星載原子鐘產生的高精度時間信號，通過接收器對多顆衛星進行時間信號接收和距離計算，確定接收器的精確位置信息，并根據運動過程中的實時位置計算實現導航功能?；谛l星的 PNT 技術能夠實現精確定位、高效導航和準確授時，對于現代信息社會中的交通出行、公共安全、減災救援等生產生活應用，乃至航空航天和軍工國防等國家安全應用，都具有重要戰略價值，已成為構建空天地一體化時空信息基礎設施，推動信息化和智能化轉型的重要支柱。然而，衛星 PNT 在提

139、供巨大便利同時，也潛藏風險隱患。對于GNSS 衛星信號的干擾、篡改、偽造或屏蔽，甚至是對衛星的摧毀，將使衛星 PNT 系統失效，并對以此為基礎的國家安全和生產活動等應用造成難以估量的嚴重影響。發展無需衛星支持，具有更高精度和可靠性的自主 PNT 技術，是應對極限風險的重要舉措。近年來，基于原子鐘（也稱原子頻標）和量子慣性導航等技術方案的量子 PNT，已成為全球主要國家在量子測量領域的重點發展方向。原子鐘是 GNSS 系統能夠實現定位導航功能的關鍵組件，在量子PNT 技術體系中占據核心地位。1967 年第 13 屆國際計量大會（CGPM）量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）56 通過了

140、基于銫原子躍遷的秒定義標準，基于多個國家計量機構中，不確定度達到 1E-16 量級的銫原子噴泉鐘，直接復現秒定義產生的國際原子時（TAI）進行比對校準，進而得到世界標準時間（UTC）的方案沿用至今。近年來，下一代秒定義的研究發展迅速，以光學原子鐘為代表的新型時頻基準的不確定度已進入 1E-19 量級，未來有望大幅提升 PNT 系統的授時和定位導航精度。來源：（a）Nature 618,721726(2023)（b）Nature 621,734739(2023)圖 17 量子時頻同步研究的代表性進展成果 2023年，美國NIST聯合團隊126實現量子極限下的光學時間傳遞，如圖 17（a）所示，在

141、夏威夷山頂之間 300 多公里的自由空間信道中實現 320 阿秒的時間同步，信號發射功率僅為 40W，該技術方案能夠支持 102dB 的鏈路損耗，未來有望用于超高精度星地時間同步。美國科羅拉多大學團隊127在光鐘中利用里德堡相互作用實現自旋壓縮，如圖 17（b）所示，秒穩達到 1.087E-15，比標準量子極限低 1.94dB。美國阿貢實驗室128，利用歐洲新一代同步加速器輻射源（EuXFEL）126 https:/ 127 https:/ 128 https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06491-w 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）57 高亮度 X

142、 射線激發鈧-45 元素金屬箔產生異構體，躍遷能量不確定度優化兩個數量級，理論計時精度可達到 3000 億年誤差一秒，有望成為未來新一代時頻基準解決方案。我國精密測量院129研制出不確定度達 1E-18 量級的室溫鈣離子光鐘，為光鐘應用奠定基礎。測量旋轉角速度的陀螺儀和測量重力加速度的加速度計是自主慣性導航系統的核心組件?；?SERF 和冷原子干涉等原理實現的量子慣導系統是繼機電系統和光電系統之后的新一代慣導解決方案，在理論測量精度和體積功耗等關鍵性能指標方面，有望帶來數量級提升。例如原子干涉陀螺儀的理論精度極限可達到 1E-10/h，超過光纖陀螺精度 5 個數量級，當前樣機精度已達到 1E

143、-5/h，仍有很大提升空間。2023 年，北京理工大學130提出一種基于懸浮納米金剛石的高靈敏度陀螺儀，其靈敏度可以達到 6.86107 rad/s/Hz，由于陀螺儀的工作面積極?。?.01m2），未來有望實現芯片化。目前，量子陀螺儀和加速度計主要處于實驗室樣機研制階段，零偏穩定度和靈敏度等測量技術指標，以及體積和功耗等系統指標仍需優化。量子慣性導航系統的研究需要進一步提升原子干涉陀螺儀的測量動態范圍，研制適用于大負載環境的穩定平臺控制方案，提升樣機的實用化部署能力?；诹孔訙y量的自主 PNT 技術有重要戰略價值，是 GNNS 服務拒止情況下的保底解決方案，成為全球主要國家布局和推動的重點。美

144、國 NSF、DoD、空軍、海軍等多部門資助量子加速度計、高性能冷原子鐘、新型光學原子鐘、量子磁場導航系統等關鍵器件的研發。129 https:/doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.064004 130 https:/opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-5-8139&id=526325 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）58 DARPA的H6項目布局面向GPS缺失情況下的新型小型化時鐘技術，技術路線包括亞太赫茲分子時鐘和復合機械時鐘。北約科學技術組織發布科學與技術趨勢 2023-2024131提出將重點布局

145、量子定位導航授時技術，特別是其在軍事和安全領域的應用。英國研究與創新署（UKRI）為量子技術項目提供 4500 萬英鎊的資金支持，2500 萬英鎊投入 7 個與定位、導航和授時（PNT）功能相關的量子測量項目。2023年 6 月，英國海軍在軍艦上測試量子慣性導航系統132，澳大利亞國防部宣布開發量子傳感器，提供更精密、可靠的導航能力。(三三)量子探測成像具備高靈敏度，應用前景廣闊量子探測成像具備高靈敏度，應用前景廣闊 量子探測成像技術將量子糾纏光源、脈沖注入壓縮和單光子探測等技術與計算光學、雷達探索等技術相結合，基于光學或微波等輻射場的二階關聯等效應，獲取探測目標的圖像、位置和距離等信息，可以

146、實現在成像距離、速度和分辨率等方面的突破，是未來戰場態勢感知和要地偵測防御等應用的可選技術方案。利用量子相關特性可以能夠突破經典的空間分辨率限制，實現超分辨成像。2023 年，美國科羅拉多大學團隊133提出一種基于經典和量子關聯函數的高速超分辨率計算成像技術，在提高信噪比的同時提升了成像速度。單光子激光雷達具有單光子級別的靈敏度以及皮秒級別的時間分辨率，可實現遠距離、高精度三維成像。英國愛丁大學聯合團隊134將單光子激光雷達用于水下散射環境的實時三維場景重建，在 131 https:/www.nato.int/cps/en/natohq/news_213088.html 132 https:/

147、 https:/spj.science.org/doi/full/10.34133/icomputing.0003 134 https:/opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-10-16690&id=530374 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）59 1.8 米深的水下環境對 3 米外目標進行三維輪廓重建，實驗結果顯示在渾濁水中仍能實現每秒 10 幀的刷新速率。華東師范大學135提出超靈敏、高分辨、大視場的中紅外單光子三維成像技術，實現了單光子探測靈敏度、飛秒門控時間精度以及百萬像素寬畫幅。山東大學團隊136提出一種計時矯正單光子激光雷

148、達的高精度三維成像技術，搭建了雙 SPAD 激光雷達系統，結合矯正互相關算法和動態互相關算法，得到信號光子準確飛行時間，完成目標物體高精度三維重建。雙光場關聯成像，也稱鬼成像，利用糾纏光子對可以實現目標物體照明與圖像采集分離，使用較低的光照就可以實現成像，在目標探索和醫學檢測等領域具有應用潛力。2023 年，南非威特沃特斯蘭德大學團隊137提出可實現三維結構信息探測的單像素量子鬼成像，可以獲得復雜物體的相位和振幅信息，從而重建完整的復振幅圖像。德國勞恩霍夫研究所聯合團隊138實現了三維量子鬼成像，在空間損耗、校準工作及其在遙感中的應用方面超越了以往的方案。意大利羅馬大學聯合團隊139提出一種空

149、間雙光子態振幅和相位的干涉成像技術，平均保真度達到 87%，同時測量時間縮短了 3 個數量級。量子探測成像關鍵器件和新型協議研究方面近年來也取得了一系列成果。2023 年，南京大學140提出一種新的量子成像協議，通過將單光子邁克爾遜干涉儀嵌入到基于誘導相干的非線性干涉儀中，以及利用單像素成像技術，演示了利用未檢測到的光子對結構物體進行無 135 https:/ 136 https:/opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-15-24481&id=532644 137 https:/opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?u

150、ri=optica-10-2-286&id=526269 138 https:/opg.optica.org/ao/fulltext.cfm?uri=ao-62-23-6275&id=536121 139 https:/ 140 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）60 交互單像素量子成像。美國 NIST 聯合團隊141研制了一種 40 萬像素超導納米線單光子探測相機，該相機陣列面積為 4mm2.5mm，分辨率為 5um5um，探測計數率為 1.1105 cps，每個探測器的暗計數率為1.010-4cps，相當于整個陣列暗計數率為 0.13cps。來源：（a）Appl

151、ied Optics 62(19),5301-5305（b）Nature Photonics 17,791797 圖 18 量子探測成像應用探索代表性進展成果 量子探測成像技術有望在環境監測和生物醫療等領域帶來創新應用，相關實驗探索在國內外取得一定進展。石油泄漏監測對于環境保護有重要意義，通過監測管道泄漏，及早發現泄漏情況，及時采取措施防止泄漏事故擴大。2023 年，廈門大學聯合團隊142利用單光子拉曼激光雷達實現水下石油泄漏檢測，如圖 18（a）所示，實驗中體積約0.013m3的雷達系統在水下0.6米處能夠探測和區分厚度為115毫米的石油泄露。生命體征的實時監測在智慧醫療中也有重要應用價值，

152、目前相關檢測大多基于接觸式設備，給應用推廣造成不便。悉尼大學團隊143發明了用于非接觸式生命體征檢測的光子雷達，如圖 18（b）所示，利用經人體胸腔反射信號的多普勒效應監控人的呼吸頻率、幅 141 https:/arxiv.org/abs/2306.09473 142 https:/opg.optica.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-62-19-5301 143 https:/ 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）61 度或心率，可對呼吸驟停和吸氣性呼吸困難等呼吸系統疾病進行早期檢測，并對潛在健康問題進行提示和施救警報?？傮w而言，量子探測成像技術有望提升全天候

153、目標感知和識別定位能力，基于關聯成像技術實現遠距離和高分辨率的成像能力，支持三位成像的精細對象識別。但也要看到，當前的量子探測成像技術仍處于研究探索階段，技術成熟度還非常有限，需要進一步提升探測距離、分辨率和成像速率，才能逐步走向實用化。(四四)能源領域探索量子測量應用，助力雙碳達標能源領域探索量子測量應用，助力雙碳達標 2020 年 9 月，我國明確提出到 2030 年實現“碳達峰”與 2060 年實現“碳中和”的雙碳發展目標。在雙碳政策指引下，調整能源結構，向清潔、低碳、高效方向轉型，同時變革能源消費方式，通過技術創新提升存儲、配送與使用效率，對于未來提升產業競爭力，走向可持續發展具有重要

154、意義。以金剛石色心磁場測量、電流互感測量和單光子探測為代表的量子測量技術，將有望解決能源行業諸多應用痛點，助力實現雙碳發展目標。鋰電池因其高能量密度和集成化能力，在新能源領域，特別是電動汽車等行業已獲得廣泛應用。在鋰電池的生產、檢測和使用等過程中，仍有很多行業痛點亟待解決和提升。首先，在鋰電池生產過程中，原材料的鐵磁性雜質含量是影響電池性能以及健康狀態的重要因素，要求嚴格控制在百萬分之一（ppm）量級。傳統鋰電池生產線依靠電磁吸附技術進行鐵磁性雜質去除，結合抽樣方式進行檢測，檢測耗時長、過程繁瑣且漏檢率高?；诮饎偸拇艌鰷y量技術，可以實現量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）62

155、高靈敏度、非接觸和實時的鐵磁性雜質檢測，結合多級電磁除雜裝置，可以有效地提升鋰電池產品質量和生產效率。其次，鋰電池漏電流在實際應用中具有巨大的安全隱患。傳統檢測方式測量電池的自放電率，將充滿電的電池存放數周時間后測量剩余電量，這種方式極大地增加了倉儲時間和成本。金剛石色心磁力計可以非接觸方式測量鋰電池漏電流導致的微弱磁場變化，有望將鋰電池漏電流檢測時間從數周縮短到分鐘級，實現“即產即檢”。最后，電動汽車使用鋰電池需要準確測量剩余電量，對剩余里程和充電需求做出評估。但由于電池電流變化動態范圍達到數百 A，傳統傳感器難以達到 mA 級測量精度，導致電量估計通常有 10%冗余，使用效率降低。日本東京

156、工業大學144報道使用金剛石色心傳感器測量電池電流，可在 130 A 的動態范圍內達到 10 mA 電流測量精度，提升電池利用效率，預計使用此項技術有望實現全球交通領域 0.2%的 CO2減排。未來，新型電力網絡將從“源隨荷動”的實時平衡模式和大電網一體化控制模式，向“源網荷儲”協同互動的非完全實時平衡模式和大電網與微電網協同控制模式轉變，這一轉變趨勢對于電網狀態信息采集和智能化監測分析能力提出更高要求，需要更加靈敏與可靠的監測傳感設備。傳統電流互感器體積大、耐壓等級低、溫漂大、精度難以提升?；诮饎偸牡牧孔与娏骰ジ衅骺蓪Ω邏弘娏鲗Ь€周圍的磁場進行探測，實現高精度和動態范圍的電流互感測量。

157、金剛石材料具有穩定物理化學性質，耐受各種極端環境，可以提升電流互感器的 144 https:/doi.org/10.1038/s41598-022-18106-x 量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）63 耐壓等級和工作壽命。量子電流互感器可用于實時監測電網中由于環境變化或黑客攻擊導致的斷電、電涌等異常情況，保障電網健康狀況和安全性，提升運維效率。2023 年，國家電網安徽電科院聯合中科大創業團隊發布145量子電流互感器樣機并在電力行業推動落地應用，有效提升了電網監測中的電流測量最高精度。量子測量技術在傳統能源的勘探、運輸和存儲等領域同樣也有用武之地。華中科大報道146的冷原子干涉重

158、力梯度儀，具有微伽級高探測分辨率，可以用于石油和天然氣資源的勘探開發?；诮饎偸牡母哽`敏度光學溫度測量傳感147，可用于油氣傳輸管道等環境中部署，實現泄漏檢測等應用。在油氣存儲過程中，氣體泄漏檢測和定位對于防范生產損失和災難性事故至關重要?；趩喂庾犹綔y和時間相關光子計數相結合的量子光學雷達148，可實現高靈敏度的氣體濃度檢測與成分分析，在百米范圍達到 ppm 檢測精度，可為煉化和存儲設施提供先進的氣體泄漏監測方案。(五五)量子測量產業鏈形成，規?；逃萌杂刑魬鹆孔訙y量產業鏈形成，規?；逃萌杂刑魬?在量子信息三大領域中，量子測量具有技術方向多元、應用場景豐富、產業化前景明確的特點。量子測

159、量各技術方向的發展成熟度有較大差異，既有原子鐘、原子重力儀等已成熟商用產品，也有量子磁力計、光量子雷達和量子陀螺等處于工程化研發和應用探索階段的樣機產品，還有量子關聯成像、里德堡原子天線等尚處于系統技術攻關 145 http:/ 146 https:/iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/24/5/050401 147 https:/doi.org/10.1063/1.5037053 148 https:/ 年）64 的原型機。近年來，隨著量子測量技術和應用的不斷發展，國內外均有相關初創企業不斷涌現，傳統行業企業也在量子測量不同技術方向加大布

160、局推動力度，以上游基礎材料器件系統、中游系統樣機產品和下游多領域行業應用組成的產業鏈基本形成，如圖 19 所示。來源：中國信息通信研究院 圖 19 量子測量產業鏈與代表性企業概況 量子測量產業鏈上游主要是系統研發所需的基礎材料、元器件和支撐系統提供商?；A材料包括高純度同位素材料、金剛石、惰性氣體等；元器件主要包括激光器、原子氣室、光學系統元器件、電子元器件、線纜等；支撐系統主要包括磁屏蔽、真空、低溫、隔振等環境保障；量子測量上游廠商在歐美集中度較高。目前量子測量技術路線多元，所需上游材料、器件差異性大，給上游整合和優化帶來挑戰。未來，供應鏈發展需要科研機構和企業積極推動產學研合作，促進上下游

161、協同創新，通過共同研發、技術轉讓、聯合生產等方式，逐步實現供應鏈整合和優化。此外，建立行業標準和規范也是推動量子測量量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）65 供應鏈培育和發展的重要手段，通過制定技術標準和檢測體系，推動上游材料和器件的標準化，可降低供應鏈企業成本和風險。量子測量產業鏈中游包含各種技術方向的系統設備提供商。目前可以商用的量子測量設備產品包括量子時鐘、量子重力儀、量子磁力計及其衍生產品、光量子雷達等。冷原子鐘多用于計量、授時、基礎科研等場景，同時其設備結構復雜、體積龐大，產業化程度較低。熱原子鐘已經廣泛應用于通信、電力、衛星導航等領域，成熟度和商業化成熟度最高。近年來，芯

162、片級的熱原子鐘成為產業界關注的熱點，逐步實現工程化樣機向商用產品的迭代演進，如果成本可以進一步降低，有望替代現有高精度晶振并改變現有時頻網絡體系架構。分子鐘是近年來提出的一種新型量子時鐘，利用惰性氣體的振動譜特性，有望實現千秒穩 10-1110-13量級，純電學元件驅動，無需光學器件和恒溫加熱系統，對磁場不敏感，易實現芯片化，未來應用前景廣闊。量子重力儀目前已實現集成化、可移動、自動化控制，未來還需要實現小型化和降低成本。量子磁力計近年來發展迅速，也隨之衍生出一系列新型測量傳感設備，如腦磁圖儀、心磁圖儀、量子掃描顯微鏡、量子電流互感器等，商業化成熟度方面正在快速提升。量子雷達主要分為兩種，一種

163、是基于單光子探測的光量子雷達，另一種是基于量子糾纏、壓縮等原理的量子干涉雷達、量子照明雷達和量子增強雷達。前者已經實現商用，后者仍處于原理驗證階段。光量子雷達在環境監測、道路交通、氣象測繪等諸多領域具有廣闊的應用前景，市場驅動力較大。其他量子測量產品如量子慣性導航系統和原子天線等，在國防軍工等領域有重要戰略價值，但是產品成熟度還有待提升。量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）66 量子測量產業下游涉及基礎科研、國防軍工、生物醫療、能源開發、工業制造、資源勘探、環境監測等諸多領域，應用前景十分廣泛。當前量子測量技術產品已經成為傳統傳感測量領域的有效補充和增強技術方案，未來隨著樣機產品性能

164、指標、工程化水平和體積成本的進一步優化，有望成為超越現有傳感測量手段的下一代技術方案演進方向。但也需要看到，大多數量子測量技術仍主要處于實驗室研發和原型機攻關階段，如何走出實驗室，在工程化應用場景中實現落地，樣機整體能力指標如何滿足實際場景中全方位應用需求，仍是需要產業界和學術界開展協同推動并突破的科技成果轉化瓶頸。當前，量子測量技術的商業價值尚未完全顯現，社會資本的投入力度有限，主要依靠公共研發資金支持，加大量子測量領域創新創業的支持力度也是未來推動商業化應用的必要條件。五、量子信息技術與應用前景展望(一)三大領域研究發展迅速，應用探索進一步拓展三大領域研究發展迅速，應用探索進一步拓展 以量

165、子計算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術，既是量子科技的重要組成部分，也是未來產業發展的重點方向之一，將引領新一輪科技革命和產業變革方向。量子信息技術已進入科技攻關、工程研發、應用探索和產業培育一體化推進的發展關鍵期，全球主要國家加強戰略規劃和投資布局，國際競爭正日趨激烈。量子信息三大領域科研探索和技術創新成果不斷涌現，美國處于國際科研合作中心地位，企業創新實力強勁。在過去十年間，量子信息領域的企業數量和投融資經歷了一輪爆發式增長，近兩年增速有所回落。量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）67 量子計算多種技術路線并行發展，超導路線在比特數量和保真度等指標持續穩步提升，發展較為均

166、衡，是技術路線競爭的種子選手，中性原子路線近期在比特規模和保真度方面提升迅速，有望成為黑馬?；诹孔蛹m錯實現邏輯量子比特成為下一步發展的路標，多項創新方案和突破糾錯盈虧平衡點實驗成果為發展奠定基礎。測控系統已成為量子計算工程化研發和能力提升的重要瓶頸，技術路線分散導致供應鏈碎片化是限制因素。量子計算編譯、開發、測控等軟件成為創新的重要發力點，但技術和應用成熟度有待提升。量子計算云平臺是提供硬件算力、探索應用場景和培育產業生態的重要支點，歐美科技巨頭量子計算云平臺在硬件能力、軟件生態和用戶影響力等方面處于領先。量子計算在組合優化、量子模擬、人工智能和線性代數等領域廣泛探索應用場景，目前主要處于算

167、法研究和可行性驗證階段。未來在比特數量和保真度滿足一定條件時，有望在性能要求不高的組合優化場景中率先突破應用。隨著量子計算相關企業數量的快速增長，上中下游產業鏈已初具雛形，產業生態也在蓬勃發展，量子計算技術標準化正成為國內外布局和推動的熱點。量子通信領域的 QKD 科研熱度持續，TF 和 PMP 等協議是英雄實驗關注焦點，實驗系統的極限傳輸距離和密鑰成碼率指標得到提升。CV-QKD 在城域范圍具有密鑰成碼率、系統集成化和相對較低成本的優勢，將是未來應用的重要方案。隨著通信運營商的加入，基于 QKD和 QRNG 的量子保密通信應用方案不斷豐富，場景探索持續拓展，但仍需進一步提升技術產品工程化水平

168、，在小型化和降成本等方面取得實質性突破，才能真正破解商業化應用困局。量子保密通信的系統量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）68 器件、網絡架構和安全性等標準化研究取得階段性進展，推動標準實施驗證和產品測評認證是未來努力方向。量子信息網絡已成為量子通信領域科研競爭主賽道，在糾纏制備操控、量子存儲中繼、量子頻率轉換等方向取得諸多進展，為原型樣機研發和組網實驗驗證奠定基礎。歐美研究機構多方合作加快推動組網試驗技術驗證，我國需加大量子信息網絡方向布局和推動力度。NIST 歷時 7 年組織 4 輪征集評選，發布首批 3 項 PQC 算法標準草案，拉開了公鑰密碼體系升級遷移和PQC 產業化發展的

169、序幕，但未來應用推廣還任重道遠。量子測量領域有冷原子干涉、核磁/順磁共振、金剛石色心、SERF、量子糾纏或壓縮增強探測等技術方向多元化發展，在量子時頻基準、磁場/電場測量、重力測量、慣性導航和目標探測等應用方向已有樣機和產品，為國防軍工、航空航天、定位導航、資源勘測等行業帶來了全新傳感探測方案?；诹孔蛹m纏和壓縮態等方案的量子增強測量，成為突破經典測量物理極限，展現量子優勢的重要方向?；诠鈱W原子鐘、量子陀螺儀等設備實現自主定位/導航/授時具有重要戰略價值，已成為主要國家在量子測量領域的關注重點。采用單光子探測、量子關聯成像和光量子雷達等技術實現高精度目標識別，是未來戰場態勢感知和要地偵測防御

170、的有效技術手段。金剛石色心磁場測量和單光子探測成像等技術在鋰電池制造、檢測和使用，以及電網和油氣管網運營維護等方面，大有用武之地。近年來，量子測量企業數量持續增長，產業鏈上下游生態基本形成，但規?；逃萌悦媾R一定挑戰。量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）69(二)培育量子信息未來產業需加強政產學研用協同培育量子信息未來產業需加強政產學研用協同 量子信息技術是挑戰人類調控微觀世界能力極限的世紀系統工程，總體處于從基礎研究向應用研究轉化的發展關鍵期，近年來科研成果不斷涌現、應用探索廣泛開展、產業生態方興未艾，已成為培育未來產業，構建新質生產力的關注焦點之一。加快發展量子信息技術，推動創新

171、成果應用，構建供應鏈、人才隊伍和未來產業競爭力，成為全球主要國家戰略布局和政策規劃的普遍共識。新興技術和未來產業的培育發展，需要政府戰略規劃政策引導，公共研發資金投入支持，學術界科研攻關突破，產業界技術創新推動，行業應用商業轉化等多方要素的共同支持。以上世紀中葉電子信息產業發展為例，1946 年美國陸軍資助賓夕法尼亞大學研發全球首臺通用電子計算機 ENIAC，成為電子信息產業發展起點。美國政府以國防和情報等需求為牽引，在半導體領域開展大量直接投資和政府采購，支持貝爾實驗室、德州儀器、西屋電氣、英特爾等研發機構和企業，在晶體管、集成電路和存儲器等領域取得多項重大原始創新突破并完成早期商業化積累。

172、美國商務部數據顯示，1958-1964 年間半導體技術研發經費中，政府投資占比高達 85%，電子設備每年 30 億美元銷售額約一半來自軍方采購。面對量子信息發展的時代機遇，美國自2018 年起發布量子信息科學國家戰略概述，制定國家量子倡議（NQI）法案，通過 DOE、NSF、NIST 和 DOD 等部門投資 37.38 億美元組建多個量子科學研發中心，支持上千項科研項目，通過組建量子經濟發展聯盟（QEDC）構建產業供應鏈和人力資源，打造盟友國量子信息技術發展與應用研究報告（2023 年）70 家間量子科研與產業合作生態。美國通過一系列超常規布局和全方位舉措，加快推動量子信息技術產業發展，占據領

173、先優勢。我國高度重視量子信息領域發展，近年來取得一系列重要進展?；A科研方面，通過組建國家實驗室和實施重大科技項目，在量子信息三大領域形成了較為全面的科研布局，學術論文和專利申請數量位居全球前兩位，取得了“墨子號”量子科學實驗衛星、“祖沖之”超導量子處理器等一系列重要成果。工程研發方面，稀釋制冷機等量子計算支撐保障系統自主研發攻關取得初步成果，新型 QKD、QRNG 產品和量子加密應用設備不斷迭代，鈣離子光鐘和冷原子重力儀等樣機產品研發和技術驗證取得進展。應用探索方面，量子計算企業和行業企業的合作研究逐漸增多，通信運營商為量子保密通信的應用融合與場景探索注入新動力，量子心腦磁圖儀和量子電流互感

174、器等測量新產品在相關行業開展應用。生態培育方面，量子信息網絡產業聯盟、量子信息技術與應用創新大賽、量子產業大會、量子信息技術學術交流大會等平臺和活動，促進了產學研交流合作與協同創新。面對全球量子信息技術快速發展形勢和日趨白熱化的國際競爭態勢，我國不進則退、慢進亦退。同時，我國量子信息領域在全方位體系布局，核心原創技術方案，產業支撐基礎能力，產學研協同合作和人才體系建設等方面，也存在一些短板和瓶頸。未來，需要在完善政策體系布局，強化戰略科技力量，加快關鍵技術攻關，保障自主供給能力，加強產學研用協同，推進未來產業培育等方面，進一步聚力加快發展，爭取更多技術、應用與產業化成果。中國信息通信研究院 地址：北京市海淀區花園北路 52 號 郵編：100191 電話：010-62300592 傳真：010-62304980 網址：