《量子信息網絡產業聯盟：量子信息技術產業發展報告（2023年）（68頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《量子信息網絡產業聯盟：量子信息技術產業發展報告（2023年）（68頁）.pdf（68頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、量子信息技術產業發展報告（2023 年）1 一、總體發展態勢 上世紀量子力學創立和發展，開啟了人類對微觀物理世界的認識。通過對光電效應、受激輻射光放大、固體能帶與能級躍遷等現象和規律的闡釋與利用，誕生了以半導體、激光器和傳感器為代表的信息測量、傳輸與處理技術，成為從工業社會邁向信息社會的核心驅動力。本世紀量子調控技術研究和發展，將進一步深化人類對微觀物理世界的理解。通過開發新材料、構筑新結構、發現新物態和研發新測控手段，對量子疊加、量子糾纏、量子隧穿等新穎物理現象加以利用，并與通信、信息、材料和能源等領域交叉融合而形成的量子科技，有望成為未來重大技術范式變革和顛覆式創新應用的新源泉。量子信息技

2、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、調控和觀測，實現信息感知、計算和傳輸。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。(一一)三大領域三大領域發展態勢發展態勢 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，具備超越經典信息技術的潛力。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，能在某些計算困難問題上提供指數級加速，是未來計算量子信息技術產業發展報告（2023 年）2 能力

3、跨越式發展的重要方向?，F階段超導、離子阱、光量子、硅半導體、中性原子等技術路線競相爭鳴，已邁入中等規模含噪聲量子處理器階段，大規?？扇蒎e通用量子計算機仍是需要長期探索和集中攻關的目標。量子計算應用場景探索持續開展，但“殺手級”應用尚未出現，產業生態發展穩步推進。量子通信基于量子疊加態或糾纏效應，在經典通信輔助下實現密鑰分發或信息傳輸，理論協議層面具有信息論可證明安全性?；诹孔用荑€分發和量子安全直接通信等技術方案的量子保密通信系統初步實用化，在新型協議研究和實驗系統研制等方面取得階段性成果，樣機產品研制和示范應用探索持續開展，應用探索與產業發展均面臨諸多挑戰。量子信息網絡是未來重點發展方向之一

4、，國內外在基礎科研探索和系統原型實驗等方面取得一定進展，但距離實用化仍有較大差距。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，在精度、靈敏度和穩定性等核心指標相較傳統技術具有數量級提升。當前量子測量技術與應用發展的主要方向包括用于新一代定位/導航/授時的光學原子鐘、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諸多領域，多類型量子測量樣機和產品進入實用化與產業化階段。量子信息技術產業發展報告（2023 年）3 (二二)熱點話題事件熱

5、點話題事件 1.全球多國全球多國發布國家量子戰略發布國家量子戰略 量子信息技術作為對傳統技術體系產生沖擊、進行重構的一項重大顛覆性創新，有望在未來引領新一輪科技革命和產業變革方向，已成為全球科技競爭關注焦點之一。2018 年，歐盟發布“量子旗艦計劃”，美國發布國家量子倡議（NQI）法案，這兩項戰略規劃的推出正式開啟了國家層面支撐量子信息技術領域發展的序幕，近五年來全球各國在量子信息領域的規劃布局持續加速。截至 2023 年 12 月，已有 30 個國家和地區相繼制定了量子信息領域的戰略規劃或法案，總計投資額已超過 280 億美元（根據公開信息不完全統計），全球量子信息領域戰略規劃和投資情況如表

6、 1 所示。2023 年，共有 7 個國家相繼發布量子信息領域國家層面的戰略規劃，計劃投資總額達到 67 億美元。表 1 全球量子信息領域戰略規劃和投資情況（公開信息統計）時間時間 國家國家/地區地區 戰略規劃戰略規劃/法案法案 投資規模（美元）投資規模（美元）2014 英國 國家量子技術計劃 10 年投資約 12.15 億 2018 日本 光量子躍遷旗艦計劃 投資約 1.2 億/年 2018 歐盟 量子旗艦計劃 10 年投資約 11 億 2018 美國 國家量子信息科學戰略 國家量子倡議（NQI）法案 計劃 5 年投資 12.75 億，實際投資已達 37.38 億 2018 德國 量子技術從

7、科研到市場 投資約 7.1 億 2019 荷蘭 量子技術發展國家計劃 7 年投資約 7.4 億 2019 以色列 國家量子技術計劃 5 年投資約 3.3 億 2019 俄羅斯 國家量子行動計劃 5 年投資約 5.3 億 2020 法國 國家量子技術投資計劃 投資約 19.6 億 2021 德國 量子系統研究計劃 5 年投資約 21.7 億 2022 法國 國家量子計算平臺 投資約 1.85 億 量子信息技術產業發展報告（2023 年）4 時間時間 國家國家/地區地區 戰略規劃戰略規劃/法案法案 投資規模（美元）投資規模（美元）2022 美國 芯片與科學法案 4 個量子項目 1.53 億/年 2

8、023 加拿大 國家量子戰略 投資約 2.7 億 2023 英國 國家量子戰略（NQS）10 年投資 31.8 億 2023 澳大利亞 國家量子戰略 投資約 6.4 億 2023 丹麥 國家量子技術戰略 5 年投資約 1 億 2023 韓國 量子科技發展戰略 2035 年前投資 17.9 億 2023 印度 國家量子任務 2030 年前投資 7.2 億 2023 愛爾蘭 量子信息領域國家戰略 全球各國量子信息戰略規劃具有普遍共識和共性舉措。一是在量子信息三大領域中，均以量子計算為頭號發展目標。二是均在科研、應用、產業、供應鏈、人才和生態等方面開展全方位布局。三是在科研、應用、產業化等方面提出分

9、階段目標和推進舉措?？傮w而言，量子信息領域從基礎科研探索，轉向集科研攻關、工程研發、應用開發、產業培育為一體的體系化競爭。量子信息領域的國際科技競爭正日趨白熱化，全球主要國家采取各種措施全面加大布局投入，競相爭奪量子信息技術制高點。2.量子糾錯量子糾錯研究進展亮點紛呈研究進展亮點紛呈 量子計算未來有望引領新一輪科技革命和產業變革，前提是量子計算機性能可滿足實際應用的需求。量子糾錯作為可容錯量子信息處理中必不可少的環節，需要大量的開銷資源，還可能由于糾錯編碼的復雜性、不可逆性和環境噪聲等影響造成“越糾越錯”的尷尬局面，也即量子糾錯之后的效果遠未達到不采用糾錯情況下的最優值，無法真正實現糾錯編碼規

10、模與相干時間、錯誤率等性能指標的正增益。近年來隨著量子計算硬件及算法的不斷發展，量子糾錯技術研究量子信息技術產業發展報告（2023 年）5 持續保持熱度，多類型的突破性成果不斷涌現。2023 年，Google、耶魯大學、南方科大等多項實驗驗證表明量子糾錯首次突破了盈虧平衡點，實現越糾越對。此外，自然 同期發表三篇中性原子量子計算糾錯的最新成果，加州理工、普林斯頓大學、哈佛大學等多項實驗驗證展示了量子糾錯新方案，為持續提升邏輯門保真度等關鍵指標奠定基礎。上述成果均代表著量子糾錯技術向前邁進了一大步，也意味著距離實現實用化可擴展通用量子計算更進一步?？梢灶A見，未來經過業界的持續努力，量子糾錯領域將

11、產出更多突破性成果。3.國內外國內外加速布局加速布局量子計算云平臺量子計算云平臺 量子計算云平臺是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，展開應用探索和產業生態的重要匯聚點，已成為推動應用探索和產業化發展的重要驅動力?？萍季揞^、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。近年來，已部署量子計算云平臺的國內外企業機構，例如 IBM、亞馬遜、谷歌、微軟、華為、百度、本源量子、弧光量子、北京量子院等，在原有云平臺基礎上不斷迭代開發新的硬件后端、應用案例以及服務模式。此外，2023 年，多

12、家企業和機構紛紛上線了各自的量子計算云平臺，主要包括日本量子計算聯合研究小組的超導量子計算機量子信息技術產業發展報告（2023 年）6 云平臺，中科大與國盾量子的“祖沖之號”量子計算云平臺，中國移動與中國電科等共建的“五岳”量子計算云平臺，本源量子等共建的量超融合計算平臺，中國電信的“天衍”量子計算云平臺等?？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。4.QKD 實驗系統實驗系統性能性能指標再創新高指標再創新高 量子密鑰分發（QKD）基于量子力學基本原理，可在用戶間進行安全的對稱密鑰分發，結

13、合“一次一密”的加密方式，在理論協議層面具備信息論安全性，基于 QKD 的保密通信稱為量子保密通信。近年來 QKD 的實驗系統研究不斷突破傳輸距離和密鑰成碼率的記錄，為未來進一步推廣應用和推進產業化發展奠定基礎。在傳輸距離方面，中科大聯合團隊首次實現千公里級無中繼光纖量子密鑰分發實驗，創造了 1002 公里的單跨段光纖傳輸最遠距離，對應密鑰成碼率 0.0034bps，對系統參數進行優化后，在 200 公里光纖距離下獲得47.06 kbps 成碼率，該研究成果驗證了遠距離下雙場量子密鑰分發方案的可行性，并驗證了在城際光纖距離下可實現高成碼率的量子密鑰分發。在密鑰成碼率方面，中科大聯合團隊實現百兆

14、比特率量子密鑰分發實驗，實現了10公里標準光纖信道下115.8Mbps的密鑰成碼率，相較之前紀錄提高了約一個數量級，實驗系統穩定運行超過 50 個小量子信息技術產業發展報告（2023 年）7 時，該研究成果表明，QKD 可實現百兆比特率的實時密鑰分發，有望滿足高帶寬通信加密需求，對未來應用推廣具有重要意義。5.量子測量量子測量持續持續突破經典測量極限突破經典測量極限 精密測量技術作為從物理世界獲取信息的主要途徑，在信息技術中起著至關重要的作用。精密測量的本質是測量系統與待測物理量的相互作用，通過測量系統性質的變化表征待測物理量的大小。經典測量方法的精度往往受限于衍射極限、散粒噪聲和海森堡極限等

15、因素，測量精度的提升面臨一定困難。量子測量在此背景下應運而生，其基于微觀粒子系統和量子力學特性實現對物理量進行高精度的測量，可以突破經典力學框架下的測量極限，從而實現更加準確、精細和可靠的測量。近年來量子測量持續突破經典測量的物理極限，在不同測量領域展示了量子優勢。代表性樣機產品涉及量子干涉儀、量子磁梯度儀、微波量子雷達等多種類型，被測物理量則涵蓋了磁場、頻率、相位、光譜等多個方向。此類研究成果表明，基于量子測量的解決方案不僅在理論上能夠突破標準量子極限，同時驗證了其性能優于當前已有的同類型經典測量設備的最高水平，這為開拓可實用的量子測量技術打開了新的空間。未來隨著量子測量技術的發展，不同領域

16、的量子測量樣機產品將會實現更大的量子優勢。量子信息技術產業發展報告（2023 年）8 二、政策布局投資(一一)國際國際政策布局政策布局 歐美多國持續在量子科技領域提供政策資金支持，圍繞戰略規劃、政策措施、組織機制前沿研究、應用探索、產業培育和人才培養等領域，積極爭奪量子信息技術制高點。1.美國美國 美國是世界上最早開展量子信息技術研究的國家之一，尤其注重通過政府指導推動量子信息技術的發展，國家戰略部署圍繞頂層設計、組織機制、專項計劃、生態建設等方面展開。一是在頂層設計方面，制定出臺國家量子倡議法案（NQI），統一部署全國量子信息技術系列行動。該法案是美國統籌國內力量推進量子信息技術發展的法律基

17、礎，也是謀求量子信息技術及其應用全球領導地位的戰略規劃。二是在組織機制方面，依托 NQI 法案建立了一套完整的組織體系，國家技術標準局（NIST）、國家科學基金會（NSF）、能源部（DoE）、國防部（DoD）、國家航空航天局（NASA）等部門各司其職，同時設立量子信息科學跨機構協調組織，主要包括量子信息科學小組委員會（SCQIS）、國家量子協調辦公室（NQCO）、量子科學對經濟和安全影響小組委員會（ESIX）、國家量子計劃咨詢委員會（NQIAC）等，全面加強統籌實施。三是在專項計劃方面，美國在量子信息領域積極構建戰略優勢。美國已推出的專項計劃主要包括 國家戰略計算計劃、量子信息技術產業發展報告

18、（2023 年）9 國家人工智能計劃、量子信息科技人才培養國家戰略規劃等。四是在生態體系建設方面，美國通過政府引導、企業和大學全力融入、國際盟友積極參與，形成了多方共建的量子信息生態體系。2023 年 12 月，美國國家科學技術委員會NQI 2024 年年報顯示1，美國量子信息領域實際投資較 NQI 立法原計劃的五年共 12.75億美元超出兩倍有余，2019-2023 財年投資額累計達 39.39 億美元，2024 年則將預計投資 9.68 億美元，覆蓋量子傳感/計量、量子計算、量子網絡、量子基礎科研和量子工程技術五大領域。其中，量子計算領域投資占比最高，五年共計約 14 億美元，其他領域投資

19、保持穩定。DoE、NSF、NIST 是三大金主，其中 DoE 和 NSF 五年來已在量子信息領域分別累積投資超過 12 億和 11 億美元，分別計劃將在 2024 年投入 2.9 億和 3.4 億美元。美國 2018 年底通過 NQI 立法，法案中多項授權于 2023 年 9 月到期，2024 年是 NQI 法案的關鍵時刻。2023 年 11 月，美國眾議院科學、空間和技術委員會主席 Frank Lucas 和首席委員 Zoe Lofgren 代表委員會正式提出 H.R.6213 法案2，即國家量子倡議再授權法案（National Quantum Initiative Reauthorizat

20、ion Act），以推進美國的量子科學技術保持全球領導地位，12 月通過該法案的重新授權。國家量子倡議再授權法案建立在 NQI 法案的基礎之上，以確保美國繼續 1 https:/www.quantum.gov/the-national-quantum-initiative-supplement-to-the-presidents-fy-2024-budget-released/2 https:/science.house.gov/2023/11/the-national-quantum-initiative-reauthorization-act 量子信息技術產業發展報告（2023 年）10

21、加速量子科學的突破，加強美國的量子生態系統，以保持美國在未來幾十年的競爭力。國家量子倡議再授權法案的核心要點主要包括以下幾點：要求白宮科技政策辦公室制定一項戰略，與美國盟友開展量子研究工作合作，以加強美國在這一領域的世界競爭力；授權 NIST建立最多三個中心以推進量子傳感、測量和工程方面的研究；加強NSF 的學生培訓、獎學金和其他人才計劃；授權設立一個新的 NSF 多學科協調中心，以在教育單位和更大的量子產業生態系統之間建立新的人才管道，并授權通過 NSF 下屬技術、創新與伙伴關系（TIP）理事會設立新的量子測試平臺；指示 DOE 制定促進量子計算商業化的戰略，并支持量子工廠的發展，以滿足量子

22、供應鏈的設備和材料需求；將 NASA 列入接受法案資助的機構名單，并授權其成立量子科技研究所，專注于太空和航空應用。2.歐盟歐盟 上世紀九十年代，歐盟及相關國家意識到量子信息技術的巨大潛力，持續對泛歐洲乃至全球的量子信息技術研究給予重點支持。在組織機制方面，歐盟圍繞量子技術旗艦計劃共同設立五個機構，分別是出資方委員會（BoF）、戰略指導委員會（SAB）、科學與工程委員會（SEB）、量子社區網絡（QCN）和協調支持行動辦公室（CSA-QFlag）。具體執行過程中，歐盟量子技術旗艦計劃項目信息首先由量子社區網絡收集，經協調支持行動辦公室匯總到戰略指導委員會進行評估。經量子信息技術產業發展報告（20

23、23 年）11 戰略指導委員會評估通過或提議的項目在出資方委員會同意后，會獲得旗艦項目資金支持并交由科學與工程委員會開展實施。開始實施之后，科學與工程委員會不斷向戰略指導委員會和出資方委員會匯報各項目進展，或由各項目協調人經協調支持行動辦公室直接向戰略指導委員會匯報情況。近年來，歐盟積極布局并出臺了一系列量子科技戰略以及專項計劃，目標是在全球量子科技競爭中贏得主動。歐盟主推的量子技術旗艦計劃于 2018 年正式實施，投資約 10 億歐元，計劃十年內分三個發展階段發展量子信息技術。2022 年 11 月，歐盟發布歐盟戰略研究和產業議程（SRIA）3，基于量子計算、量子模擬、量子通信、量子傳感與計

24、量等四大技術支柱，結合基礎量子科學、工程和使能技術等主題，概述了 2030 年量子技術發展路線圖，旨在使現有議程與即將推出的一系列計劃保持一致。2023 年，歐盟發布歐洲量子旗艦計劃階段性報告4，回顧四年來研究項目的亮點成就，研究項目對旗艦計劃目標的貢獻以及面臨的挑戰，并展望了計劃下一階段的布局舉措與目標。歐盟量子技術旗艦計劃推出歐洲量子計算機項目“OpenSuperQPlus”5，旨在建立一個 1000 量子位的量子計算系統。歐盟量子技術旗艦計劃啟動新項目“PASQuanS26，旨在開發一個能夠 3 https:/qt.eu/app/uploads/2022/11/Quantum-Flags

25、hip_SRIA_2022.pdf 4 https:/digital-strategy.ec.europa.eu/en/news/quantum-tech-flagship-ramp-phase-report 5 https:/www.opensuperqplus.eu/6 https:/pasquans2.eu/量子信息技術產業發展報告（2023 年）12 處理多達 10000 個中性原子的量子模擬器，從而進一步改變歐洲可編程量子模擬發展格局。歐盟出資 1900 萬歐元成立 Qu-Pilot 項目7，該項目將歐洲試點基礎設施聯合量子技術生產設施，旨在加快歐洲量子技術工業創新走向市場，并幫助建

26、立可信賴的供應鏈。3.英國英國 英國在規劃量子信息技術發展方面走在歐洲前列。英國在 2014年率先出臺全球首個量子信息國家級發展政策 國家量子技術計劃，通過兩個五年期的規劃，共計投資超過 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，同時大力支持量子技術企業發展。2023 年 3 月，英國科學創新與技術部發布國家量子戰略（NQS）8，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。戰略中提出四個主要發展目標，一是確保英國擁有領先的量子信息科技與工程技術；二是支持量子技術企業發展，促進投資、供應鏈和人力資源建設；三是加快量子信息技術應用轉化；四

27、是加強量子信息技術產業監管與國際治理合作。4.日本日本 日本針對量子信息技術領域的研究開展較早，投入持續較大。2020 年，日本發布量子技術創新戰略（最終報告）9，強有力地促 7 https:/www.ipms.fraunhofer.de/en/press-media/press/2023/Quantum-Technologies-from-Europe.html 8 https:/www.gov.uk/government/publications/national-quantum-strategy 9 https:/www8.cao.go.jp/cstp/siryo/haihui048/s

28、iryo4-2.pdf 量子信息技術產業發展報告（2023 年）13 進和制定從研發到社會實施的廣泛計劃，推動量子技術創新。2022年，日本發布 量子未來社會愿景10，旨在加快量子技術在日本的發展，通過量子技術創造更多就業機會，涵蓋領域涉及量子計算機、量子軟件、量子安全和量子網絡、量子測量和傳感及量子材料。同年出臺 量子人才培養與保障推進政策11，提出建立教育生態系統，培養“XX+量子”人才；為青年研究人員獨立開展相關研究提供持續保障；構建涵蓋產業界的研究與人才生態系統。5.其他主要國家其他主要國家 加拿大加拿大于 2023 年 1 月發布加拿大國家量子戰略12，量子計算方面需要持續提升混合計

29、算能力，投資建設量子模擬器，探索量子計算應用案例；量子通信方面投資后量子密碼學，建設包括陸基和衛星基礎設施等在內的國家安全量子網絡；量子傳感器方面為加拿大開發人員和量子傳感新技術的早期采用者提供支持，開發新型高靈敏度量子傳感器。印度印度于 2023 年 4 月發布了國家量子任務13，計劃在 2023 年2030 年期間投資超 600 億盧比（約合 7.2 億美元），旨在促進量子科技研究和工業應用開發，使印度成為量子技術的全球領導者，同時支持數字印度、印度制造、技能印度和可持續發展目標等國家優先事項。10 https:/www8.cao.go.jp/cstp/tougosenryaku/11ka

30、i/11kai.html 11 https:/www.mext.go.jp/content/20220128-mxt_kiso-000020510_1.pdf 12 https:/www.newswire.ca/news-releases/government-of-canada-launches-national-quantum-strategy-to-create-jobs-and-advance-quantum-technologies-869929816.html 13 https:/ 年）14 該戰略的建設目標包括未來 8 年內開發具有 50-1000 個量子比特的中規模量子計算機；

31、擬在建立衛星與印度境內地面站的安全量子通信，并與其他國家進行遠距離安全量子通信；實現超過 2000 公里的城際量子密鑰分發，同時也部署了具有量子存儲的多節點量子網絡；開發高靈敏度磁力計和用于精確計時、通信和導航的原子鐘；支持量子材料的設計和合成，例如超導體、新型半導體結構和用于制造量子器件的拓撲材料；為量子通信、傳感和計量應用開發單光子源/探測器和糾纏光子源。澳大利亞澳大利亞于 2023 年 5 月發布了澳大利亞國家量子戰略14，制定發展愿景與行動計劃，將從 150 億澳元國家重建基金中撥出 10 億用于支持量子等關鍵技術。戰略目標是到 2030 年成為全球量子行業領導者，創造 22 億澳元的

32、量子產業和 8700 個工作崗位；至 2045 年產業價值增長至 61 億澳元，工作崗位增加至 19400 個。戰略共含五大主題，分別是投資研發和商業化、確?；A設施和材料、培養熟練勞動力、維護國家利益、建立量子生態系統。丹麥丹麥于 2023 年 6 月宣布將實施國家量子技術戰略15，計劃在2023財年撥款2.12億丹麥克朗用于量子領域的研究和創新的基礎上，在 2023-2027 年新增撥款 10 億丹麥克朗（約合 9360 萬美元），用于推動丹麥的量子研究發展，為量子技術的開發和應用建立框架，以保 14 https:/www.industry.gov.au/sites/default/fil

33、es/2023-05/national-quantum-strategy.pdf 15 https:/ufm.dk/en/newsroom/press-releases/2023/the-danish-government-is-ready-with-a-dedicated-investment-of-one-billion-dkk-as-first-part-of-a-new-quantum-strategy 量子信息技術產業發展報告（2023 年）15 持其全球領先地位，并促進將研究成果轉化為應對全球挑戰的實用量子解決方案。戰略擬通過制定量子研究與創新戰略計劃，計劃主要聚焦在三個重點領域，

34、對研究和創新的長期和戰略投資；開展國際研究和創新合作；改善對數字研究基礎設施的訪問。韓國韓國于 2023 年 6 月發布量子科技發展戰略16，計劃至 2035年將至少投入 3 萬億韓元（23 億美元）用于量子技術的研究和應用，以期到 2035 年成為量子科技領域第四大強國。投資分兩部分，政府將于 2035 年前投入 2.4 萬億韓元；私營企業將于 2027 年前投入 6000億韓元，2027 年后投資額將視技術發展及商業條件靈活調整。該戰略將重點加大量子人才培養力度、加強量子基礎設施建設、促進量子技術研發及商業化應用推廣，提升量子計算機、量子傳感器和量子城域網的自主研發能力及服務水平，力爭到

35、2035 年將量子技術水平提高到美國等領先國家的 85%。愛爾蘭愛爾蘭于 2023 年 11 月發布國家量子戰略“量子 2030”17，圍繞五個重點領域布局：一是支持量子技術基礎科研及應用研究；二是培養頂尖量子人才；三是加強國內和國際合作；四是促進創新、創業，提升經濟競爭力；五是提高對量子技術和實際惠益的認識。面對量子技術發展帶來前所未有的機遇和挑戰，愛爾蘭希望通過該戰略加強資源投入，到 2030 年成為具有國際競爭力的量子技術中心。16 https:/ 17 https:/www.gov.ie/en/press-release/af23b-minister-harris-launches-q

36、uantum-2030-irelands-first-national-strategy-for-quantum-technologies/量子信息技術產業發展報告（2023 年）16 (二二)國內政策布局國內政策布局 我國對量子信息技術領域高度重視，各省市也積極推動量子信息相關政策制定與落地實施。2020 年 10 月，習近平總書記在中共中央政治局第二十四次集體學習中，作出把握量子科技大趨勢，下好先手棋系列重要指示，講話從發展趨勢研判，頂層設計規劃，政策引導支特，人才培養激勵，產學研協同創新等五個方面對我國量子科技發展做出全方位系統性布局，為加快促進我國量子信息技術領域發展提供了戰略指引和根

37、本遵循。2021 年以來，北京、安徽、廣東、上海、山東等二十余個省市在地方“十四五”科技與信息技術產業發展規劃中，對量子信息技術領域基礎科研、應用探索和產業培育等方面做出具體部署，提供政策引導與項目支持。2023 年 1 月，合肥市發布政府工作報告18，強調加快建設綜合性國家科學中心和量子信息未來產業園。6 月，廣東省政府印發 廣東省質量強省建設綱要19，提出支持量子信息等前沿領域加強研發布局。8 月，國務院印發河套深港科技創新合作區深圳園區發展規劃20，支持深港聯合國內外高校和科研院所在深圳園區共建“量子谷”。9月，北京市政府印發 北京市促進未來產業創新發展實施方案21，提出面向量子物態科學

38、、量子通信、量子計算、量子網絡、量子 18 https:/ 19 http:/ 20 https:/ 21 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）17 傳感等方向開展技術攻關。工信部等五部門印發元宇宙產業創新發展三年行動計劃（20232025 年）22，加快高性能計算、異構計算、智能計算、量子計算、類腦計算等突破。10 月，武漢市政府召開常務會議23，提出要搶抓量子科技發展機遇，全力打造量子科技產業發展高地。11 月，湖北省印發湖北省加快發展量子科技產業三年行動方案（2023-2025）24，設立 20 億元量子科技產業投資基金，部署創新突破發展、科技成果轉化、場景應用示范、

39、產業融合發展、產業人才聚集等五大工程和 18 項重點工作。安徽省通過單列量子信息領域重大專項25、印發 安徽省數字基礎設施建設發展三年行動方案（20232025 年）26等措施，加大省科技項目對量子領域的支持力度。12 月，全國工業和信息化工作會議提到27出臺未來產業發展行動計劃，瞄準人形機器人、量子信息等產業。中央經濟工作會議提出28開辟量子未來產業新賽道。地方政策措施主要聚焦科研、硬件和應用三大領域。一是開展科學研究，完善學科布局，建設一流研發平臺、開源平臺和標準化公共服務平臺，推動在量子信息技術關鍵領域的發展；二是開展硬件研發，攻關量子信息領域核心器件、系統、材料的發展；三是推動場景應用

40、，22 https:/ 23 https:/ 24 http:/ 25 https:/ 26 https:/ 27 https:/ 28 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）18 推動量子信息技術在金融、大數據計算、生物醫藥、資源環境等重要領域的應用。我國量子信息技術產業發展起步稍晚，但重視程度逐漸加大，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，未來也將持續加強頂層規劃并完善布局，產出更多高水平技術成果。三、科研進展成果(一一)量子計算量子計算 1.多多種種技術技術路線持續提升關鍵性能指標路線持續提升關鍵性能指標 量子計算處理器作為量子計算的“核心引擎

41、”，是制備、操作和測量量子比特與量子邏輯門的物理載體，也是現階段量子計算技術研究與應用的核心方向之一，超導、離子阱、光量子、硅半導體、和中性原子等技術路線呈現多元化發展和開放競爭態勢，尚無一種技術路線具備壓倒性優勢。近年來量子計算原型機研制進一步加速，亮點紛呈。超導量子路線是當前最受關注和研究最多的技術路線，核心器件為二能級系統超導約瑟夫森結，具有可設計、可擴展、易集成、易操控、易耦合等優勢。近期超導量子路線量子比特集成規模、基礎科研和量子糾纏比特數目方面均取得一定成果。2023 年，“Osprey”芯片上線 IBM 量子計算云平臺29。QuantWare 推出 64 位超導量子比特處理 29

42、 https:/quantum- 量子信息技術產業發展報告（2023 年）19 器 Tenor30。中國科大在 66 位超導量子處理器“祖沖之二號”的基礎上擴展可操縱的量子比特數至 176 比特31。蘇黎世聯邦理工學院使用超導量子電路首次完成無漏洞貝爾實驗32。谷歌使用超導量子處理器模擬操控非阿貝爾任意子，并通過編碼創建了代表性的量子糾纏態33。中國科大等聯合團隊實現 51 個超導量子比特簇態的制備34。Rigetti 推出3584 位超導量子處理器“Ankaa-1”。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36。日本富士通和 RIKEN 發布 64 量子比特超

43、導量子計算機37。IBM 量子峰會發布381121 位量子比特“Condor”和 133 位量子比特“Heron”兩款處理器芯片，并發布了模塊化系統擴展技術路線圖，預計 2029 年實現一億個量子邏輯門相干操控。離子阱路線是另一種受關注程度較高的技術路線，基本原理是利用電荷與電磁場間的交互作用力牽制帶電粒子運動，并利用囚禁離子的基態和激發態組成的兩個能級作為量子比特，具有邏輯門操作保真度高、量子比特間連接性好、相干時間長等獨特優勢。近期離子阱路線研究進展主要體現在保真度提升和全連接比特數增長等方面。2023 30 https:/tech.eu/2023/02/23/quantware-debu

44、ts-64-qubit/31 https:/ 32 https:/ 33 https:/ 34 https:/ 35 https:/ 36 https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.080401 37 https:/ 38 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）20 年，Quantinuum 宣布39將 Model H1-2 原型機的單、雙量子比特門保真度分別提升至 99.997%和 99.8%，并將 Model H1-1 系統的量子體積進一步提升至 52428840。華翊量子發布4137 位離子

45、阱量子計算原型機HYQ-A37。幺正量子發布4253 位離子阱量子計算原型機。光量子路線原理是以光子作為信息載體，利用其多種自由度例如偏振、相位和時間位置等進行量子態編碼和量子位構建，可分為專用和通用兩種量子計算模型，優勢包括單比特操控簡單、抗退相干能力強、可常溫工作、相干時間長等。近期光量子技術路線科研進展主要是新型光子態生成方案、特定應用問題求解、光子規模增長等。2023年，中科大等合作構建 255 光子的量子計算原型機“九章三號”43，進一步提升了高斯玻色采樣速度和量子優越性，基于光量子計算機完成“稠密子圖”和“Max-Haf”兩類圖論問題求解44，研究了“九章”處理這兩類圖論問題為搜索

46、算法帶來的加速。南京大學提出45一種可行、可擴展的 N-光子態（N-photon state）生成方案。玻色量子發布46100 量子比特相干光量子計算機。硅半導體量子路線的關注度也在持續提升，主要利用量子點中囚禁的單電子或空穴作為量子比特，通過電脈沖實現對量子比特的驅動 39 https:/arxiv.org/pdf/2305.03766.pdf 40 https:/ 41 https:/ 42 https:/ 43 https:/journals.aps.org/prl/issues/131/15 44 https:/physics.aps.org/articles/v16/s64 45 h

47、ttps:/phys.org/news/2023-02-quantum-optics-multiphoton-qubits-lnoi.html 46 https:/ 年）21 和耦合，優勢在于可擴展性好、門操作速度快、與現有半導體工藝技術兼容。近期成果亮點主要在于新型量子比特研發、操控技術提升和量子比特數增長等方面。2023 年，Intel 發布4712 位硅基自旋量子芯片Tunnel Falls。新南威爾士大學實現48一種電信號控制的新型硅量子比特觸發器(flip-flop)量子比特。浙江大學等在半導體納米結構中創造了一種新型量子比特49。休斯研究實驗室實現50硅編碼自旋量子比特通用控制。中

48、國科大實現51硅基鍺量子點的超快調控，自旋翻轉速率超過 1.2 GHz。中性原子量子計算通過被稱為光鑷的緊密聚焦激光束陣列，約束中性原子在超高真空中懸浮，并基于此構建二能級系統，主要優勢在于相干時間長、原子間相互作用強、原子陣列構型靈活、構建超高維列陣潛力等。中性原子量子計算在量子哈密頓量和量子模擬處理方面具有一定優勢，不但可用于研究和解決凝聚態物質中諸多物理問題的典型模型，還可用于模擬研究分析量子化學、多體物理、凝聚態物理、核物理等諸多復雜體系和現象。2023 年，密歇根大學提出52操縱里德堡量子態的新方法，可誘導被捕獲在一維晶格中的原子同時發生奇偶校驗的里德堡躍遷。合肥國家物理科學微尺度研

49、究中心等基于角自旋相關的超光學晶格制備出保真度為 95.6(5)%、壽命為 2.200.13 秒的 47 https:/ 48 https:/www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add9408 49 https:/ 50 https:/ 51 https:/pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c00213 52 https:/physics.aps.org/articles/v16/s105 量子信息技術產業發展報告（2023 年）22 Bell 態53，并實現了一維原子鏈中 10 個原子以及二維原子陣列中 24個原子

50、的量子糾纏。Atom Computing 公布 1225 原子陣列和 1180 量子比特的中性原子量子計算原型機54，預計于 2024 年正式上市。不同技術路線具有自身的獨特優勢，所面臨的技術與工程問題與挑戰差異性較大，并駕齊驅與持續競爭的發展態勢將會繼續，何種技術路線最后勝出目前尚不明確，最終的勝出者可能會取決于技術突破、應用落地時間以及市場需求等多種復雜因素。2.量子量子糾錯糾錯技術不斷取得技術不斷取得突破性突破性進展進展 量子糾錯是用于保護量子態信息免受噪聲或退相干影響的技術，是進行高保真量子信息處理的必要環節之一。量子態的不可克隆性、相干性等量子物理特性，決定了量子糾錯與經典糾錯存在本

51、質差異。量子糾錯需要完成糾錯編碼、制備輔助比特、探測錯誤和糾正錯誤等多項操作，每項操作步驟均有可能引入額外的錯誤，為了避免越糾越錯，則在各環節均需完成高精度的操控。假設在糾錯精度高于糾錯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降低，從而實現超高精度的邏輯量子比特，并最終以大規模邏輯比特為基礎，構建大規?？扇蒎e通用量子計算機。隨著量子計算樣機硬件能力的提升，量子糾錯研究具備了更好的物理基礎，近期不斷取得新進展。2023 年，Google 首次突破量子計 53 https:/physics.aps.org/articles/v16/s122 54 https:/atom

52、- 年）23 算糾錯編碼規模與收益的平衡點55，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 QEC 平衡點56，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57，利用實時糾錯實現穩定的邏輯量子比特。IBM 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58，在無需量子糾錯條件下實現對磁性材料簡化系統模型的自旋動態和磁化特性的模擬，并驗證其準確性。加州理工展示59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60

53、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61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。清華大學等62聯合使用四個離子阱量子比特對 PEC 進行基準測試，通過層析重建誤差模型并結合其他錯誤緩解方法提高保真度。量子糾錯近年取得諸多成果，但需要指出，當前邏輯量子比特的最低錯誤率距離實用化要求仍有近十余個數量級的差距，量子糾錯距離實現解決實際問題的量子計算機仍有很遠的距離。量子糾錯未來發 55 https:/ 56 https:/ 57 https:/ 58 https:/ 59 https:/ 60 h

54、ttps:/ 61 https:/ 62 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）24 展主要聚焦以下幾個方面：一是理論研究與樣機實驗相互配合，在真實硬件平臺和錯誤條件下，進行理論編碼算法的驗證與改進。二是進一步改進糾錯程序，阻止錯誤狀態在糾錯過程中的積累和傳播。三是提升硬件比特數、降低邏輯錯誤率和提升糾錯閾值、減低糾錯開銷的雙向努力，進一步提升不同路線量子硬件水平滿足實現量子糾錯所需要的冗余比特需求的同時，通過算法改進降低糾錯所需的資源開銷?？梢灶A測，在達到量子糾錯盈虧平衡點后，業界將持續集中攻關量子糾錯理論研究與工程實現，量子糾錯發揮實際應用這一目標，有望取得進一步突破。3

55、.量子計算量子計算軟件與云平臺軟件與云平臺持續開展探索持續開展探索 隨著量子計算樣機系統研發的快速推進，量子計算軟件和云平臺作為實現計算處理功能和用戶連接服務的重要橋梁，也處于百花齊放的蓬勃發展階段。由量子計算硬件系統、軟件、算法和云平臺等關鍵要素構成的量子計算技術體系框架初步形成，如圖 1 所示。量子信息技術產業發展報告（2023 年）25 圖 1 量子計算技術體系框架 量子計算軟件是連接使用者與量子計算硬件的關鍵橋梁，量子計算軟硬件相結合將助力多行業領域研究人員開展理論研究與應用探索。量子計算軟件在編譯運行和應用開發等方面需要根據量子計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

56、工具，特異性與專業性較強，目前處于功能設計開發與生態構建的早期階段。業界在量子計算應用開發軟件、編譯軟件、測控軟件、EDA 軟件等方向開展多元化布局。量子計算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，支持開發者編寫、運行、檢驗量子算法和程序。2023 年，Intel 推出量子計算開發平臺 SDK 1.063，QC Ware 63 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）26 發布量子化學軟件 SaaS Promethium64，Quantum Brilliance 推出涵蓋經典量子混合應用、化學模擬以及自動駕駛等用例的量子計算軟件開發工具包 Qri

57、stal SDK65。量子計算編譯軟件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。Pasqal 發布中性原子量子計算軟件 Pulser Studio66，微軟發布 Azure 量子開發套件 QDK 預覽版67。量子計算測控軟件為用戶提供量子芯片控制、處理、運算等功能，并支持測量結果反饋與芯片校準。蘇黎世儀器推出操控軟件 LabOne Q，為量子計算提供完整測控框架，啟科量子發布離子阱環境控制系統68。量子計算芯片 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。亞馬遜發布開源軟件平臺 Palace69，可

58、完成復雜電磁模型模擬并支持量子計算硬件設計。量旋科技推出應用于超導芯片的 EDA 軟件天乙70。量子計算軟件作為同時承載量子計算硬件與算法應用的連接環節，目前尚難完全明確目標需求并確定技術架構，仍處于開放式探索階段，不同軟件功能各有側重，發展水平均屬于工具級，與經典軟件 64 https:/ https:/ 66 https:/ 67 https:/ 68 http:/ 69 https:/ https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）27 成熟度相去甚遠。未來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方面需要進一步探索和提升。表 2 國內外代表性量子計算云平臺發展

59、概況 量子計算云平臺將量子計算機硬件或量子計算模擬器與經典云計算軟件工具、通信設備及 IT 基礎設施相結合，為用戶提供直觀化及實例化的量子計算接入訪問與服務。近年來國外科技企業、初創企業與研究機構加速布局，為爭奪產業生態地位，搶占未來發展先機展開激烈競爭，目前全球已有數十家公司和研究機構推出了不同類型的數十個量子計算云平臺，其中代表性云平臺如表 2 所示。2023年，加州理工大學等共同推出71量子計算開發平臺BlueQubit，用戶可通過其訪問超導量子硬件。Pasqal 發布72中性原子量子計算探索平臺 Quantum Discovery，助力探索基于中性原子量子計算的行業應用。Strange

60、works 云平臺推出73多種新工具以及使用優化方法執行 71 https:/www.bluequbit.io/72 https:/quantumdiscovery.pasqal.cloud/73 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）28 問題的原始應用程序。日本量子計算聯合研究小組推出量子計算云平臺服務74，用戶可在簽訂合作協議后接入 64 位超導量子計算機。中科大 176 比特“祖沖之號”量子計算云平臺正式上線75。北京量子院研制的 136、18 和 10 位超導量子芯片在其夸父量子計算云平臺上線76。中國移動、中國電科等聯合發布77“五岳”量子計算云平臺。本源量子等多

61、家單位78聯合推出量超融合計算平臺。中國電信發布79“天衍”量子計算云平臺?？偟膩碚f，隨著量子計算技術的不斷發展，量子計算云平臺已經成為了研究和應用量子計算的重要平臺，為多個行業領域的研究者提供了算力服務與創新工具。(二二)量子量子通信通信 1.量子密鑰分發量子密鑰分發實驗系統性能實驗系統性能持續持續提升提升 量子密鑰分發（QKD）作為量子通信領域進入實用化階段的技術方向，國內外已有基于多種協議類型的 QKD 系統初步實現商用化，但需要注意的是，商用 QKD 系統在密鑰成碼率、傳輸距離等方面仍面臨諸多挑戰。未來持續提升 QKD 系統的密鑰成碼率與傳輸距離等關鍵性能是實現遠距離傳輸、組網和高帶寬

62、加密業務應用等的必經之 74 https:/www.riken.jp/pr/news/2023/20230324_1/index.html 75 https:/quantumctek- https:/ 77 https:/ 78 https:/ 79 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）29 路，同時也是提高 QKD 技術實用化水平，破解應用推廣與產業化困境所必須解決的問題?！爸苽?測量”式 QKD 是商用化 QKD 系統的主要技術方案，可基于連續變量（CV）協議（例如高斯調制相干態）和離散變量（DV）協議（例如誘騙態 BB84）等類型的協議實現?！爸苽?測量”式 QKD

63、方案的密鑰成碼率與傳輸效率息息相關，突破單跨段 500km 光纖傳輸距離極限十分困難，此外，具有不理想特性的接收端探測器可能引入威脅系統現實安全的風險。CV-QKD 在數十公里的中短傳輸距離方面具有密鑰成碼率優勢，有望成為城域 QKD 應用主流技術方案。2023年，山西大學采用改進 16-APSK、2.5G 波特率的離散調制協議 CV-QKD 系統80，在 80km 傳輸距離實現 2.11 Mbps 密鑰成碼率。西南通信研究所采用高斯調制協議、工作頻率 1GHz、全數字解調算法系統81，在 100km 傳輸距離實現 0.51 Mbps 密鑰成碼率。上海交大采用發送端光源集成方案82，在 50k

64、m 傳輸距離實現 0.75 Mbps 密鑰成碼率。丹麥科技大學采用83接收端集成方案的10G波特率調制系統，在10km距離實現 300 Mbps 密鑰成碼率。DV-QKD 實驗系統的密鑰成碼率等性能指標近年來也獲得持續提升。2023 年，中科大聯合團隊基于2.5GHz 工作頻率系統、光源編碼集成器件、8 通道集成 SNSPD 和高 80 https:/doi.org/10.1364/OL.492082 81 https:/doi.org/10.1364/OL.485913 82 https:/doi.org/10.1364/PRJ.473328 83 https:/arxiv.org/abs/

65、2305.19642 量子信息技術產業發展報告（2023 年）30 速實時后處理技術84，采用誘騙態 BB84 協議 QKD 系統實現了 10km傳輸距離 115.8 Mbps 密鑰成碼率。瑞士應用物理集團基于 2.5GHz 工作頻率、14 通道集成 SNSPD 的 BB84 協議 QKD 系統85，實現 10km距離 64Mbps 密鑰成碼率。雙光場（TF）協議因其“雙端制備-中心測量”架構可消除探測器端所有側信道安全漏洞，同時將理論成碼率提升至與傳輸效率平方根相關，從而可突破量子信道密鑰容量的 PLOB 界，成為業界廣泛認可的下一代遠距離、高安全性 QKD 技術方案。隨著發送或不發送（SN

66、S）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 實驗系統的關鍵性能持續提升。2023 年，中科大采用 SNS-TF-QKD 協議、主動奇偶校驗方法、雙波段相位估計以及超低噪聲超導納米線單光子探測器（SNSPD）完成了 1002km 系統傳輸實驗86，實現 0.0034bps 密鑰成碼率，在 200km 光纖傳輸距離實現 47kbps 密鑰成碼率。TF-QKD 的有效探測事件取決于中間探測端借助兩端信號產生的單光子干涉結果，兩個發送端獨立激光器的波長和相位需要精準匹配，此外還需要實現基于參考光測量的相位跟蹤和鎖定，這提高了現網部署的難度。北京量子院提出一種開放式

67、 PMP-QKD 架構87，可異步配對探測符合計數且無需參考光信道，在 508km 光纖距離實 84 https:/doi.org/10.1038/s41566-023-01166-4 85 https:/doi.org/10.1038/s41566-023-01168-2 86 https:/doi.org/10.1103/physrevlett.130.210801 87 https:/doi.org/10.1103/physrevlett.130.250801 量子信息技術產業發展報告（2023 年）31 現 42.64 bps 成碼率，簡化系統配置的同時提高了實用化水平。2.量子信息網

68、絡量子信息網絡使能使能技術技術開展開展持續持續研究研究 量子信息網絡（QIN）基于量子糾纏操控、量子隱形傳態、量子存儲中繼等關鍵技術，提供量子計算機和量子傳感器等量子信息系統間的互聯組網能力，有望為量子信息處理能力帶來指數級提升，是量子計算、量子通信和量子測量三領域融合發展的最終演進方向，成為量子信息領域的前沿研究熱點方向。2023 年，量子糾纏制備、量子中繼、量子存儲器方面取得諸多進展，不完全統計如表 3 所示，探索不斷擴展和深化。表 3 2023 年全球量子信息網絡代表性科研成果 時間時間 主要技術主要技術成果成果 研究機構研究機構 發表期刊發表期刊 2023.2 實現 230 米光纖信號

69、鈣離子間量子糾纏 奧地利 Innsbruck Phys.Rev.Lett88 2023.3 基于離子阱實現 10s 量子存儲 英國 牛津大學 Phys.Rev.Lett89 2023.4 電信波段和近可見波段單光子轉換（效率 0.73）中國 中科大等 npj Quantum Inf90 2023.5 基于量子中繼實現 50 公里光纖糾纏傳輸 奧地利 Innsbruck Phys.Rev.Lett91 2023.5 實現中性原子微波-光波轉換（效率 0.58）美國 芝加哥大學 Nature92 2023.5 實現四光子 Dicke 態制備（保真度 0.817）中國 南京大學 Phys.Rev.L

70、ett93 2023.5 實驗實現微波光子-光學光子糾纏 奧地利 ISTA 等 Science94 88 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.050803 89 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.090803 90 https:/doi.org/10.1038/s41534-023-00704-w 91 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.213601 92 https:/ 93 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.22360

71、1 94 https:/www.science.org/doi/10.1126/science.adg3812 量子信息技術產業發展報告（2023 年）32 時間時間 主要技術主要技術成果成果 研究機構研究機構 發表期刊發表期刊 2023.7 實現 51 個 qubit 糾纏態制備（保真度 0.637）中國 中科大 Nature95 2023.7 實現鈮酸鋰芯片 200 ns 多模光量子存儲 中國 電子科大 Science Advances96 2023.7 實現硅基光量子芯片間的高維量子糾纏網絡 中國 北京大學 Science97 2023.7 完成 50 公里三節點光纖 QIN原型試驗 美

72、國 林肯實驗室 ArXiv98 2023.8 提出基于衛星中繼的廣域量子信息網絡方案 加拿大 Calgary Phys.Rev.Appl99 2023.10 實現里德伯原子光波-微波頻率轉換（效率 0.5）波蘭 華沙大學 Nature100 實現量子糾纏資源的高效制備和分發是構建量子信息網絡的基礎資源，因此提升量子糾纏制備和分發效率和保真度事實現量子信息網絡的必經之路，相關科學研究和實驗驗證不斷開展和深化。2023年，奧地利因斯布魯克大學在相距 230 米的兩個鈣離子之間實現 0.882 保真度的遠距離糾纏101。中科大實現 0.6370.030 保真度的 51 個超導量子比特糾纏態制備驗證1

73、02。北京大學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103，并提出高維量子糾纏自修復方法用以快速修復在傳輸過程中已退化的糾纏。南京大學首次在硅基光量子芯片上實現 0.8170.003 保真度的四光子 Dicke 態制備及高精度相干調控104。95 https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06195-1 96 https:/www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf4587 97 https:/doi.org/10.1126/science.adg9210 98 https:/arxiv.org/abs/2307.1569

74、6 99 http:/dx.doi.org/10.1103/PhysRevApplied.20.024048 100 https:/ 101 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.050803 102 https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06195-1 103 https:/doi.org/10.1126/science.adg9210 104 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.223601 量子信息技術產業發展報告（2023 年）33 實現量子態信息的存儲和中繼，是構建量子信息

75、網絡的核心使能技術。量子存儲方面，基于氣態冷原子系綜、固態摻雜晶體和全光子簇態等不同類型技術路線的存儲方案和實驗研究持續深入。2023年，牛津大學使用離子阱量子信息網絡節點實現了高穩定性量子存儲器105，存儲時間超 10s 后糾纏保真度仍保持在 0.81(4)。電子科大聯合團隊基于原子頻率梳協議在摻鉺鈮酸鋰波導芯片上實現了 200 ns 存儲時間、4GHz 存儲帶寬以及 2.83 0.03%內部存儲效率的通信波段集成多模光量子存儲106。量子中繼方面，技術方案分為兩類，分別是含存儲量子中繼方案和全光量子中繼方案，前者是當前主流方案，近年科研探索仍在不斷推進。2023 年，美國普林斯頓大學實驗驗

76、證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107，未來有望用于固態量子中繼器實驗。美國德克薩斯大學提出基于測量的容錯單向全光量子中繼方案108，完成全光中繼局部操作的有效簡化。奧地利因斯布魯克大學利用兩個鈣離子作為量子存儲器完成電信波段傳輸超 50公里的量子中繼實驗109。南京大學提出并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110。3.量子信息網絡量子信息網絡研究與研究與試驗驗證試驗驗證有序推進有序推進 105 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.090803 106 https:/doi.org/10.1126/sciadv.

77、adf4587 107 https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06281-4 108 https:/doi.org/10.21203/rs.3.rs-2536477/v1 109 https:/doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.213601 110 https:/doi.org/10.1364/OL.482287 量子信息技術產業發展報告（2023 年）34 量子信息網絡得多項核心使能技術處于理論與實驗研究的開放探索階段，仍存在諸多技術瓶頸，整體距離實用化水平還有很大差距。但基于其實現量子計算機互聯組網以指數級提升量子信息處理能力的巨

78、大潛力，使之成為歐美等國量子通信領域發展的重點方向之一。近年來，量子信息網絡的傳輸與組網技術實驗，以及初步應用探索正在逐步開展，全球多國加快推動技術試驗與測試驗證。其中代表性的是美國，美國近年來積極搭建測試平臺并開展一系列組網實驗，加速量子信息網絡應用探索。研究機構方面，2023 年，NIST 為 QIN基礎組件研發及組網測試提供長期支持，構建 NG-QNet 測試平臺驗證 QIN 基礎組件功能111。DoE 計劃撥款 2400 萬美元用于 QIN 研究開發并推動分布式量子計算網絡應用探索112。林肯實驗室等聯合構建了 50 公里三節點量子網絡實驗床（BARQNET）用于測試量子態信號傳輸特性

79、和補償機制113。企業方面，多家企業在量子信息網絡研發與測試驗證等方面積極開展布局。亞馬遜量子網絡研究中心開發基于金剛石色心的新型量子網絡光接口114。Qunnect 啟動 GothamQ 量子信息網絡測試平臺115，與紐約大學合作測試 16 公里 QIN 鏈路。高校方面，滑鐵盧大學將與歐洲團隊聯合開展合作項目“HyperSpace”116，目標是 111 https:/www.nist.gov/programs-projects/quantum-communications-and-networks 112 https:/science.osti.gov/ascr 113 https:/do

80、i.org/10.48550/arXiv.2307.15696 114 https:/ https:/www.nyu.edu/about/news-publications/news/2023/september/nyu-takes-quantum-step-in-establishing-cutting-edge-tech-hub-in-.html 116 https:/uwaterloo.ca/news/science/connecting-canada-and-europe-through-quantum-satellite?utm_source=miragenews&utm_mediu

81、m=miragenews&utm_campaign=news 量子信息技術產業發展報告（2023 年）35 實現跨大西洋的量子衛星鏈路和洲際量子通信組網。佛羅里達大學與加拿大卡爾加里大學聯合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117。此外，歐盟多國依托量子旗艦計劃和地平線歐洲計劃等戰略規劃，采取開展組網實驗、組織應用探索、支持初創企業、建立合作項目等一系列行動，旨在實現全球范圍內的量子信息網絡。2023 年，多家歐洲研究機構共同啟動為期三年的 LaiQa 項目118，旨在構建全球范圍的量子互聯網，并開發一系列量子信息網絡所需的關鍵組件。歐洲量子互聯網聯盟（QIA）啟動了為期七

82、年的計劃，將構建歐洲首個大規模量子互聯網119。QIA 啟動第一屆量子互聯網應用挑戰賽120，旨在匯聚更多參賽者參與到應用組網原型設計開發和應用探索中。荷蘭代爾夫特理工（TUD）取得諸多科研成果，率先實現了三節點組網實驗，完成了基于糾纏 QIN 鏈路層協議的實驗演示121。此外，TUD 為 QIN 產業化做出貢獻，孵化了 Q*Bird、QphoX、Qblox 等一系列初創企業。德國電信開設量子實驗室122，實驗室提供量子光學基礎設施和可完成兩千公里測試的光纖網絡，聚焦量子信息網絡應用并探索構建量子物聯網。英國布里斯托大學基于動態多協議糾纏分發量子信息網絡實現 117 https:/journa

83、ls.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.20.024048 118 https:/www.tno.nl/en/newsroom/2023/09/laiqa-european-quantum-internet-space 119 https:/quantuminternetalliance.org/2022/10/14/the-quantum-internet-alliance-will-build-an-advanced-european-quantum-internet-ecosystem/120 https:/quantum

84、internetalliance.org/quantum-internet-application-challenge-2023/121 https:/doi.org/10.1038/s41534-022-00631-2 122 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）36 六個用戶之間的量子通信123。(三三)量子量子測量測量 1.科研科研發展發展迅速，迅速，展示展示量子優勢量子優勢成為成為趨勢趨勢 量子測量是利用量子特性獲得更高性能的測量技術，主要通過對微觀粒子體系及其中量子態的制備、調控和觀測，更加準確、精細和可靠的測量與探測外界物理量的變化。根據物理媒介和制備操控方式不

85、同，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?？杀粶y量的物理量主要包括頻率、時間、重力場、加速度、角速度、磁場、電場、溫度、物質痕量等。量子測量在基礎科研、國防軍工、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具備廣泛應用場景。近期，展現“量子優勢”已成為量子測量領域的發展熱點，相關基礎科研快速發展，成果層出不窮。2023 年，英國布里斯托爾大學提出基于壓縮態頻率梳的量子增強吸收光譜測量方案124，10dB 和 15dB 壓縮比時的測量信噪比分別達到比標準量子極限高一個數量級和標準量子極限的

86、30 倍。意大利都靈理工大學聯合團隊通過測量信號光和閑置光的一階強度方式計算的皮爾遜相關系數明顯低于經典方法，在 123 https:/ieeexplore.ieee.org/document/9748401/authors 124 https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.133602 量子信息技術產業發展報告（2023 年）37 量子增強非干涉定量相位成像領域同樣展示了量子優勢125。法國里昂高等師范學院實現的微波量子雷達性能比經典雷達高出 20%126，展示了微波量子雷達中的量子優勢。上海交通大學聯合團隊提出

87、新型量子干涉儀噪聲壓縮保護方案127，實驗驗證了高路徑損耗條件下的量子干涉儀的測量結果依舊可以突破標準量子極限。蘭州大學利用 Floquet束縛態克服含噪量子計量中的不可行原理128，周期性驅動 Ramsey 干涉儀的原子，當原子和噪聲共同形成 Floquet 束縛態時，頻率測量精度恢復至理想的 t2標度關系，并允許頻率測量精度隨著原子數 N 恢復至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。2.量子量子 PNT 已已成為成為量子測量領域研究量子測量領域研究熱點熱點 基于衛星的定位、導航、授時（PNT）技術依賴全球導航衛星系統（GNSS），通過其發送由星

88、載原子鐘產生的高精度時間信號，接收器接收多顆衛星的時間信號并計算距離后則可確定接收器的精確位置信息，并實時進行運動過程中的位置計算從而實現定位導航功能?；谛l星的 PNT 技術具有精確定位、高效導航和準確授時的能力，在航空航天、軍工國防、公共安全、減災救援、交通出行等領域均起到重要作用。但基于衛星的 PNT 在為現代社會提供便利的同時也隱 125 https:/ 126 https:/ 127 https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.073601 128 https:/doi.org/10.1103/PhysRe

89、vLett.131.050801 量子信息技術產業發展報告（2023 年）38 藏了諸多風險隱患。對于 GNSS 衛星信號的干擾、篡改、偽造、屏蔽乃至于對衛星的摧毀，都將使衛星 PNT 系統無法工作，可能會對以此為基礎的生產活動應用造成難以預估的嚴重影響。在此背景下，無需借助衛星同時具有更高精度和可靠性的自主 PNT 技術應運而出?，F階段，基于原子鐘和量子慣性導航等技術的量子 PNT 已成為量子測量領域的重點發展方向之一。原子鐘是 GNSS 系統實現定位導航功能的關鍵使能組件，也是量子 PNT 技術體系的核心部分之一。近期，下一代秒定義的相關研究取得諸多成果，以光學原子鐘為代表的新型時頻基準不

90、確定度已邁入1E-19 量級，為大幅提升 PNT 系統的授時和定位導航精度奠定基礎。2023 年，美國阿貢實驗室利用歐洲新一代同步加速器輻射源（EuXFEL）高亮度 X 射線激發鈧-45 元素金屬箔產生異構體129，實現兩個數量級的躍遷能量不確定度優化以及 3000 億年誤差一秒的理論計時精度，有望成為未來新一代時頻基準解決方案。美國 NIST 聯合團隊在 300 余公里的自由空間信道條件下實現 320 阿秒的時間同步130，支持 40W 信號發射功率和 102dB 鏈路損耗。美國科羅拉多大學在光鐘中實現秒穩 1.087E-15 的自旋壓縮131，低于標準量子極限1.94dB。中科院精密測量院

91、研發的室溫鈣離子光鐘的不確定度達 1E-129 https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06491-w 130 https:/ 131 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）39 18 量級132，為未來的光鐘應用奠定一定基礎。陀螺儀和加速度計均為自主慣導系統的核心組件。量子慣導系統主要基于 SERF 和冷原子干涉等原理實現，未來有望成為新一代慣導解決方案，數量級提升理論測量精度和體積功耗等關鍵性能指標。2023 年，北京理工大學研制出基于懸浮納米金剛石的高靈敏度陀螺儀133，可實現 6.86107 rad/s/Hz 靈敏度，由于陀螺儀的工作面積極

92、小，未來有望實現芯片化?？偟膩碚f，量子陀螺儀和加速度計現階段主要處于實驗室樣機研制階段，性能指標仍待優化。3.量子探測成像技術量子探測成像技術未來前景未來前景可期可期 量子探測成像是一種集量子糾纏光源、脈沖注入壓縮、單光子探測等量子技術與計算光學、雷達探索等經典技術于一體的新型成像方法。使用量子探測成像技術獲取探測目標的圖像、位置和距離等信息時，可實現成像距離、速度、分辨率和靈敏度等方面的突破。以單光子激光雷達為代表的超分辨成像是量子探測成像未來發展的重要方向之一，單光子激光雷達具有單光子級別的靈敏度和皮秒級別的時間分辨率，可實現遠距離、高精度的三維成像。2023 年，美國科羅拉多大學提出基于

93、經典和量子關聯函數的高速超分辨率計算成像技術134，同時提升了信噪比與成像速度。英國愛丁大學聯合團隊 132 https:/doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.064004 133 https:/opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-5-8139&id=526325 134 https:/spj.science.org/doi/full/10.34133/icomputing.0003 量子信息技術產業發展報告（2023 年）40 利用單光子激光雷達重建水下散射環境的實時三維場景135，實驗顯示渾濁水質條件下仍能實現每

94、秒 10 幀的刷新速率。華東師范大學提出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136。雙光場關聯成像（鬼成像）是一種利用糾纏光子對實現目標物體照明和圖像采集分離的新型成像方式，優勢在于采用低光照即可完成成像。2023 年，南非威特沃特斯蘭德大學實現三維結構信息探測的單像素量子鬼成像137，通過獲得復雜物體相位以及振幅等信息重建復振幅圖像。德國勞恩霍夫研究所聯合團隊實現三維量子鬼成像138，相較經典方案，在空間損耗、校準工作及其在遙感中的應用等方面具有優勢。意大利羅馬大學聯合團隊提出空間雙光子態振幅和相位的干涉成像技術139，達到 87%平均保真度的

95、同時測量時間縮短三個數量級。近年來，量子探測成像方向的新型協議研究與關鍵器件研制也取得諸多進展。2023 年，美國 NIST 聯合團隊研制出一種四十萬像素超導納米線單光子探測相機140，可實現 4 mm2.5 mm 陣列面積、5 um5 um 分辨率以及 1.1105 cps 探測計數率，單個探測器可實現 1.010-4cps 暗計數率，也即整個陣列暗計數率達到了 0.13 cps。南京大學提 135 https:/opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-10-16690&id=530374 136 https:/ 137 https:/opg.opt

96、ica.org/optica/fulltext.cfm?uri=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:/arxiv.org/abs/2306.09473 量子信息技術產業發展報告（2023 年）41 出一種新型量子成像協議141，并演示了利用未檢測到的光子對結構物體進行無交互單像素量子成像。四、應用場景探索(一一)量子模擬量子模擬助力助力探索探索微觀系統微觀系統性質與規律性質與規律 量子模擬運用人工

97、可控的量子系統模擬另外一個量子系統的性質、演化規律以及經典現象，通過使用算法和數據創建相關過程的動態模型，對現實世界現象的行為產生洞察力。量子模擬具備在原子尺度直接模擬微觀系統相互作用能力，目前正在從純粹原理性演示逐漸過渡到為應用問題提供解決方案，未來有望成為多個行業領域的全新應用探索工具。表 4 量子模擬行業應用探索概況 應用方向應用方向 代表性參與機構代表性參與機構 應用場景應用場景 化學工業 IBM、谷歌、微軟、D-Wave、SEEQC、富士通、NobleAI 等 量子化學 化工材料 物理研究 IBM、谷歌、ParityQC、馬普所、哈佛大學、馬里蘭大學等 凝聚態物理 高能物理 核物理

98、量子力學 生物制藥 IBM、QC Ware、Zapata、Kvantify、Polarisqb、Moderna、富士通、NTT DATA等 制藥 生命科學 能源 Quantinuum、英飛凌、空客、寶馬、福特等 傳統能源 新能源 近年來量子模擬在化學工業、物理研究、生物制藥、能源等代表性行業領域的應用探索已成為研究熱點，如表 4 所示。2023 年，谷歌 141 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）42 聯合團隊開發出一種機器學習算法用于完成對超分子復合物進行動力學模擬142。德國尤利希研究中心143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

99、現144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 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145，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。IBM 和克利夫蘭診所合作146，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。美國艾姆斯國家實驗室通過模擬材料的自適應算法展示了一種應用量子計算于材料研究中的方法147，可在減少計算資源的同時保持準確性。美國能源部國家能源技術實驗室聯合團隊使用量子計算研究胺反應148，可更快找到用于碳捕獲的有用胺化合物用以幫助凈化大氣。量子模擬具備在原子尺

100、度直接模擬微觀系統相互作用能力，目前正在從提供物理現象的定性演示向著為應用問題提供解決方案的方向發展，未來有望成為物理、化學、材料、醫藥等領域的全新應用探索工具。142 https:/phys.org/news/2023-01-algorithm-enables-simulation-complex-quantum.html 143 https:/www.eurekalert.org/news-releases/977133 144 https:/www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7484 145 https:/ 146 https:/ 147 htt

101、ps:/ https:/avs.scitation.org/doi/10.1116/5.0137750 量子信息技術產業發展報告（2023 年）43 (二二)量子組合優化量子組合優化提升搜索最佳方案準確性提升搜索最佳方案準確性 組合優化問題是目前算法中最熱門的問題之一，搜索空間往往隨著搜索規模呈指數級增長，導致有效時間內難以求解，或難以獲得全局性最優解。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，是量子計算領域近年來頗受關注的應用探索方向，也被認為是當前有可能率先突破應用的方向之一。表 5 量子組合優化行業應用探索概況 行業領域行業領域 代表性代表性參與機構參與機構

102、 應用場景應用場景 量化金融 IBM、Xanadu、D-Wave、QC Ware、IonQ、Pasqal、Rigetti、Terra Quantum、Multiverse Computing、本源量子、匯豐銀行、Ita Unibanco 銀行、畢馬威、巴斯夫、摩根大通、德意志交易所集團等 組合優化 模擬定價 風險預測 交通物流 Quantinuum、Xanadu、Q-CTRL、QCI、英偉達、寶馬等 路線優化 貨物裝配 線路調度 航空航天 Xanadu、Quantum-South、英偉達、空客、Amerijet 等 流體動力學 路線優化 氣象預測 PsiQuantum、Pasqal、Riget

103、ti、OQC、巴斯夫、德勤等 氣象預測 災害預警 電信傳媒 D-Wave、Multiverse Computing、Atom Computing、玻色量子、中國移動、NREL等 電信 媒體 近年來，量子組合優化在諸多行業中均可找到相應用例，主要包括涉及復雜多變量組合優化的量化金融、交通規劃、氣象預測、電信傳媒等方向，如表 5 所示，未來將持續加大應用探索的深度和廣度，實現更多行業領域的量子組合優化案例。2023 年，Xanadu 和航空發動機制造商羅爾斯羅伊斯共同為 PennyLane 開發量子計算工具以加量子信息技術產業發展報告（2023 年）44 速對航空航天應用量子算法的研究149。Te

104、rra Quantum 和泰雷茲公司使用混合量子計算優化衛星任務規劃150，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151。Amerijet 和 Quantum-South利用量子計算實現飛機物流裝載優化用以提高貨物裝載率和航班收入152。中國移動分別與玻色量子和本源量子合作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153，驗證了算法加速潛力與應用場景可行性?？傮w而言，量子組合優化有望應用于諸多行業領域，為任務規劃、物理研究、路線優化、信息通信等方向提供解決方案，未來將持續加大應用探索的深度和

105、廣度，實現更多行業領域的量子組合優化案例。(三三)多方合作開展多方合作開展量子保密通信量子保密通信應用探索應用探索 量子保密通信需要與通信和信息安全領域的行業企業和用戶積極合作，明確系統融合方案和加密應用場景，才有望為有高安全性需求的用戶提供切實有效和成本收益合理的實際解決方案，從而帶動產品實用化部署與產業化發展。近幾年量子保密通信企業通過與傳統通 149 https:/www.newswire.ca/news-releases/xanadu-and-rolls-royce-to-build-quantum-computing-tools-with-pennylane-881322368.ht

106、ml 150 https:/www.newswire.ca/news-releases/xanadu-and-rolls-royce-to-build-quantum-computing-tools-with-pennylane-881322368.html 151 https:/ https:/quantum- https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）45 信網絡營運商開展合作的方式，共同進行測試驗證與應用探索已成為新的發展趨勢，并且已在企業合作、網絡建設和行業融合應用等方面取得初步進展。企業合作方面，中國移動與國科量子聯合共建了信通數智量子科技有限公司，中國電信與科大國盾聯

107、合共建了中電信量子科技有限公司。2023 年，中國電信投資 30 億元在安徽成立了中電信量子信息科技集團有限公司，公司經營范圍含數字技術服務、量子計算技術服務、信息安全設備制造、云計算設備制造、商用密碼產品生產、5G 通信技術服務、衛星移動通信終端銷售等。網絡建設方面，2022 年，全長 1147km 的合肥量子保密通信城域網建成，共包含 8 個核心節點和 159 個接入節點，將為電子政務網絡提供量子安全接入和數據傳輸加密服務。歐盟多國開啟量子通信實驗網絡和基礎設施建設，西班牙將建設覆蓋馬德里大都市區量子通信城域網。法國、愛爾蘭、丹麥等國也均開始建設量子通信試驗網絡并開展相關產品測試。行業融合

108、應用方面，國內外針對 QKD 等量子保密通信技術與不同類型 ICT 系統及網絡的融合應用研究開展持續探索，進行了諸多實驗驗證和商用化方案探索工作。2023 年，華夏銀行與北京量子院聯合探索 QSDC 技術在銀行關鍵數據加密傳輸場景的應用。意大利電信量子信息技術產業發展報告（2023 年）46 集團聯合 QTI 公司探索 QKD 技術在工業網絡中的應用154，演示其在工控交換機與邊緣云計算節點的數據傳輸中起到的加密保護作用。英國Bristol大學將QKD設備與5G天線后端前傳網絡設施進行融合155，完成 5G 前傳光信道中使用量子加密技術的可行性驗證。維也納大學設計并演示了基于 QKD 的量子安

109、全電子支付方案156，該方案使用信息論安全 MAC、最優欺騙策略分析等方法設計量子信號制備、數據后處理，可防御客戶欺騙性支付。(四四)首首批批 PQCPQC 標準標準草案草案發發布布，應用應用存在難度存在難度 當前互聯網信息的安全性普遍基于以 RSA、ECDH 和 ECDSA 等算法為基礎的公鑰密碼體系，該體系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。量子計算技術將對以公鑰密碼體系為基礎的信息通信網絡安全構成嚴重威脅，已成為全球各國管理機構、學術界和產業界普遍共識?？紤]到長期敏感信息存在“先存儲后破解”的追溯性風險，以及現有信息系統公鑰密碼體系升級所需時間，應對量子計算信

110、息安全威脅已成為全球各國量子信息技術應用與風險管控的熱點問題。對當前公鑰加密體系進行升級，形成抗量子計算破解加密（PQC）算法和體系，是全球信息安全管理機構和密碼學界的努力方向。154 https:/www.gruppotim.it/it/archivio-stampa/mercato/2023/CS-CIM4-0-TIM-16-03-23.html 155 https:/doi.org/10.1364/JOCN.483644 156 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）47 圖 2 美國 NIST 后量子加密（PQC）算法標準化歷程 美國引領了 PQC 算法標準的制定，歐

111、美科技巨頭和密碼學界均作出重要貢獻，PQC 算法標準化歷程如圖 2 所示。2023 年 8 月，美國NIST正式發布三種PQC算法的標準化草案157，分別是CRYSTALS-KYBER 算法158、CRYSTALS-DILITHIUM 算法159以及 SPHINCS+算法160，預計上述三種 PQC 算法將在 2024 年發布正式標準，第四種算法 FALCON 的標準化草案也將會在 2024 年發布。此外其他 KEM、DSA 算法的新一輪征集也將持續開展。PQC 標準化的持續推進加快了 PQC 應用部署推廣的速度。2023年，互聯網工程任務組（IETF）成立后量子應用協議工作組（PQUIP），

112、開展加密技術標準和網絡協議升級等方面的研究。PQUIP 發布 面向工程師的后量子密碼報告161，詳細探討 PQC 標準算法特征、算法 157 https:/csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography 158 https:/csrc.nist.gov/pubs/fips/203/ipd 159 https:/csrc.nist.gov/pubs/fips/204/ipd 160 https:/csrc.nist.gov/pubs/fips/205/ipd 161 https:/www.ietf.org/id/draft-ietf-pquip-

113、pqc-engineers-01.html 量子信息技術產業發展報告（2023 年）48 替換升級方案等技術問題。NIST 聯合國家網絡安全卓越中心（NCCoE）啟動“向 PQC 遷移”計劃162，在提出升級項目工作流程的同時推薦了28 家 PQC 技術產品供應商，包含 IBM、亞馬遜、思科、SandboxAQ等企業。美國網絡安全與基礎設施安全局（CISA）、NSA 和 NIST 聯合發布量子準備：遷移到后量子密碼學文件163，目標是為機構和企業開展 PQC 升級應用提供參考與指導。IBM、微軟、MITRE、PQShield、SandboxAQ 和滑鐵盧大學等聯合成立 PQC 聯盟，開展 PQ

114、C遷移標準研究、創建技術材料、測試驗證等活動。首批 PQC 算法標準草案的發布助力 PQC 產業化發展，但需要注意，信息安全系統的 PQC 遷移與大規模應用部署，仍面臨重重困難。一是目前 PQC 算法標準具有多樣性，在帶來安全性提升的同時，也為下游產品開發、測試評估、標準更新和應用部署帶來較多不確定性。二是 PQC 技術標準的實際應用部署，需要明確標準中提出的諸多密鑰、密文和簽名參數，滿足計算處理和故障處理等能力要求，同時適配目標系統架構和環境，這使得開展產品級和系統級的研究開發、測試驗證以及更新適配等一系列工作成為必然。三是目前信息通信和互聯網的大量協議和標準中廣泛采用公鑰加密算法，加密算法

115、更新意味著大量通信協議和標準的更新迭代，可以預見，種類多且數量大的通信與信息安全領域標準協議完成更新和系統遷移的過程將需要較長 162 https:/csrc.nist.gov/News/2021/migration-to-post-quantum-cryptography-proj-desc 163 https:/www.cisa.gov/news-events/news/cisa-nsa-and-nist-publish-new-resource-migrating-post-quantum-cryptography 量子信息技術產業發展報告（2023 年）49 時間。(五五)量子量子探測

116、成像探測成像助力助力環境環境監測監測與生物醫療與生物醫療 量子探測成像以其探測靈敏度、成像分辨率等方面可突破傳統相機經典極限限制等優點，在高分辨率成像、非相干成像、惡劣條件下成像等方面具有廣闊的應用前景。量子探測成像技術有望應用于環境監測和生物醫療等行業領域，近年來國內外均開展了相關實驗探索并取得初步成果。油氣泄漏監測是環境監測的一個重要應用方向。油氣泄漏監測對于環境保護具有重要意義，通過監測管道泄漏，能夠及早發現油氣是否存在泄漏情況，便于及時采取措施防止泄漏事故進一步擴大。2023年，廈門大學聯合團隊利用體積約為 0.013m3的單光子拉曼激光雷達實現水下石油泄漏的監測164，該雷達系統可以

117、在水下 0.6 米處探測并區分厚度為 115 mm 的石油泄露情況?；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可提升氣體濃度檢測與成分分析的靈敏度165，在百米范圍實現 ppm 量級的檢測精度，為煉化和存儲設施提供一種新型的氣體泄漏監測方案。英國 QLM 開發一種用于氣體監測的激光雷達系統166，可建立激光雷達生成的甲烷或二氧化碳等溫室氣體圖像，從而可以快速可視化和量化管道或儲氣設施中的氣體泄漏。164 https:/opg.optica.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-62-19-5301 165 https:/ https:/ 量子信息技術產業發展報告（20

118、23 年）50 生物醫學科學的進步往往得益于靈敏度和分辨率更高的工具的開發，而實現生命體征的實時監測在生物醫學中具有十分重要的應用價值，目前相關實時監測基本采用接觸式設備，一定程度上限制了設備的應用推廣，量子測量為新一代生物醫學傳感器的發展提供了新的方向。2023 年，悉尼大學團隊發明了用于非接觸式生命信號監測的光子雷達167，原理是利用經過人體胸腔反射信號的多普勒效應從而監控人的呼吸頻率、幅度以及心率，可實現信號帶寬 30GHz、精細分辨率 6 毫米以及微米級別的準確度，這將助力針對呼吸驟停和吸氣性呼吸困難等呼吸系統疾病的早期檢測，同時對人體可能存在的潛在健康問題進行提示和施救警報。(六六)

119、量子測量量子測量推動推動調整調整能源能源結構結構與與雙碳雙碳達達標標 2020 年 9 月，我國明確提出二氧化碳排放力爭于 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現碳中和。在“碳達峰”與“碳中和”雙碳發展目標指引下的能源革命，意味著調整能源結構，將傳統的化石能源為主的能源體系轉變為以可再生能源為主導、多能互補的能源體系，進而促進我國能源及相關工業升級，破除能源之間的壁壘，促進多能互補、取長補短，提高能源整體利用率，這是能源變革勢在必行之舉。以金剛石 NV 色心磁場測量、電流互感測量和單光子探測為代表的一系列新興量子測量技術，未來有望助力解決能源行業的眾多應用痛點，167 https

120、:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）51 助力實現雙碳達標。高能量密度是儲能器件未來的重要發展方向，鋰電池因其高能量密度和集成化能力，作為一種性能優異的儲能器件在新能源領域，尤其是電動汽車等行業領域已獲得廣泛應用，然而目前鋰電池的生產、檢測和使用等環節中仍有諸多行業痛點仍待解決，未來量子測量有望為提升鋰電池生產質量和效率、提高鋰電池漏電檢測靈敏度以及提高鋰電池剩余電量測量準確度等方面提供助力。2023 年，日本東京工業大學使用金剛石 NV 色心傳感器測量電池電流168，實現 130 A 動態范圍內 10 mA 的電流測量精度。構建新型電力網絡是實現雙碳發展目標的關鍵抓手之一，未來新型

121、電力網絡將從“源隨荷動”的實時平衡模式、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，電網運行特性的轉變意味著需要更加靈敏與可靠的監測傳感設備，用以滿足采集和智能化分析監測電網狀態信息的更高要求。金剛石 NV 色心量子電流互感器可探測高壓電流導線周圍的磁場，實現高精度和動態范圍的電流互感測量，且具備較強的極端環境耐受性。面對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，量子電流互感器能夠有助于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 168 https:/doi.org/10.1

122、038/s41598-022-18106-x 量子信息技術產業發展報告（2023 年）52 量子電流互感器樣機并在電力行業推廣應用169，助力提升電網監測場景中電流測量的最高精度。五、產業發展分析(一一)量子量子計算計算產業生態培育仍處初期階段產業生態培育仍處初期階段 隨著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，量子計算產業生態上中下游各環節已初具雛形，如圖 3 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漸增多，產業生態穩步推進。圖 3 量子計算產業生態與國內外代表性企業概況 量子計算產業生態上游主要包含環境支撐系統、測控系

123、統、各類關鍵設備組件以及元器件等，是研制量子計算原型機的必要保障。目 169 http:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）53 前，不同技術路線的并行發展導致對于上游供應鏈的需求存在差異，這一定程度上限制了上游供應鏈企業的技術攻關和規?；l展。國內外對比而言，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。量子計算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，其中超導路線受到熱捧，離子阱、光量子和中性原子路線獲得較多初創企業關注。近年出現一批主推量子

124、計算軟件的企業，對于量子計算領域應用探索與產業發展起到一定推動作用。國內外對比而言，美國在原型機研制與軟件研發等方面占據優勢，我國量子計算硬件企業存在數量有限且技術路線布局相對單一等問題，量子計算軟件企業數量規模較少、創新成果有限、應用探索推動力較弱。量子計算產業生態下游涵蓋量子計算云平臺以及行業應用，處在早期發展階段。近幾年，全球已有數十家公司和研究機構推出量子計算云平臺力圖爭奪產業生態地位。目前量子計算領域應用探索已在量化金融、化學模擬、人工智能、生物醫藥、交運航空等領域廣泛開展。國內外對比而言，國外量子計算云平臺在后端硬件性能、軟硬件協同程度、商業服務模式等方面具有優勢。歐美行業龍頭企業

125、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，仍需提升應用探索動力。量子信息技術產業發展報告（2023 年）54 (二二)量子量子保密保密通信通信領域領域產業化持續產業化持續探索探索 隨著量子保密通信試點應用和網絡建設的推進和發展，量子保密通信產業初步建立并逐漸發展，形成包含基礎研究、設備研發、建設運維和安全應用為一體的產業生態系統，產業總體視圖如圖 4所示。近年來，量子通信領域的網絡建設驗證、產品研發以及標準化研究等方面發展較為迅速。圖 4 量子保密通信產業總體視圖 在網絡建設與實驗驗證方面，2023 年，亞馬遜量子網絡中心在新加坡實現了一個點對點

126、的量子安全網絡170，成功連接了兩個相距約 3公里的 QKD 設備，并建立了一個同時使用 QKD 技術和 AWS 邊緣計 170 https:/ 年）55 算硬件的 VPN 隧道。瑞士 IDQ 與諾基亞、移動通信公司 Proximus 合作171，在布魯塞爾和梅赫倫的兩個數據中心之間分別完成 QKD 試驗。中國電信聯合團隊完成基于少模光纖（FMF）和分離光放系統的 QKD與經典光通信系統共纖傳輸實驗172，100.96km FMF 和經典光通信帶寬 1Tbps 時，密鑰成碼率達到 2.7kbps。在產品研發方面，2023 年，日本東芝和軟銀在英國共建量子技術中心173，專注于研制兼容 QKD

127、接口的虛擬專用網（VPN）路由器產品，并完成基于 IPSec 協議的量子加密 VPN 通信技術實驗。西班牙LuxQuanta 推出基于 CV-QKD 技術的商用化“NOVA LQ”系統174，具有易于部署、可靠性強、具有彈性和能快速生成密鑰的優勢。韓國 SK Broadband 推出韓國首個支持 QKD 和 PQC 在線安全方法的專線服務175，用戶可以選擇和使用 QKD 或 PQC。在標準化方面，2023 年 8 月，工信部等四部門聯合印發新產業標準化領航工程實施方案（2023-2035 年）176，在量子信息領域，方案提出開展量子信息技術標準化路線圖研究。10 月，全國信息技術標準化技術委

128、員會成立量子信息標準工作組177。此外，隨著量子保密通信技術產品研發和應用探索發展，量子保密通信領域技術標準體系初 171 https:/ https:/doi.org/10.1364/OL.500406 173 https:/www.toshiba.eu/quantum/news/toshiba-announces-strategic-investment-in-quantum-technology-with-opening-of-cutting-edge-commercial-hub-with-product-development-and-manufacturing-facility-i

129、n-the-uk/174 https:/www.toshiba.eu/quantum/news/toshiba-announces-strategic-investment-in-quantum-technology-with-opening-of-cutting-edge-commercial-hub-with-product-development-and-manufacturing-facility-in-the-uk/175 https:/ 176 https:/ 177 https:/ 量子信息技術產業發展報告（2023 年）56 步構建，相關標準研制取得階段性成果。2023 年，國

130、際與國內標準化組織發布了 ISO/IEC 23837-1/2 QKD 安全要求與測試評估方法、GS QKD 016 QKD 模塊安全評估保護框架（PP）、GB/T 42829-2023 量子保密通信應用基本要求、YD/T 4303-2023 基于 IPSec 協議的量子保密通信應用設備技術規范、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、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、TD/T 4

131、410.1-2023 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）等一系列標準?？傮w而言，量子保密通信在網絡建設、產品研發、標準化研究等方面持續推進，已取得諸多進展，但仍有較大提升空間并面臨諸多瓶頸挑戰，未來需要持續提升。(三三)量子測量量子測量產業鏈基本形成，大規模產業鏈基本形成，大規模商用商用仍存挑戰仍存挑戰 隨著量子測量技術逐步成熟，越來越多樣機走出實驗室，邁向產品化，各技術方向的發展成熟度有較大差異，代表性的成熟商用產品包含原子鐘、原子重力儀等，處于工程化研發和應用探索樣機階段的產品主要包含量子磁力計、光量子雷達和量子陀螺等，處于系統技術攻關的

132、原型機主要包括量子關聯成像、里德堡原子天線等。近年來，量子信息技術產業發展報告（2023 年）57 不僅在國內外涌現出大量相關初創企業，傳統測量技術公司也在量子測量領域積極布局研發新產品并探索商業模式，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 5 所示。圖 5 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包含系統研發所需的基礎材料、元器件和支撐系統提供商。目前量子測量技術路線多元，所需上游材料、器件存在較大差異，上游產業的整合和優化面臨一定挑戰。國內外對比來看，量子測量上游廠商在歐美集中度較高。未來供應鏈發展需要促進上下游協同創新，通過共

133、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。量子測量產業鏈中游包含各類技術方向的系統設備提供商。目前商用化的量子精密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。冷原子鐘產業化程度較低，熱原量子信息技術產業發展報告（2023 年）58 子鐘成熟度和商業化成熟度最高，其中芯片級的熱原子鐘逐步實現工程化樣機向商用產品的迭代演進。分子鐘具備千秒穩 1E-111E-13 量級、純電學元件驅動、無需光學器件和恒溫加熱系統、磁場不敏感、易芯片化等優勢，未來應用前景可期。量子重力儀目前已實現集成化、可移動、自動化控制。量子磁力計近年來商業化成熟度方面正在快速提升

134、。量子雷達中，基于單光子探測的光量子雷達已經實現商用，而基于量子糾纏、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仍處于原理驗證階段，光量子雷達應用前景廣闊，市場驅動力較大。其他量子測量產品的成熟度仍待提升。量子測量產業下游涉及基礎科研、國防軍工、工業制造、生物醫療、能源開發、環境監測、資源勘探等行業領域，應用前景廣闊。當前量子測量產品已經成為傳統傳感測量領域的重要補充方案，未來隨著樣機產品性能指標、工程化水平和體積成本的提升，有望成為超越現有傳感測量方案的下一代技術演進方向。隨著量子測量企業與行業用戶交流合作的不斷深入，更多的應用場景和解決方案有望進一步提出。六、未來趨勢展望 以量子

135、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、量子信息技術產業發展報告（2023 年）59 工程研發、應用探索和產業培育一體化推進的發展關鍵期。量子計算領域，超導、離子阱、光量子、硅半導體、中性原子、金剛石色心、拓撲等多條技術路線并行發展，超導路線在比特數量和保真度等指標持續穩步提升，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、保真度和糾錯等方面提升迅速，有望成為技術路線競爭中的后起之秀?；诹孔蛹m錯實現更高質量的邏輯量子比特成為下一步發展的路標，多項創新方案和

136、突破糾錯盈虧平衡點實驗成果為發展奠定基礎。量子計算軟件和云平臺成為創新的重要發力點，但技術和應用成熟度有待提升。量子計算應用場景探索廣泛開展，目前主要處于算法研究和可行性驗證階段，未來將在提升硬件性能的基礎上進一步探索更多的應用場景。隨著量子計算企業數量的增長，上中下游產業生態初步形成，產業生態逐步構建。量子通信領域，QKD 實驗系統的極限傳輸距離和密鑰成碼率指標持續提升。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、量子存儲中繼等方向取得諸多進展。多國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。隨著通信運營商的加入，量子保密通信應用方案

137、不斷豐富，場景探索持續拓展。NIST 發布首批三項 PQC 算法標準草案，逐漸拉開了公鑰密碼體系升級遷移和產業化發展的序幕，但大規模應用推廣仍任重道遠。量子保密通信的系統器件、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量子信息技術產業發展報告（2023 年）60 來努力方向。量子測量領域，基于量子糾纏和壓縮態等方案的量子增強測量，成為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，已成為全球主要科技國家在量子測量領域的關注重點?；趩喂庾犹綔y、量子關聯成像和光量子雷達等的量子探測成像技術，助力實現高精度目標識別。金剛石NV 色心磁場測量和單光子探測成像等技術在環境監測、生物醫療、能源等領域極具應用前景。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。