《中國信通院&移動云&玻色量子：量子計算發展態勢研究報告（2024年）（58頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《中國信通院&移動云&玻色量子：量子計算發展態勢研究報告（2024年）（58頁）.pdf（58頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、中國信息通信研究院技術與標準研究所 中移（蘇州）軟件技術有限公司 北京玻色量子科技有限公司 2024年9月 量子計算發展態勢研究報告量子計算發展態勢研究報告 (2022024 4 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、中移（蘇州）本報告版權屬于中國信息通信研究院、中移（蘇州）軟件技術有限公司和北京玻色量子科技有限公司，并受法軟件技術有限公司和北京玻色量子科技有限公司，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，應注明觀點的，應注明“來源：中國信息通信研究院、中移（蘇州）來源：中國信息通信研究院、中移（蘇州

2、）軟件技術有限公司和北京玻色量子科技有限公司軟件技術有限公司和北京玻色量子科技有限公司”。違反上。違反上述聲明者，編者將追究其相關法律責任。述聲明者，編者將追究其相關法律責任。前前 言言 量子計算以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現并行計算，有望在解決計算復雜問題過程中提供指數級加速，具有重大戰略意義和科學價值，是未來實現計算能力跨越式發展的重要方向之一，全球主要國家持續深化布局相關技術研發、應用探索和產業生態培育，國際競爭日趨激烈。當前，量子計算處于技術攻關和應用探索的關鍵階段。超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等技術路線科研探索和原型機工程研發不斷取得進展，金融、化工、

3、生物、交通、人工智能等行業領域應用探索持續深化，量子-經典融合計算成為業界關注焦點，基準測評研究穩步推進，科技巨頭和初創企業發展保持活躍，國內外積極推動產業聯盟建設，業界依托量子計算云平臺、公共基礎設施等平臺措施進一步加快構建產業生態，生態系統正逐漸壯大。中國信息通信研究院持續開展量子計算發展態勢研究。本年度報告持續跟蹤近期國內外量子計算技術研究、應用探索和產業生態培育等方面的最新熱點進展，分析研判量子計算技術演進方向與應用產業發展趨勢，并結合量子計算發展現狀、趨勢和問題提出發展建議，為凝聚業界各方共識合力提供參考。目目 錄錄 一、全球持續深化量子計算布局，正進入快速發展期.1（一）量子計算有

4、望帶來顛覆變革，成國際競逐焦點.1（二）技術創新持續活躍，漸成為前沿科學研究熱點.3（三）企業數量增速回落明顯，投融資市場有望回暖.7 二、量子計算技術研究有序推進，依舊面臨多重挑戰.11（一）多技術路線競相爭鳴，短期難以形成方案聚焦.11（二）量子糾錯研究不斷深入，實用化差距依舊明顯.16（三）量子計算軟件持續多元發展，成熟度有待提升.18（四）支撐保障系統愈加重要，指標亟待進一步提高.21 三、量子計算應用探索持續發力，實用落地有待突破.24（一）多領域應用探索并進，實用落地仍需加速突破.24（二）量子計算云平臺提供者漸多，功能普遍待強化.27（三）基準測評研究正在穩步推進，成果與挑戰并現

5、.31（四）量子-經典融合成焦點，技術體系架構至關重要.34 四、量子計算產業培育多方并舉，生態系統逐步興起.38（一）產業生態初步形成，關鍵環節發展仍有待推進.38（二）企業進入發展活躍期，不斷推動產業生態發展.42（三）聯盟促進生態培育，公共設施助力產學研合作.46（四）標準化已成為國內外布局熱點，發展進程加快.49 五、總結與建議.51 圖圖 目目 錄錄 圖 1 全球量子計算科研論文和專利數量年度變化趨勢.3 圖 2 全球量子計算科研論文數量前十位國家情況.5 圖 3 量子計算不同技術路線全球發文情況.6 圖 4 全球量子計算專利主要來源國家情況.6 圖 5 量子計算不同技術路線全球專利

6、情況.7 圖 6 全球量子計算企業數量年度變化趨勢.8 圖 7 全球量子計算不同技術路線硬件系統研制企業分布情況.9 圖 8 全球量子計算企業投融資事件與金額變化趨勢.10 圖 9 2023年量子計算產業投融資筆數類型分布.10 圖 10 量子計算主要硬件技術路線關鍵指標對比概況.15 圖 11 量子計算軟件體系架構圖.18 圖 12 量子計算應用場景分析.24 圖 13 國內外典型量子計算云平臺概況.28 圖 14 量子計算測評基準體系框架.32 圖 15 量子-經典融合計算技術體系架構.35 圖 16 量子計算產業生態概況.38 圖 17 美、中、英量子計算產業基礎能力對比.41 圖 18

7、 全球代表性量子信息產業聯盟概況.47 表表 目目 錄錄 表 1 全球主要國家量子信息領域戰略規劃和投資情況.1 表 2 代表性量子計算公共設施平臺概況.48 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）1 一、全球持續深化量子計算布局，正進入快速發展期（一）量子計算有望帶來顛覆變革，成國際競逐焦點（一）量子計算有望帶來顛覆變革，成國際競逐焦點 量子計算是以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實現信息處理的一種計算方案，具有經典計算無法比擬的信息表征能力和超強并行處理能力，為解決特定計算復雜問題提供指數級加速。量子計算是“第二次量子革命”的重要標志，可以帶動計算能力實現跨越式發展，有望顛覆

8、和重塑傳統技術體系對于信息處理和問題解決的模式，為經濟社會發展帶來前所未有的機遇。量子計算已成為全球主要國家之間開展綜合國力競爭，維護國家技術主權的關注焦點之一。近幾年全球主要科技國家在量子計算領域的規劃布局持續加強，已有 30 余個國家開展了以量子計算為重點的量子信息領域規劃布局，全球主要國家的戰略規劃和投資概況如表 1 所示。國際競爭日趨激烈，各國均加大量子計算領域投入并爭奪領先地位，這種競爭將會持續并對世界科技發展產生深遠影響。表 1 全球主要國家量子信息領域戰略規劃和投資情況 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

9、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 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

10、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 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）2 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 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 2023 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 2023 量子 2030 愛爾蘭 已投資 0.24 億 2023 國家量子

11、倡議法（二期）美國 2024年預算 9.68億 2024 國家量子戰略 新加坡 5年投資約 2.19億 來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 7 月）美國是全球最早開展量子計算研究的國家之一，注重依托政府指導推進量子計算發展，國家戰略部署圍繞頂層設計、組織機制、專項計劃、生態建設等多個維度展開。2023 年 12 月，美國國家科學技術委員會發布NQI 2024 年年報1，報告表明美國在量子信息領域實際投資較NQI法案原計劃五年投資12.75億美元超出兩倍有余，2019-2023 年累計投資 39.39 億美元，2024 年預計投資 9.68 億美元，其中量子計算投資占比最高，五年共計投

12、資約 14 億美元。歐洲國家自上世紀九十年代開始關注并持續支持量子計算發展。近年來，歐洲國家布局并出臺了一系列量子信息相關戰略和專項計劃，目標是在全球量子科技競爭中贏得主動。2024 年，歐盟發布新版量子旗艦計劃戰略研究和產業議程2，在量子計算等四大領域分別提出短期（2027 年）和中期（2030 年）發展目標及建議，通過開展基礎科研、促進產業化以及加強基礎設施建設等方式，使歐洲在量子技術、產業生態和關鍵使能因素等方面實現領先。1 https:/www.quantum.gov/the-national-quantum-initiative-supplement-to-the-president

13、s-fy-2024-budget-released/2 https:/qt.eu/news/2024/2024-02-14_new-roadmap-to-position-europe-as-the-quantum-valley-of-the-world 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）3 我國高度重視以量子計算為代表的量子信息領域發展，通過組建國家實驗室和實施重大科技專項等措施推動形成全面科研布局。2024 年政府工作報告中提到在積極培育新興產業和未來產業領域，制定未來產業發展規劃，開辟量子技術、生命科學等新賽道，創建一批未來產業先導區3。近年來我國已有二十余個省市在地方“十四五”科

14、技與信息技術產業發展規劃中，針對量子計算基礎科研、應用探索和產業培育等方面提出規劃部署，采取措施主要聚焦在量子計算技術研發、應用探索和產業培育等方向。此外，英國、日本、加拿大、印度、澳大利亞、丹麥、韓國、愛爾蘭、新加坡等國也高度重視量子計算發展，相繼發布了量子信息發展戰略，圍繞頂層規劃、專項計劃、組織機制、前沿研究、應用探索、產業培育和人才培養等領域，打造量子計算競爭能力。（二）技術創新持續活躍，漸成為前沿科學研究熱點（二）技術創新持續活躍，漸成為前沿科學研究熱點 量子計算技術創新持續活躍，正逐漸成為前沿科技領域的研究熱點，近年全球量子計算科研論文發表數量和專利數量如圖 1 所示。來源：中國信

15、息通信研究院（截至 2024 年 7 月）圖 1 全球量子計算科研論文和專利數量年度變化趨勢4 3 https:/ 4 2024 年科研論文僅含 7 月底之前，2023-2024 年專利統計有滯后效應。量子計算發展態勢研究報告（2024 年）4 全球量子計算論文發表量在約 10 年時間中增長了 4 倍左右，這種增速一定程度上反應了量子計算科研活躍度不斷提高。從發文趨勢上看，2013 年到 2017 年的論文年增長量相對較小，平均每年的增長量約為70篇。然而，從2017年開始，增長速度明顯加快，尤其是從 2019年到 2021年，每年的增長量超過了 300篇。根據過去的增長趨勢，預計未來幾年全球

16、量子計算論文量仍將繼續增長，相關研究不斷增加。2013 年至 2023 年期間，全球量子計算發明專利申請量共計15437 件，全球授權總量 5417 件。從申請趨勢看，2013 年起進入快速發展階段，年度申請量呈現快速增長趨勢，到 2021 年達到峰值2866 件，2022 年申請量略微下降，2023 年度申請量受公開延遲的影響有所下降，預計仍然保持上升趨勢。從授權趨勢看，2013 年起呈現穩步增長狀態，2023年達到峰值1384件，2024年度授權量受統計時間影響有所下降，全年授權量預計仍然保持上升趨勢。量子計算論文數量前十位國家的統計情況如圖 2 所示，可反映各國量子計算科研產出和影響力。

17、從發文量看，美國和中國占據前兩位，分別為5430篇和4813篇，遙遙領先于其他國家，這反映了兩國在量子計算科研方面的活躍度和領先地位。德國、英國和日本緊隨其后，發文量分別為 1955 篇、1441 篇和 1421 篇，也顯示出了強勁的研究活躍度。根據篇均被引頻次（即平均每篇的被引頻次）分布情況，澳大利亞以篇均被引 41 次居于首位，表明其相關研究有較高的認可度和影響力。美國和加拿大的篇均被引頻次均為 38 次，德量子計算發展態勢研究報告（2024 年）5 國和英國同樣展現了較高的影響力。雖然中國在論文數量上僅次于美國，但篇均被引頻次相對較低，僅為 19 次，這表明我國高水平論文數量有待提升。來

18、源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 7 月）圖 2 全球量子計算科研論文數量前十位國家情況 量子計算包括不同技術路線，超導量子計算、離子阱量子計算、中性原子量子計算、光量子計算、硅半導體量子計算等五個主流技術方向的科研論文數量統計如圖 3 所示，可反映量子計算不同細分領域的受關注程度?？梢钥闯?，五條技術路線均受到廣泛關注，發文量均呈現上升態勢。其中，超導量子計算和中性原子量子計算的論文發表量增長尤為突出。量子計算發展態勢研究報告（2024 年）6 來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 7 月）圖 3 量子計算不同技術路線全球發文情況 量子計算專利申請的主要來源國家情況如圖 4

19、所示，可反映主要國家/地區量子計算技術產出與貢獻。量子計算專利的主要來源國家為中國和美國，分別占比 39%和 28%，此外，日本、歐洲、韓國等國家/地區也有約 5%、3%、2%占比的專利申請量。這反映了上述國家/地區在量子計算領域具有較高的技術創新能力和活躍程度，其中中國和美國的技術產出量和貢獻度最為突出。來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 7 月）圖 4 全球量子計算專利主要來源國家情況 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）7 量子計算不同技術路線的全球專利數量對比情況如圖 5 所示。其中，超導量子計算路線專利的全球申請量為 9380 件，全球授權量為 3976 件。從專利申請

20、總量和授權總量兩方面均可看出，超導路線在五條技術路線中表現最為突出，這表明超導量子計算路線長期被業界寄予厚望。來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 7 月）圖 5 量子計算不同技術路線全球專利情況（三）企業數量增速回落明顯，投融資市場有望回暖（三）企業數量增速回落明顯，投融資市場有望回暖 依托量子計算等前沿技術構建新質生產力，需要加速其從實驗室走向工程應用和產業化的進程。企業是高效推動科技成果轉化的重要推動者和執行者，也是科技創新鏈條中不可或缺的關鍵環節，對推動科技成果向市場轉化、促進經濟增長和社會進步發揮著重要作用。量子計算企業數量、分布和投融資情況的統計分析，是觀察量子計算技術產業

21、發展態勢的重要視角之一。全球量子計算企業數量及年度增長趨勢如圖 6 所示。截至 2024年7月，全球量子計算企業共計329家，包括科技企業、初創企業、量子計算發展態勢研究報告（2024 年）8 供應鏈企業和行業應用企業等，其中初創企業為 234 家（2013-2023年成立且當前處于運營中的企業）。從增長趨勢看，2016年之前，量子計算企業數量增長緩慢，2016 年開始迅速增長，2018 年達到峰值，新增企業 42 家。2018-2021 年間增長稍有回落但仍保持每年新增 30余家的高位，2022年起企業增長數量有所回落，新增 26家，2023年新增企業數量僅為 9 家，2024 年 1 月至

22、 7 月則僅新增 1 家。從不同國家看，美國共有 93 家，其中初創企業 62 家。中國共有 36 家，其中初創企業 24 家。綜上所述，過去十余年間，量子計算企業數量已經歷了一輪快速增長期，近兩年增速出現明顯回落。來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 7 月）圖 6 全球量子計算企業數量年度變化趨勢 全球量子計算不同技術路線硬件系統研制企業分布情況如圖 7所示。從全球整體情況看，共有 60 余家量子計算機硬件系統研制企業，其中專注于超導路線的企業數量最多，共 25 家，占 36%，超過三分之一。離子阱、光量子和硅半導體路線分別為 13、12、11 家，數量相近。中性原子量子計算相對少

23、，僅有 8 家約占 11%。從國家量子計算發展態勢研究報告（2024 年）9 分布上看，中國企業數量最多，共 20 家，占全球的 29%；其次是美國，共 17 家，占 24%；英國、法國、加拿大企業數量相近。大部分國家均是多條路線并重，同步布局不同技術方向的研究探索。來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 7 月）圖 7 全球量子計算不同技術路線硬件系統研制企業分布情況 全球量子計算企業投融資事件與金額變化趨勢如圖 8 所示。從2017 年開始，企業投融資事件數量及金額開始出現明顯增長，2022年和 2023 年全年投融資筆數均超 100 筆。2022 年融資金額近 20 億美元，202

24、3 年稍有回落，約 14 億美元，但 2024 年上半年出現回暖跡象，僅上半年融資金額近 12 億美元。近兩年量子計算產業投融資整體趨勢略微放緩，但已出現回暖跡象，這表明資本市場雖然開始趨于謹慎，但投資者對量子計算的潛在價值和未來前景依舊保持樂觀，初步判斷未來量子計算投融資市場仍將保持一定熱度。量子計算發展態勢研究報告（2024 年）10 來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 7 月）圖 8 全球量子計算企業投融資事件與金額變化趨勢 2023 年的 143 筆已披露的投融資事件中，依舊以風險投資為主，共 91筆，共涉及融資金額近 13億美元，占比超 60%，如圖 9所示。其中種子輪共有

25、 34筆，約 1.2億美元。A輪和 B輪分別是 19筆和 13筆，金額約為 8.7 億美元和 3.4 億美元，投資方中全球各大電信運營商的投資力度也在不斷加大。其他投融資事件里 Grant（資助激勵）類型筆數最多，共有36筆，超7400萬美元，投資方以政府機構、軍方為主，例如美國 DARPA、NSF、DOE，英國 Innovate UK 等。整體來看，量子計算投融資市場比較活躍，但仍處于早期投資階段。來源：中國信息通信研究院 圖 9 2023年量子計算產業投融資筆數類型分布 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）11 二、量子計算技術研究有序推進，依舊面臨多重挑戰（一）多技術路線競相爭鳴，短

26、期難以形成方案聚焦（一）多技術路線競相爭鳴，短期難以形成方案聚焦 量子計算目前呈現多種硬件技術路線并行發展的態勢。目前不同技術路線可以歸納為兩類，一類是以超導路線、硅半導體路線為代表的人造粒子路線，另一類是以離子阱路線、中性原子路線、光量子路線為代表的天然粒子路線。前者在擴展性等方面占據優勢，但在邏輯門保真度、量子比特控制等指標提升方面對加工工藝條件的依賴性較高。后者具有比特全同性和高邏輯門精度等優勢，但實現更大規模的系統將會面臨困難。近年來，多條技術路線量子比特規模、質量、退相干時間等關鍵指標持續優化，技術水平穩步提升，依舊保持多元化和競爭性的發展格局，路線收斂呈現出較大不確定性，短期內難以

27、形成方案聚焦。超導技術路線基于超導約瑟夫森結構造二能級系統，具有擴展性好、易操控和集成電路工藝兼容等優勢，是關注度最高、發展較為迅速的技術路線之一。近年來，超導量子計算原型機研制不斷取得新成果，2023 年年底，IBM 推出 1121 量子比特超導量子處理器Condor 以及 133 量子比特超導量子處理器 Heron5。2024 年，中科院研發 504 比特超導量子計算芯片“驍鴻”6。北京量子院聯合團隊實現五塊百比特規模量子芯片和經典計算資源融合，總量子比特數達到 5 https:/ 6 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）12 5907。本源量子上線 72 位超導量子比

28、特芯片“悟空芯”8?；诔瑢肪€的科研成果層出不窮，深圳量子院聯合團隊基于分布式超導量子處理器，驗證了使用分布式量子處理器模擬拓撲相位的可行性9。Terra Quantum 宣布基于扭曲銅酸鹽范德華異質結構實現 Flowermon型超導量子比特10。清華大學聯合團隊在超導量子處理器上模擬斐波那契任意子編織，實驗結果所得的斐波那契任意子量子維度十分接近理論的黃金分割率 1.61811?？傮w而言，超導量子計算路線在比特規模、質量等技術指標突破較為迅猛，仍然是最受矚目的量子計算技術路線之一。離子阱技術路線以囚禁在射頻電場中離子的超精細或塞曼能級作為量子比特載體，通過激光或微波進行相干操控，離子阱量子

29、比特的全連接性使其在操控精度、相干時間等方面具有優勢。近年來囚禁離子數量、邏輯門操控保真度等關鍵指標持續提升，工程技術研究不斷深入。2023 年底，清華大學聯合團隊利用離子阱系統展示了多種量子誤差緩解技術對復雜量子線路進行誤差消除的能力12。2024 年，Quantinuum 離子阱原型機 Model H1 中單/雙量子比特邏輯門保真度分別達到 99.9979%和 99.914%，量子體積達到 104857613，并推出了56位量子比特離子阱原型機Model H2-1，單/雙量子比特邏 7 http:/ 8 https:/ 9 https:/journals.aps.org/prl/abstr

30、act/10.1103/PhysRevLett.132.020601 10 https:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.017003 11 https:/ 12 https:/ 13 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）13 輯門保真度分別達到 99.997%和 99.87%14。清華大學實現 512離子二維陣列的穩定囚禁冷卻以及 300 離子量子比特的量子模擬計算15。Oxford Ionics將離子阱技術與硅芯片技術相結合，推出具有更優擴展性和更低噪聲特性的新型電子量子比特控制技術16。離子阱

31、量子計算路線面臨量子比特大規模擴展、高集成度測控以及模塊化互聯等瓶頸挑戰，未來在路線競爭中能否脫穎而出仍待進一步追蹤。中性原子技術路線使用光鑷或光晶格進行原子的囚禁，激光激發原子里德堡態進行邏輯門操作或量子模擬演化，在相干時間、操控精度以及可擴展性方面占據一定優勢。近年來在比特規模擴展和基于中性原子路線的科研成果頗多。2024 年，德國達姆施塔特工業大學發布 1305 個單原子量子比特陣列操控實驗成果17。Infleqtion 發布原子量子計算路線圖，計劃 2024 年推出 1600 個量子比特原型機18。英國國家量子計算中心與美國 QuEra、Infleqtion 等公司簽訂商業合同，部署中

32、性原子量子計算原型機并建設測試平臺19。Pasqal宣布在 2080個陷阱位中成功捕獲約 1110個原子20。近期中性原子路線研究與實驗等方面表現頗為亮眼，未來有望在量子模擬應用等方面產生突破，在多技術路線競爭中迅速崛起。光量子技術路線利用光子的多個自由度進行編碼，優點在于相 14 https:/ 15 https:/ 16 https:/ 17 https:/doi.org/10.1364/OPTICA.513551 18 https:/ 19 https:/ https:/ 年）14 干時間長、室溫運行以及測控相對簡單，可分為邏輯門型光量子計算和專用光量子計算兩類。2024 年，玻色量子發

33、布 550 量子比特相干光量子相干伊辛機“天工量子大腦550W”21。荷蘭QuiX Quantum在光量子芯片上演示了 GHZ 態的生成22，驗證了基于集成光子技術有望開發出大規?？蓴U展的光量子計算機。未來，邏輯門型光量子計算樣機研發需要在加強光子間相互作用、構建雙比特邏輯門以及大規模集成光子技術等方面集中攻關，專用光量子計算則有望在求解組合優化等專用實用化問題中展示優勢。硅半導體技術路線使用量子點中囚禁的單電子或空穴作為量子比特，通過電脈沖實現量子比特操控和耦合，優勢體現在與成熟CMOS 工藝技術兼容等方面。2024 年，Intel 利用 CMOS 制造技術研發硅半導體量子計算芯片新型制造與

34、測試工藝，基于該技術制造的自旋量子芯片中量子比特的柵極保真度達到 99.9%23。日本理化研究所基于硅量子點中兩個電子自旋之間發生的自旋封鎖現象，實現了量子比特的高速高精度讀出24。硅半導體路線受限于同位素材料加工以及柵極間串擾等因素影響，規模擴展性和操控精度等指標的突破仍面臨諸多挑戰，在多元路線競爭中優勢尚不明確。量子計算多種技術路線基礎科研和工程化成果不斷涌現，評估路線演進趨勢和分析比較關鍵性能指標，有助于直觀分析不同技術 21 https:/ 22 https:/ 23 https:/ 24 https:/q-portal.riken.jp/topic_detail?topic_id=T

35、20240084&lang=ja 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）15 路線優劣勢。圖 10 展示了五種主流技術路線關鍵指標的對比情況，可以看出，由于量子計算目前處于早期發展階段，各技術路線的關鍵指標發展水平不可避免地呈現參差不一的狀態。超導路線的比特數量、邏輯門保真度等指標提升迅速，其他指標發展也保持相對平衡；離子阱路線在邏輯門保真度和相干時間指標上表現突出，但比特數量擴展等方面依舊面臨瓶頸挑戰；中性原子路線在比特數量、門保真度和相干時間等指標上持續取得進展；光量子路線完成量子優越性驗證，但與硅半導體路線類似，目前在比特數量、邏輯門保真度和相干時間等指標方面尚未顯露明顯優勢。來源：中

36、國信息通信研究院 圖 10 量子計算主要硬件技術路線關鍵指標對比概況25 25 各技術路線指標統計是不同團隊和系統報道的最優值，并非在同一系統中同時實現各項最優指標。量子計算發展態勢研究報告（2024 年）16 總的來說，多條硬件路線的技術突破難度和發展應用前景存在差異，各有優劣勢，目前仍處于并行發展階段，何種體系最優尚無明確定論。當前量子計算原型機的性能水平距離實現大規?？扇蒎e通用量子計算依舊存在較大差距，技術攻關的核心要素是高精度擴展量子計算原型機比特規模，這意味著量子比特的設計、制造和調控等方面均面臨巨大挑戰，未來仍需學術界和工程界協同努力攻關。（二）量子糾錯研究不斷深入，實用化差距依舊

37、明顯（二）量子糾錯研究不斷深入，實用化差距依舊明顯 量子糾錯用于保護量子比特免受噪聲等干擾，是使量子計算機能夠真正發揮其巨大潛力的重要環節之一。量子糾錯方案的基本思路是使用冗余的量子比特來檢測和糾正量子比特中的錯誤，從而恢復出原始的量子態。這些冗余的量子比特也即量子糾錯碼，其作用在于即使在環境噪聲和干擾很強的情況下，仍能夠保證量子計算的正確性。相較于經典糾錯碼，量子糾錯碼的構建更為復雜，這是由量子系統本身特性導致的，例如量子態的不可克隆性會限制非正交未知量子態的精確復制，因此量子糾錯碼無法利用簡單的復制操作來增加冗余。自從量子糾錯概念被提出，目前已出現了多種采用不同原理實現的量子糾錯編碼方案，

38、其中表面碼作為一種二能級編碼方式，具有擴展性好、僅需近鄰物理比特相互作用、容錯閾值高以及多路線適用等優點，因此受到業界廣泛關注。隨著量子計算硬件水平的不斷提升，量子糾錯研究具備了更好的物理基礎，研究持續深入并取得諸多新進展。2024 年，量子計算發展態勢研究報告（2024 年）17 Alice&Bob 公司聯合團隊提出基于玻色子貓態量子比特和量子低密度奇偶校驗碼的糾錯編碼方案，基于 1500 個物理量子比特編碼實現100 個高可靠性的邏輯量子比特（錯誤率108）26。清華大學聯合團隊提出基于玻色編碼的糾錯方案，并將其應用到多個邏輯量子比特從而實現糾纏保護，使糾纏邏輯量子比特的相干時間提高了 4

39、5%，并首次在實驗上利用邏輯量子比特證明貝爾不等式27。IBM 提出基于量子低密度奇偶校驗碼的糾錯方案，方案實現了 0.7%誤差閾值，當假設物理錯誤率為 0.1%時，使用 288個物理量子比特可保護 12個邏輯量子比特28。Quantinuum 聯合團隊利用 30 個物理量子比特構建4個邏輯量子比特，邏輯量子比特糾纏時的錯誤率降至105，相較于糾纏物理量子比特8 103的錯誤率降低了近 800 倍29。隨著近年來量子計算硬件性能和糾錯相關控制技術的迅速發展，量子糾錯科研與實驗驗證持續深入并取得較多進展，但當前邏輯量子比特的最低錯誤率距離量子計算實用化要求依舊存在很大差距，未來需要在以下多個方面

40、開展攻關：研究基于高維度量子資源帶來的冗余實現量子糾錯，探索分布式量子糾錯架構，實現從原理上免疫特定噪聲的量子系統操控，搭建切合實用化需求的量子糾錯方案評價體系，探究容錯量子邏輯門的相關操作等等。綜上所述，實用化量子糾錯已經成為業界的重點研究和攻關方向之一，基于量子糾錯構建邏輯量子比特將是下一個重要里程碑，為實現這一目標，未 26 https:/arxiv.org/abs/2401.09541 27 https:/ 28 https:/ 29 https:/arxiv.org/abs/2404.02280 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）18 來仍需開展持續研究攻關。（三）量子計算軟件

41、持續多元發展，成熟度有待提升（三）量子計算軟件持續多元發展，成熟度有待提升 量子計算軟件為開發者提供使用量子計算硬件和運行量子算法的必要工具，正處于快速發展階段。量子計算軟件作為一種結構化的工具集合，需依據量子計算原理進行開發設計，為不同技術路線提供應用開發能力、編譯能力、硬件測控能力和 EDA 設計開發能力等，業界在多個方向展開布局，體系架構已逐漸形成，如圖 11 所示。其中應用軟件匹配不同行業訴求并進行需求映射，編譯軟件是實現軟件開發功能的基礎，測控軟件為量子計算機正常高效運行提供支撐保障，EDA 軟件則是提升量子計算硬件研發與制造工程化水平的關鍵，不同量子計算軟件的功能各具特色，在用戶使

42、用過程中各司其職。來源：中國信息通信研究院 圖 11 量子計算軟件體系架構圖 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）19 應用軟件提供創建和操作量子程序的工具集，包括算法庫、開發組件和調試優化工具等，支持開發者設計和實現各類復雜的量子程序并獲得執行結果。2024 年，Quantinuum 發布量子自然語言處理軟件“lambeq”0.4.0 版本，改進可用性的同時提升字符串圖處理速度30。HQS 向萊布尼茨超級計算中心交付量子模擬仿真軟件“HQS Noise App”，可用于模擬運行量子力學系統31。微軟 Azure Quantum Elements 軟件推出生成化學和密度泛函理論加速兩項新功

43、能，助力用戶開展化學和材料科學研究32。未來應用開發軟件需要擴展應用場景研究，豐富計算問題類型，提升算法運行效率，提高跨硬件后端的支撐能力。編譯軟件規范量子編程邊界并實現量子程序的正確編譯和執行，同時提供成套的語法規則用以協調和約束編譯操作。2023 年底，英偉達發布量子電路模擬軟件 cuQuantum 23.10版本，更新 API功能并提供英偉達 Grace Hopper 系統的支持33。2024 年，IBM 推出更新版Qiskit 軟件，提升了量子硬件電路優化速度和存儲資源占用量等性能34。Intel 發布量子軟件開發工具包 1.1 版本35。Quantum Circuits推出集成式量子

44、軟件用于在算法運行中實時管理量子比特錯誤檢測36。編譯軟件未來需要在持續更新迭代的基礎上，提升軟硬件協同編譯 30 https:/ 31 https:/quantumsimulations.de/news/exploring-open-quantum-systems-and-noise-characteristics-in-collaboration-with-the-lrz-hqs-quantum-simulations-presents-the-hqs-noise-app-at-a-workshop 32 https:/ 33 https:/ https:/ 35 https:/ 36 h

45、ttps:/ 年）20 能力，完善調度、優化和調試等核心功能。測控軟件主要用于量子計算硬件的控制、處理和運算，支持測量結果反饋以及芯片校準等功能。2024 年，是德科技將 Q-CTRL 的Boulder Opal硬件優化和自動化功能集成到其量子控制系統中，以提供更優的量子處理器表征和優化功能37。QuantrolOx發布量子比特自動化控制軟件平臺 Quantum Edge，支持量子芯片監控、工作流程自動化和數據可視化38。測控軟件面臨的挑戰主要體現在量子糾錯支持能力、物理比特和邏輯比特映射能力、自動化和流程化等方面。EDA 軟件可提供量子計算芯片的芯片設計、優化布局、仿真驗證、制造測試等功能。

46、2024 年，是德科技推出面向超導量子處理器設計的EDA仿真工具QuantumPro，可實現電路原理圖設計、布局構建、電磁分析、非線性電路仿真和量子參數提取等功能39。EDA 軟件未來需要在功能完整性、仿真效率與準確性、優化效果等方面持續完善，從而實現提升量子芯片設計效率和質量的目標。由于當前量子計算機硬件技術路線尚未最終確定、通用體系架構并未完全統一等原因，目前量子計算軟件處于開發設計與生態構建的初期階段，呈現多元化和差異化的發展態勢，不同類型軟件功能各異，但在技術成熟度、穩定性和用戶體驗等方面均遠不及經典軟件完善。隨著硬件能力的提升和算法的改進，未來量子計算軟件 37 https:/ 38

47、 https:/ https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）21 需在量子編程語言、算法庫、量子中間表示、硬件接口和優化等關鍵環節持續推進，為后續實現更高效可靠的量子計算應用奠定基礎。（四）支撐保障系統愈加重要，指標亟待進一步提高（四）支撐保障系統愈加重要，指標亟待進一步提高 量子態信息易受到復雜環境噪聲干擾和量子系統內部非理想特性等因素的影響而被破壞，因此量子計算機的運行需要極其苛刻的環境支撐系統，以及高精度的測控系統進行環境保障和測控支持。量子計算支撐保障系統是技術研究和樣機工程研發的重要組成部分和核心控制要素，主要包括環境設備、測控系統、關鍵設備組件等部分，不同部分面臨瓶頸

48、挑戰存在差異。環境設備是保障量子計算機穩定運行的必要支撐部分和基礎設施，主要包括超大功率稀釋制冷機、GM 脈管制冷機、超高真空腔及泵組等。2024 年，Bluefors 推出超緊湊版 LD 稀釋制冷系統40。近年來我國在稀釋制冷機等設備方面也取得頗多成果，國盾量子 ez-Qfridge 稀釋制冷機完成交付測試41，本源量子推出自研的本源SL1000 稀釋制冷機42。運行不同技術路線的量子計算機所需的環境設備有所區別，未來仍需在技術水平、核心指標、設備工程化、小型化、集成化等方面突破技術瓶頸，以支持量子計算機比特數量的大規模擴展。精確的量子控制技術和高效的讀出技術，對于實現可靠的單量 40 ht

49、tps:/ http:/www.quantum- 42 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）22 子比特操作、多量子比特邏輯門操作、量子態高保真度讀出等量子操作至關重要。量子計算測控系統大致可分為低溫電子學測控系統和光學測控系統兩類，前者通過低溫微波技術對超導、硅半導體等路線的量子比特進行操控，后者則利用光學信號囚禁或激發天然粒子來實現離子阱、中性原子、光量子等路線的量子比特操控。2024年，Intel推出 mk級低溫量子控制芯片“Pando Tree”43。蘇黎世儀器推出SHFSG+、SHFQC+和SHFQA+等三款產品用于實現高保真度的量子比特控制和讀出44。Oxfor

50、d Ionics基于新型嵌入式策略，推出了新型電子量子比特控制技術45。量子計算測控系統需要在提升測控精度和效率的基礎上，持續增強穩定性、集成度、靈活性和可擴展性，才有望在未來量子計算實際應用中實現對量子比特的精確操控。量子計算機的研發離不開與之相關的關鍵設備組件的研制與攻關。按照設備組件的應用領域大致可以分為兩類，分別是量子計算研制不可或缺的特性化設備組件，以及量子計算與光電子、半導體等領域通用型設備組件。特性化設備組件主要包括高性能示波器、低溫電子學器件、多通道聲光調制器和特種線纜等，通用型設備組件主要包括分子束外延設備、電子束曝光設備、高品質光學鏡片、CMOS/CCD 相機等。2024

51、年，QuantWare 推出其下一代超低噪聲量子放大器“Crescendo S J-TWPA”46。Quantum Machines 將其產品 43 https:/ 44 https:/ 45 https:/ 46 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）23 Observe與濱松公司高速 ORCA-Quest相機進行集成，從而為冷原子和俘獲離子量子比特提供超快速相機讀出功能47。中科院上海微系統所實現最大計數率 5GHz、光子數分辨率 61 的超高速、光子數可分辨光量子探測器48。未來隨著量子計算原型機比特規模的不斷提升，關鍵設備組件的核心指標需進一步優化，與此同時還需強化設

52、備組件的性能驗證能力，以滿足量子計算機工程化發展的更高需求。量子計算所需的極端環境條件對儀器設備的精度、靈敏度、穩定性等指標提出了極為苛刻的要求，未來量子計算支撐保障系統發展仍面臨瓶頸挑戰。一方面由于量子計算處于發展早期階段、技術路線尚未收斂等原因，導致支撐保障系統呈現分散化、碎片化的發展特點，這使得上游供應商難以集中有效地配置資源進而開展核心技術攻關，明確行業分工、打造量子計算支撐保障領域的“專精特新”企業可能是一條有效的發展路徑。另一方面隨著量子計算技術發展和原型機研制水平不斷進步，未來對于支撐保障系統的性能指標提出了更苛刻的要求，這亟需業界不斷攻關推動核心系統、設備、組件的關鍵性能指標提

53、升。隨著業界在量子計算支撐保障系統領域的持續投入和不斷創新，相關技術產品的發展將為未來量子計算的大規模應用鋪平道路。47 https:/www.quantum-machines.co/press_release/quantum-machines-and-hamamatsu-photonics-team-up-for-enhanced-quantum-computing-control/48 https:/opg.optica.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-12-6-1328&id=551302 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）24 三、量子計算應用探索持續發

54、力，實用落地有待突破（一）多領域應用探索并進，實用落地仍需加速突破（一）多領域應用探索并進，實用落地仍需加速突破 目前量子計算處于從前沿研究向應用落地突破的關鍵階段，廣泛而活躍的多方應用探索是推動量子計算技術走向應用的關鍵。業界正在積極尋找匹配行業需求的特定應用場景，目標是在未來為不同行業應用領域提供服務。典型應用領域包括金融、化工、生物、交通、人工智能等。如圖 12所示，根據麥肯錫2024年發布的量子技術監測研究報告，量子計算預計在未來五到十年將加速發展，到 2035年市場規模估值可能達到萬億美元級別。來源：麥肯錫2024 年量子技術監測研究報告 圖 12 量子計算應用場景分析 金融領域存在

55、大量量子計算潛在應用場景，包括金融風險管理、投資組合分析、模擬量化交易、金融市場預測等。2023 年底，Multiverse Computing和穆迪公司合聯合推出 QFStudio平臺，為金融量子計算發展態勢研究報告（2024 年）25 領域應用探索提供量子計算解決方案49。2024 年，芝加哥量子交易所發布報告認為量子計算在金融領域有望實現縮短獲取最優解時間、提升預測準確性等諸多作用50?；ㄆ煦y行與Classiq共同基于Amazon Braket 平臺研究用于投資組合優化的量子解決方案，基于預期回報和風險水平構建了性能更優的投資組合51?；ゎI域量子計算應用可用于模擬化學分子結構、化學反應

56、等，并以此為基礎更高效、更低耗能地設計化學品。2024 年，英國石油公司和 ORCA 使用混合量子-經典機器學習方法建模以產生分子構象，探索量子計算提升化學領域機器學習算法性能的潛力52。微軟與美國能源部太平洋西北國家實驗室合作利用量子計算將新型電池材料篩選到少數幾種，實驗表表明篩選時間可大幅減少53?？笨怂姽纠昧孔佑嬎闾剿鹘鉀Q復雜能源問題的方案，用于預測能源需求并設計和運營可持續性的能源系統54。生物領域量子計算應用主要聚焦于早期疾病診斷、藥物研發與篩選、藥物測試、基因組數據研究、蛋白質結構預測等場景。2024年，勃林格殷格翰量子實驗室發表論文探討量子計算機在藥物發現領域的應用現狀，

57、認為量子計算未來有望在藥物設計領域產生實用化應用55。IBM 和克利夫蘭診所合作利用量子-經典混合方法預測蛋 49 https:/ 50 https:/ https:/ https:/chicagoquantum.org/news/university-government-and-industry-researchers-join-forces-explore-how-quantum-computing-could 53 https:/ https:/ https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）26 白質結構并有效提升了預測精度56。Novonesis 和 Kvantify 合

58、作使用混合量子-經典計算方法演示碳酸酐酶的酶促反應計算，有望助力生物過程研究以及工業二氧化碳捕獲57。交通領域量子計算應用可用于交通流量優化算法與實時預測、路徑即時動態規劃等場景。2024 年，IonQ 與德國基礎科學研究中心將量子計算應用于航班登機口優化，在縮短旅客轉機時間、飛機?？繒r間的同時，提高了登機口服務效率58。Pasqal和泰雷茲公司基于中性原子量子處理器，展示了量子計算在解決衛星規劃問題中的潛力59。新加坡量子技術中心使用 8 個和 13 個量子比特解決 128 路和3964路的車輛路徑問題，提高解決組合優化問題的的效率60。人工智能領域與量子計算結合成為的量子人工智能技術，有望

59、作為共性技術為金融、生物、交通、氣象等眾多行業領域提供服務。2024年，Zapata和 Insilico Medicine等合作利用量子人工智能開發新型 KRAS 抑制劑分子，該分子比經典模型生成的分子具有更高的結合親和力61。Terra Quantum 和韓國浦項集團探索量子人工智能在鋼鐵生產效率方面潛力，目標是優化還原劑用量并降低排放和成本62。Deloitte 啟動年度量子氣候挑戰賽，主題為應用量子機器學習研究預 56 https:/pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jctc.4c00067 57 https:/ 58 https:/ 59 https:

60、/ https:/www.quantumlah.org/about/highlight/2024-06-vehicle-routing-efficient-qubits 61 https:/zapata.ai/news/for-the-first-time-quantum-enhanced-generative-ai-generates-viable-cancer-drug-candidates/62 https:/terraquantum.swiss/news/terra-quantum-grows-presence-in-asian-markets-with-a-landmark-coll

61、aboration-with-posco-holdings-to-improve-steel-production-efficiency-using-quantum-ai 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）27 測河流洪水災害的新方法63。Rigetti和穆迪公司等利用量子機器學習提出解決經濟衰退預測問題的方案64?？傮w而言，業界面向具有加速潛力的量子計算應用場景開展探索和嘗試十分重要，但現階段量子計算尚未實現大規?？扇蒎e通用量子計算，已有應用案例距離實現指數級加速或提供量子計算優越性依舊存在很大距離，實用化應用落地亟需進一步加速突破。未來量子計算一旦在實用價值計算問題上實現明顯加速優勢

62、，將極大推動技術產業發展。以此為目標，業界需要在提升量子計算機硬件性能的基礎上，促進感興趣的行業企業開放應用場景，挖掘適合使用量子計算的潛在應用案例，加速推動面向實際業務場景的量子計算研發和應用，從而提高量子計算科研成果向實用化、工程化轉化的速度和效率。（二）量子計算云平臺提供者漸多，功能普遍待強化（二）量子計算云平臺提供者漸多，功能普遍待強化 現階段，量子計算機具有軟硬件使用門檻高、硬件環境要求嚴苛以及運維成本高昂等特點，這使得企業和個人用戶難以在本地進行部署。以此為背景，量子計算云平臺應運而生，融合了量子計算與經典云服務，通過網絡為用戶提供量子計算機的遠程訪問功能。量子計算云平臺憑借其靈活

63、的服務模式、便利的接入方式以及豐富的應用場景，正逐漸成為量子計算重要發展方向之一，未來有望成為提供量子計算服務的主要應用形式。全球已涌現出數十個量子計 63 https:/ 64 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）28 算云平臺，典型云平臺如圖 13 所示，發展呈現蓬勃態勢。來源：中國信息通信研究院（截至 2024 年 7 月）圖 13 國內外典型量子計算云平臺概況 當前量子計算云平臺所能提供的量子計算處理器，已有超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等技術路線。量子計算云平臺后端硬件的接入模式主要可分為三類。第一類是自研設備接入模式，云平臺提供者具備量子計算硬件自主研

64、發能力，在云平臺上提供自研的量子計算機或基于經典算力的量子模擬器，代表性企業或機構包括 IBM、IonQ、Xanadu、Rigetti、本源量子、國盾量子、北京量子院等。第二類是云服務接入模式，云平臺提供者憑借其云服務能力，在云平臺上接入其他供應商的軟硬件，代表性企業或機構包括微軟、亞馬遜、Strangeworks、弧光量子、中國移動、中國電信等。第三類是融合型接入模式，是上述兩類接入模式的綜合，即在接入自研硬件的同時也支持調用其他供應商硬件資源，以 IBM 量子量子計算發展態勢研究報告（2024 年）29 計算云平臺為例，該平臺可接入自研量子處理器以及 Rigetti、Xanadu、AQT、

65、IonQ 等供應商的硬件資源。國際方面，IBM、谷歌、微軟等科技巨頭以及 IonQ、Xanadu、Rigetti 等初創企業紛紛布局量子計算云平臺，通過提供量子計算處理器、模擬器以及開發工具等服務，吸引了大量開發者、研究者和企業用戶。2023 年年底，IBM 將 Q-CTRL 公司的錯誤抑制技術軟件Q-CTRL Embedded 集成至其云平臺上65，測試表明錯誤抑制后可運行的量子算法復雜性增加了 10 倍、成功率提高了 1000 倍左右66。IonQ 在 Amazon Braket 平臺上提供 Forte 量子計算機67。亞馬遜在Amazon Braket 云平臺推出“Braket Dire

66、ct”計劃，用戶可在設定時間段內保留特定量子處理器的算力且不需要排隊等待。2024 年，AQT 與德國電信合作為用戶提供其量子計算機的云端訪問能力68。國內方面，本源量子、國盾量子、弧光量子等量子計算企業以及中國移動、中國電信等運營商也相繼推出量子計算云平臺，這不僅表明量子計算企業對于云平臺發展十分重視，也反映出電信運營商認可量子計算在提升網絡性能、加強安全通信等方面的潛在價值，致力于共同推動量子計算應用和產業化進程。2023 年底，中國移動云能力中心和玻色量子共同推出“五岳量子計算云平臺恒山光量子算力平臺”。中國移動“五岳”量子計算云平臺布局多制式量子算力并網、多模式量子算法程序設計和多元化

67、量子場景算法等技術方向，65 https:/q- 66 https:/journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.20.024034 67 https:/ https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）30 旨在拓展量子計算應用邊界。2024 年，北京量子院聯合中國科學院物理研究所、清華大學發布 Quafu 量子云算力集群，該平臺提供五塊百比特規模的量子芯片資源，并融合了經典算力資源69。中國科學院量子信息與量子科技創新研究院研發并交付 504 比特量子計算芯片“驍鴻”，后續計劃通過中電信量子集團“天衍”量子計

68、算云平臺等平臺向全球開放70。啟科量子上線量子-經典混合算力云平臺“”，提供 20 比特離子阱量子計算處理器和基于CPU/GPU 的量子計算模擬器接入，支持多種編程模式和算法庫71?？偟膩碚f，國內量子計算云平臺在云平臺功能、應用探索、商業模式、用戶影響力等方面與國際先進水平相比仍有較大差距，未來仍需進一步提升。量子計算云平臺已成為用戶訪問量子計算資源、開展實驗驗證和應用探索的重要助力工具之一。隨著量子計算技術的不斷進步和云平臺功能的日益成熟，未來量子計算云平臺將呈現出三方面發展趨勢：一是服務模式的創新與拓展，從當前的基礎設施服務向更加豐富的平臺服務和應用服務演進；二是跨平臺跨行業的深度融合與協

69、作，推動多領域量子計算應用與落地；三是智能化、自動化的運營管理與安全防護體系構建，提升用戶體驗和數據安全水平。量子計算云平臺的發展需要業界在多個方向聯合推動。首先，持續加大研發投入，提升量子計算技術的成熟度和穩定性，從而支 69 https:/ 70 https:/ 71 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）31 撐量子計算云平臺的長期穩定運行；其次，加強數據安全與隱私保護機制的建設，確保用戶數據的安全可控；最后，推動標準化與互操作性的發展，降低不同平臺之間交互使用的門檻，促進量子計算的普及與應用。（三）基準測評研究正在穩步推進，成果與挑戰并現（三）基準測評研究正在穩步推進

70、，成果與挑戰并現 隨著量子計算原型機的研制和應用探索的開展，基準測評開始逐步受到重視，如何準確高效地評估量子計算系統的性能，已成為業界關注的焦點，為用戶分析量子計算技術產業發展水平提供重要參考。量子計算基準測評是表征硬件性能指標和評價系統能力的關鍵技術，不僅助力推進量子計算底層硬件開發和應用落地，更是連接理論研究與實際應用的關鍵橋梁。量子計算基準測評發展十分迅速，業界相繼提出了一系列測評基準方法。這些基準方法通常包含多種具有特定功能的任務，例如量子門操作的保真度測試、量子比特的相干時間評估以及量子算法執行效率等等，旨在為不同的量子計算系統提供相對公平的對比手段，有助于研發人員更全面地了解系統的

71、性能。量子計算基準測評體系框架如圖 14 所示，可分為量子比特級、量子電路級、系統級、算法級和應用級等層次，各層次的測評基準呈現出不同特點與側重點。底層基準，例如量子比特級和量子電路級，與硬件的關聯度較高，能夠充分體現各種技術路線之間的差異性。底層的參數指標相對更為分散且具體，便于熟悉技術細節的研發人員精準地發現問題并提出解決方案。隨著層級的上升，例如系量子計算發展態勢研究報告（2024 年）32 統級、算法級和應用級，基準變得更為集中和直觀，上層基準往往通過少數幾個關鍵參數，即可全面描述量子計算系統的整體性能或其在解決特定應用問題時的能力，這類基準更適合用于評估系統或產品與用戶需求之間的契合

72、程度，從而助力用戶做出更優選擇。來源：中國信息通信研究院 圖 14 量子計算測評基準體系框架 近年來，業界積極開展量子計算基準測評研究，致力于以更加客觀的方法對量子計算系統的綜合性能進行評估。2023 年底，IBM提出了每層門誤差（EPLG），可以更準確地評估串擾，也可用于估計錯誤緩解所需的電路數量，同時更新了每秒電路層操作數（CLOPSh）的定義，以便更真實地反映硬件性能72。EPLG、CLOPSh 以及 IBM 最早提出的量子體積（QV）三個指標，可以從規模、質量和速度三個維度較為全面地評價量子計算系統的性能。72 https:/arxiv.org/abs/2311.05933 量子計算發

73、展態勢研究報告（2024 年）33 2024 年，QED-C 更新了面向應用（App-Oriented）的測評基準套件，擴展了面向 HHL、VQE、量子機器學習等算法的測評基準，并引入計算結果質量（如最終基態能量、分類準確率等）和計算成本等參數進行量子計算性能評估73。美國 DARPA 啟動新量子基準測試計劃（QBI），主要針對量子計算算法和應用進行基準測試，并評估構建工業級量子計算機的可行性74。隨著量子計算技術的不斷發展，各類測試基準研究顯得尤為重要。然而量子計算基準測評研究也面臨著一系列挑戰，例如基準的客觀性和公正性等備受業界關注。2024 年，Quantinuum 在其報告中指出，#A

74、Q 基準在某些情況下可能導致對量子計算機性能的高估75，這種高估主要源于錯誤緩解技術和電路編譯策略的應用，上述技術在特定使用場景中能夠提升效率和準確性，但可能誤導整體性能的評估。因此，在評估和比較不同量子計算機的性能時，研究人員必須考慮到這些因素，以確保測評結果的客觀性和公正性。量子計算基準測評研究在評估發展現狀、推動行業發展、連接理論與實踐應用等方面均發揮著至關重要的作用?，F階段國內外針對量子計算基準測評的研究不斷深入，取得成果的同時也面對諸多挑戰。未來業界需要持續完善評估體系，更新評價方案，建立評估標準，從而更精準、全面地展現量子計算機的實際性能，推動行業 73 https:/arxiv.

75、org/abs/2402.08985 74 https:/ https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）34 不斷進步。（四）量子（四）量子-經典融合成焦點，技術體系架構至關重要經典融合成焦點，技術體系架構至關重要 量子計算技術產業目前正處于蓬勃發展的階段，然而當前量子計算機的操作和維護仍面臨巨大挑戰，未來大規模商用必須跨越從理論優勢證明到實現應用價值的鴻溝。業界逐漸意識到，單純的量子計算或經典計算均難以滿足所有計算需求，因此需將兩者進行有機融合，以形成更為強大的計算能力。在此背景下，量子-經典融合計算將量子計算和經典計算相結合，充分利用二者的優勢共同解決復雜問題。量子-經典融合計

76、算作為一種新型的計算模式，具有兩大基本特征：混合和協同?；旌鲜侵冈谝粋€系統中同時包含量子計算和經典計算，形成具有異構算力的混合計算。量子計算機可以分為通用門型量子計算機和專用量子計算機。通用門型量子計算機目前存在超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等多種技術路線，不同路線在技術原理、性能指標、成熟度等方面存在較大差異。專用量子計算機主要包括量子退火機和相干伊辛機。經典處理器主要包括中央處理器（CPU）和圖像處理器（GPU）。異構算力融合既包含通用門型量子計算機與專用量子計算機之間的混合，也包含多種量子計算架構與各類經典計算架構的混合。協同是指量子計算機負責處理量子信息，例如量子態制備和測量

77、，而經典計算機則負責處理經典信息，例如邏輯運算、浮點運算、算法分析和優化等。通過設計算法和接口，可使量子計算部分與經典計算部分相互協作，共同完量子計算發展態勢研究報告（2024 年）35 成計算任務。量子計算機適合解決數據的并行運算、矩陣運算、線性代數等問題，而經典計算擅長進行邏輯運算、浮點運算等操作，且具有相對完善的編程開發工具、操作系統和算法庫。量子-經典融合計算的核心思想是利用量子計算的優勢加速求解特定問題，同時借助經典計算的穩定性和易用性確保計算的準確性和可靠性。來源：中國信息通信研究院 圖 15 量子-經典融合計算技術體系架構 本報告研究并初步提出量子-經典融合計算技術體系架構，如圖

78、 15 所示，可劃分為應用層、開發工具層、算法層、編程框架層、任務調度層、資源管理層、物理資源層等七個層級。應用層包含了量子-經典融合計算的典型應用領域，包括量化金融、能源材料、生物醫藥、交通物流和信息通信等，該層主要通過封裝好的軟件、函數，量子計算發展態勢研究報告（2024 年）36 或自定義開發的形式向行業用戶提供計算服務。開發工具層為量子-經典融合算法提供開發和調試的工具，包括 Jupyter Notebook、WebIDE 等。算法層為應用層提供典型的量子-經典融合算法，代表性算法包括變分量子本征求解器（VQE）、量子近似優化算法（QAOA）、量子機器學習（QML）和量子神經網絡（QN

79、N）等。編程框架層為算法開發提供基本的編程語言和編譯工具，為底層硬件和上層應用軟件提供互聯接口，同時完成量子和經典計算任務的拆解和互操作，最終將高級程序設計語言轉化為硬件指令集，傳遞至底層硬件。任務調度層對拆解后的量子任務和經典任務進行調度，并實現各種量子和經典異構算力之間的協同，目前主要有兩種任務調度方式，分別是異構并行調度和遠程并行調度，前者實現量子-經典系統間的低時延通信，后者實現方式相對容易。資源管理層實現各類物理機、虛擬機、Docker 容器以及拓撲的注冊、監控、調度等功能。物理資源層是最底層，分為經典資源和量子資源，經典資源包含各類經典算力、存力、運力基礎設施，量子資源包含各種技術

80、路線的通用門型量子計算機、專用量子計算機以及量子線路模擬器。隨著技術的不斷突破，科技企業逐漸認識到量子-經典融合計算的重要性，競相布局相關研究。國際方面，英偉達發布 GPU 加速的量子計算系統 NVIDIA DGX Quantum，該系統基于 NVIDIA Grace Hopper 架構超級芯片和開源量子-經典融合編程模型 CUDA Quantum，使得 GPU和 QPU間的通信時延降低至亞微秒級76。微軟提出批量量 76 https:/ 年）37 子計算、交互式量子計算、集成量子計算和分布式量子計算四種量子-經典融合模式，逐步從遠程并行調度過渡到異構并行模式77。亞馬遜推出 Braket H

81、ybrid Jobs工具，實現量子-經典融合算法的完全托管編排，將經典計算資源和量子處理器的訪問權限相結合，同時支持量子電路的參數化編譯，可優化基于循環迭代的量子-經典融合算法的執行流程78。IBM 在路線圖中指出預計在 2025 年演示以量子計算中心的超級計算，將量子處理器、經典處理器、量子通信網絡和經典網絡等基礎設施進行融合79。國內方面，中微達信推出適用于經典計算機、多路量子測控的融合計算測控單元，基于PCIe接口實現量子-經典測控指令之間毫秒級的調用延遲80。本源量子發布量云融合方案架構，量子計算機通過公網與經典超算計算機遠程互聯，通過在量子司南操作系統與超算管理調度模塊之間運行量子-

82、經典交互協議進行協同計算81。中電信量子“天衍”量子計算云平臺提供批量和交互式兩種量子-經典融合模式，從而實現遠程并行調度82。未來隨著量子計算技術的不斷突破和經典計算機性能的日益提升，量子-經典融合計算已成為推動計算產業向前發展的重要趨勢之一，二者形成互補優勢，是推動技術發展的關鍵?？傮w而言，量子-g 77 https:/ 78 https:/ 79 https:/ 80 https:/ 81 https:/ https:/ 年）38 經典融合領域將要進一步深入探索應用場景，同時不斷健全完善調度機制，分步驟地逐漸建立起產業生態。硬件制造商需要研制高性能、高穩定性的量子-經典融合計算系統，為整

83、個生態提供強大的計算基礎；軟件開發者則需針對融合計算的特點和需求，開發高效、易用的編程工具和軟件平臺，降低開發難度，提高開發效率；應用服務提供者將利用量子-經典融合計算的優勢，為各行各業提供定制化的解決方案，推動產業的數字化轉型和升級。四、量子計算產業培育多方并舉，生態系統逐步興起（一）產業生態初步形成，關鍵環節發展仍有待推進（一）產業生態初步形成，關鍵環節發展仍有待推進 隨著量子計算原型機研制、軟件研發、應用探索和云平臺建設的發展，上中下游企業不斷涌現，為量子計算技術產業發展注入充沛動力。量子計算產業生態培育穩步開展，如圖 16 所示，各環節參與者逐漸增多，整體仍處于起步階段，關鍵環節發展仍

84、有待推進。來源：中國信息通信研究院 圖 16 量子計算產業生態概況 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）39 產業生態上游包括環境支撐系統、測控系統以及核心設備組件等，具體涉及稀釋制冷機、真空系統、低溫組件、光學器件等眾多方面，是整個量子計算產業生態的基礎底座。由于量子計算技術復雜性、多路線并行推進和發展趨勢存在不確定性等原因，目前產業生態上游呈現分散化和多樣化的特點，一方面分散化導致供應商集中開展技術攻關的難度提升，但另一方面多樣化則可能有助于減少單一供應商可能造成的供應壟斷等風險。國內外對比來看，歐美國家處于量子計算產業生態上游的企業數量更多且發展水平更高，在產品研制、技術創新以及市場

85、需求等方面積累了較為優越的條件和資源。我國上游企業近幾年發展迅速，相繼推出各類自研產品，但在部分關鍵設備組件的性能指標、制造成本和市場認可度等方面仍有較大提升空間，未來仍需通過自主研發進一步提高產品技術水平。產業生態中游企業包括量子計算原型機制造商和軟件供應商，是量子計算產業生態的核心環節，同時也是企業數量較為集中的部分。原型機方面，全球從事量子計算機原型機研制的企業中，專注于超導路線的企業數量最多，超過總量的三分之一，其次是離子阱、中性原子、光量子和硅半導體等技術路線。軟件方面，眾多企業致力于打造各自的量子計算軟件，同時構建開源軟件社區，為量子計算技術發展和應用探索提供推動力。國內外對比來看

86、，大部分國家并行布局多種技術路線，歐美企業在數量、原型機研制能力、軟件研發、開源社區建設等方面占據一定優勢。我國在幾條主流技術路線均有布局，近年也出現一批量子計算軟件企業，但總體而言在企量子計算發展態勢研究報告（2024 年）40 業投入力度、輸出成果、創新能力等方面與歐美相比仍存在差距。產業生態下游企業包括量子計算云平臺供應商和行業應用企業，是最接近用戶的環節，在產業生態中扮演著至關重要的角色。云平臺方面，依托互聯網為各類用戶提供云端接入，共享量子計算資源，促進量子計算產業提前布局與生態良性培養。行業應用方面，金融、化工、醫藥、交通等行業用戶關注量子計算應用潛力，開放應用場景并開展應用探索，

87、致力于尋找針對行業特定難題的解決方案。國內外對比來看，IBM、亞馬遜、微軟等國外科技巨頭的量子計算云平臺在資源共享性、硬件多樣性、應用案例豐富性、服務模式商用化等方面走在全球前列。量子計算企業與不同領域行業企業積極合作，聯合探索量子計算在重點行業領域的應用。我國量子計算云平臺供應商在平臺間協同合作、后端硬件水平、商業模式探索等方面仍有待提升。我國傳統行業企業在量子計算方面的投入力度、關注程度以及與量子計算企業之間的合作機制等方面仍有待進一步加強和完善，未來需要前瞻開展應用探索，提升應用協同創新能力。以量子計算為代表的量子信息技術已成為未來產業布局的重要關注點之一。產業基礎能力支撐未來產業的布局

88、和發展，不同國家產業基礎能力的對比分析能夠為評價該國在量子計算技術產業領域的綜合實力和國際競爭力提供視角和工具。本報告基于科研基礎、政府支持、商業活動、技術成果等維度構建量子計算產業基礎能力分析方法，鑒于美、中、英三個國家在技術、應用和產業等方面取得諸多成果，走在全球量子計算發展的前列，具有代表性，因此選量子計算發展態勢研究報告（2024 年）41 取上述國家進行產業基礎能力的對比分析，對比情況如圖 17 所示。來源：中國信息通信研究院 圖 17 美、中、英量子計算產業基礎能力對比 科研基礎方面，我國論文年增長量較高，但高被引論文量、國際合作論文比例等存在差距，某種程度上體現了我國科研影響力與

89、國際合作等方面仍待提升。政府支持方面，中美研發資金總額均保持較高水平，我國量子計算重要研究中心數量仍需增加，且尚未有與美國 NQI 法案、英國國家量子戰略對等的國家層面量子戰略。商業活動方面，美國在企業總數、資金分布、初創企業投資金額、供應鏈環節等方面具有一定領先優勢。技術成果方面，我國專利量增長率較高，領先的技術路線數量和技術路線圖等方面依舊有提升空間，側面表明了我國未來需要在提升量子計算技術水平的同時，加強技術成果的提前規劃。全球量子計算產業生態仍處于發展初期，正逐步從理論研究走量子計算發展態勢研究報告（2024 年）42 向實際應用，規?；瘧煤彤a業化仍有待進一步推進。上游企業提供支撐配

90、套和服務功能，中游企業發揮創新決策主體、投入主體、科研組織主體、成果轉化主體等作用，下游企業則助力推進應用示范牽引。未來需要持續加大生態系統和產業基礎能力的培育力度，鼓勵量子計算上中下游企業共同參與、共建共擔共享，在技術攻關、實驗驗證、應用探索等方面加強合作，打造產業可持續發展的新模式，共同構建企業緊密協作、融通發展的產業應用生態。（二）企業進入發展活躍期，不斷推動產業生態發展（二）企業進入發展活躍期，不斷推動產業生態發展 近年來，量子計算已成為全球科技企業和初創企業的重點布局方向之一?？萍计髽I主要采用局部重點發力的形式來推進量子計算技術產業發展，致力于利用量子計算實現提升企業競爭力、創造經濟

91、效益、開拓新業務、應對市場變化等目標。初創企業的成熟度逐漸提升，在軟硬件研發、創新成果輸出和應用探索等方面表現活躍，已成為整個量子計算產業賽道的中堅力量?，F階段歐美是量子計算企業聚集度和活躍度較高的地區。美國IBM、谷歌、Intel、微軟、亞馬遜等大型科技企業憑借其公司體量龐大、技術先進、經驗豐富、商業能力強等優勢，在量子計算行業的 第 一 梯 隊 中 占 據 一 席 之 地。Quantinuum、Rigetti、IonQ、Infleqtion、PsiQuantum、Quantum Computing Inc 等初創企業在各自技術路線上穩步發展，經過數年運營已初具規模，推出各具特色的產品，并積

92、極探索公司產品可能的應用方向，行業影響力日漸增強。根據 2023 年上市公司財報可知，IonQ、Rigetti 兩家公司的總營業收量子計算發展態勢研究報告（2024 年）43 入均在千萬美元級別，Quantum Computing Inc 總收入則在數十萬美元級別，三家上市公司均未扭虧為盈。整體來看，上市公司普遍實現營業收入持續增長但均仍處于虧損狀態，這是由行業發展存在技術風險、市場認可度有待提升以及企業營業成本增加等原因共同造成的。歐洲量子計算企業以初創企業為主，代表性企業包括 Pasqal、IQM、OQC、AQT、Oxford Ionics、ORCA Computing、Quandela、

93、Alice&Bob 等，上述企業從事超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等多條技術路線的硬件研制、軟件開發、云平臺建設和應用探索，具有較大的發展潛力與動能。此外，澳大利亞的 SQC、Quantum Brilliance，加拿大的 Xanadu、D-wave等公司也在各自技術路線上積極推進技術研究和產品研制，近幾年成果頗豐?？偟膩碚f，歐美企業發展勢頭迅猛且合作緊密，在技術攻關、應用探索和產業推進等方面取得了諸多進展。我國量子計算企業持續在樣機研制、軟件算法和應用推動等方面積極布局，推出諸多成果。騰訊、華為、中國電科等科技企業均布局量子計算方向，旨在開展技術研究，研發軟硬件產品，并探索量子計算

94、在重點行業領域中的應用。阿里和百度相繼裁撤量子計算實驗室也一度成為業界熱點事件。中國移動、中國電信等電信運營商在近兩年也積極加大量子計算領域投資和研究力度，相繼推出各自的量子計算云平臺，致力于聯合量子計算企業共同加速推進技術產業發展。本源量子、國盾量子、華翊量子、啟科量子、玻色量子、量子計算發展態勢研究報告（2024 年）44 圖靈量子、量旋科技、弧光量子、中科酷源、幺正量子等初創企業積極推進技術研究與應用探索，紛紛推出軟硬件產品和云平臺，發展進程持續加快。整體來看，我國量子計算企業的投入力度和發展水平相較歐美而言仍有提升空間。在量子計算快速發展的背景下，全球已涌現出百余家相關企業，企業的快速

95、發展在推進量子計算產業化中起著至關重要的作用。針對量子計算企業的發展水平進行分析，對于促進和推動整個行業的進步具有重要意義，具體來看，路線布局從側面展示企業的核心能力，科研成果表征企業的創新水平，資本市場則是推動企業商業化發展的關鍵，下文從上述三個方面著重分析探討現階段全球量子計算企業發展現狀。從路線布局上看，全球量子計算原型機研制企業在路線選擇方面呈現多樣化。其中超導路線受到最多企業關注，科技企業和初創企業均有布局。布局離子阱路線的企業數量僅次于超導，且大部分為初創企業。中性原子量子計算企業數量比較有限，基本為初創企業，但企業活力普遍較高，近年來發展迅速并推出大量成果。布局光量子路線與硅半導

96、體路線的企業數量較少，前者受到初創企業關注，后者的主要參與者既有傳統半導體制造企業，也有初創企業。從科研成果上看，論文數量方面，根據澳大利亞智庫 ASPI 數據顯示，在量子計算領域，全球前 10%高被引論文中，美國企業發表的論文共占33.9%排名第一，中國企業發表的論文共占15%。專利數量方面，根據智慧芽全球專利數據庫統計，截至 2023 年年底，全球量子計算發展態勢研究報告（2024 年）45 量子計算發明專利前十的企業中，美國企業占六家，IBM 的專利數排名第一，而中國企業僅占一家。這一定程度上表明我國量子計算企業在高水平科研成果產出方面有待進一步提升。從資本市場上看，上市情況方面，美國量

97、子計算初創企業中上市公司有 IonQ、Rigetti、Quantum Computing Inc 三家上市公司，中國僅有國盾量子一家。風險投資方面，2013年-2023年期間美國共有85 筆投融資事件，涉及金額超過 23 億美元；中國僅有 22 筆，涉及金額僅 4 億美元。對比來看，我國量子計算產業培育和企業發展仍處早期階段，投入力度相對有限，未來仍需加快產業培育，激發企業創新活力。量子計算企業正在經歷發展活躍期，企業規模持續增長，創新能力日益提升，但由于量子計算技術路線并未收斂、發展前景存在不確定性、應用尚未落地等原因，相關企業仍需提升多個方面的能力。原型機研制方面，硬件系統研制企業需加快原

98、型機的更新迭代速度，在更新迭代中促進量子芯片等核心技術發展。供應鏈方面，上游量子計算企業需加強基礎設備組件研發，實現技術和工程突破，以滿足未來原型機更高的技術要求。應用探索方面，量子計算企業需進一步深化與行業用戶的合作，開展實用化算法研究和驗證，探索量子算法的加速作用。與此同時，需要加強量子計算產業生態上中下游的交流協作，探索互惠互贏、可持續的生態模式，為量子計算賦能千行百業奠定基礎。量子計算發展態勢研究報告（2024 年）46（三）聯盟促進生態培育，公共設施助力產學研合作（三）聯盟促進生態培育，公共設施助力產學研合作 隨著量子計算技術研發和應用探索持續推動，著眼于科研成果轉化、行業應用創新、

99、供應鏈建設、人才培養和公共平臺建設等工作的產業生態培育，已開始成為全球主要國家在量子計算領域的聚焦點之一，加強政產學研用各方的溝通交流與協同創新正逐步成為新趨勢。近年來全球多國相繼成立量子信息技術領域產業聯盟，成員涵蓋量子企業、研究機構和行業用戶，持續推動產學研用多方合作，已成為推動構建應用產業生態的重要力量。全球代表性量子信息產業聯盟如圖 18所示。2024年，英國量子產業聯盟（UKQuantum）發布英國量子行業宣言，為下一屆英國政府提出促進量子技術發展的具體建議83。韓國運營商SK Telecom牽頭成立量子聯盟X Quantum，致力于通過探索聯合的商業機會共同推動韓國量子生態發展84

100、。我國量子信息網絡產業聯盟（QIIA）目前已有 81 家成員單位，已相繼開展技術研究、標準預研、測評驗證、應用案例征集等方向的二十余個項目，為國內產業生態培育貢獻力量。武漢量子科技產業創新聯盟正式揭牌成立85?？偟膩碚f，產業聯盟正有力促進產業整體發展和產業集群的形成，產學研用多方合作開展活躍，取得多方響應。83 https:/ukquantum.org/ukquantum-launches-its-manifesto-for-the-uk-quantum-technology-sector/84 https:/ 85 https:/ 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）47 來源：中國信息

101、通信研究院根據公開信息整理（截至 2024年 7月）圖 18 全球代表性量子信息產業聯盟概況 開展量子計算加工制造、工程研發、測試驗證等相關公共設施平臺建設是助力產業生態發展的另一種重要方式，代表性量子計算公共設施平臺建設如表 2 所示。歐美高度重視量子計算公共平臺與基礎設施建設。2023 年，歐盟撥出 1900 萬歐元的特定資金，用于升級現有的歐洲微納米和量子技術基礎設施86。法國在量子技術國家投資規劃框架下，啟動國家量子計算平臺，致力于聯通量子計算機和經典計算機，并面向國際上的實驗室、初創企業和制造商等提供服務87。英國國家量子計算中心計劃將撥款 3000 萬英鎊用于開發量子計算測試平臺8

102、8。2024 年，芬蘭國家計量研究所完成量子處理器測試與測量基礎設施建設，包含自旋量子比特低溫測量系統和晶圓 86 https:/qu-pilot.eu/87 https:/ 88 https:/www.ukri.org/news/ukri-awards-45-million-to-develop-quantum-technologies/量子計算發展態勢研究報告（2024 年）48 檢測設施等89。美國國防部高級研究計劃局與伊利諾伊州合作建設量子試驗場，旨在研究量子技術真正的價值90。量子計算公共平臺與基礎設施的建設為研究人員開展技術研究、應用探索、測評驗證等提供支持舉措，有利于優化資源配置

103、和承擔共性服務，為形成高水平自主產業生態提供助力。表 2 代表性量子計算公共設施平臺概況 國家地區國家地區 建設單位建設單位 平臺名稱平臺名稱 措施目標措施目標 美國 阿貢國家實驗室、Intel 量子計算試驗臺 為研究者提供真實量子計算資源，同時獲得設備組件質量及其整體運行情況的反饋，助力雙方共同改進91 桑迪亞國家實驗室 量子科學計算開放用戶測試平臺（QSCOUT）為研究人員提供量子計算系統使其免去自己建造機器的麻煩，與此同時獲得有關量子性能和體系結構的意見92 NIST、科羅拉多大學博爾德分校 低溫量子試驗臺 對單光子功率和毫開爾文溫度的超導微波損耗進行高通量、精確測量93 美國能源部科學

104、辦公室、勞倫斯-伯克利國家實驗室 高級量子實驗平臺 對業界開放，眾多實驗室、企業、學界提交實驗申請，實驗內容涵蓋軟硬件、算法、基準技術等多個方面，旨在推進量子計算的研發進程94 歐盟 歐洲量子旗艦計劃 歐洲量子計算與模擬基礎設施（EuroQCS）目標是成為歐洲經典-量子混合計算的聯合基礎設施，為行業應用研究者提供支持開發的公共服務95 芬蘭國家計量研究所 Qu-Pilot 項目 開發量子技術基礎設施，通過提供設計、開發和驗證硬件產品和流程的方式，促進量子計算發展 法國 法國計算機科學和自動化研究所 國家量子計算平臺 聯通量子和傳統計算機系統，面向國際實驗室、初創企業和制造商等提供服務，促進它們

105、獲得量子計算能力 英國 英國國家量子計算中心 量子計算測試平臺 提供受控環境使得研究者可操縱和研究量子比特，測試和驗證量子算法、設備或技術，目標是使得量子計算在 2025 年左右提供量子優勢 芬蘭 芬蘭國家計量研究所、SemiQon 量子處理器測試與測量基礎設施 量子處理器與基礎設施測試，實現晶圓全方位檢測的探測站 89 https:/www.semiqon.tech/news-insights/semiqons-quantum-processor-testing-and-measurement-facilities-at-the-vtt-mikes-premises-up-and-runni

106、ng 90 https:/www.darpa.mil/news-events/2024-07-16 91 https:/chicagoquantum.org/news/intel-install-quantum-computing-test-bed-q-next-midwest-chicago-argonne 92 https:/www.sandia.gov/quantum/quantum-information-sciences/projects/qscout/93 https:/www.nist.gov/programs-projects/quantum-characterization

107、94 https:/aqt.lbl.gov/95 https:/qt.eu/app/uploads/2022/02/20220202_HPC-QCS-JWP-final.pdf 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）49 來源：中國信息通信研究院根據公開信息整理 全球量子計算產業生態處于早期培育階段，業界通過成立產業聯盟，構建公共平臺等方式積極促進各方創新協同，為相關企業和實驗室等開展合作研究提供機會和平臺。未來需要持續發揮產業聯盟等力量促進產學研用結合，同時推動試驗驗證、中試等平臺工程，加快研究成果向實用化、工程化轉化的速度和效率，為構筑自主可控的產業生態提供引導支持。（四）標準化已成為國

108、內外布局熱點，發展進程加快（四）標準化已成為國內外布局熱點，發展進程加快 量子計算在涉及數學、物理等基礎學科的同時，也與諸多工程學科存在交叉融合，其技術水平發展和產業生態體系的構建存在爭議和變化。鑒于量子計算技術發展處于早期階段且技術路線未收斂等原因，相關標準化工作還處于非常早期的階段。但同時由于布局量子計算方向具有重要戰略意義，相關標準化工作已逐漸成為國內外標準化組織研究布局的熱點，發展進程逐漸加快。目前國際標準化組織/國際電工委員會（ISO/IEC）、國際電信聯盟（ITU-T）、電氣與電子工程師協會（IEEE）等國際標準組織，以及全國量子計算和測量標準化委員會（TC578）等國內標準組織，

109、均積極開展量子計算標準化工作布局和標準預研等相關工作。目前主要關注和研究量子計算相關概念術語和定義，提出量子計算的性能評價的準則和方法等方面，相關技術標準研究和討論處于初期階段。國際方面，2024 年，ISO/IEC 成立量子技術聯合技術委員會量子計算發展態勢研究報告（2024 年）50（ISO/IEC JTC 3），負責量子技術領域的標準化工作，委員會標準制定范圍涵蓋量子計算、量子模擬、量子計量、量子探測器和量子通信等方向96，目前 JTC 1 WG14 的部分標準工作已轉移到 JTC3 持續研制。我國牽頭制定的首個量子計算領域國際標準 ISO/IEC 4879:2024信息技術 量子計算

110、詞匯正式發布，系統構建了量子計算的概念體系框架，凝練了各方對不同術語定義的概念理解與共識，對量子計算技術產業發展和生態培育等方面起到重要推動作用97。美國 NIST 組建量子技術國家委員會，公開招募專家參加 ISO/IEC JTC3 標準工作并擔任管理職位98。國內方面，TC578 負責全國量子計算與測量領域標準化技術歸口工作，組織開展量子計算術語和定義、量子計算性能評估基準研究、量子計算云平臺架構與功能要求等標準制定，以及量子計算應用發展與測評、量子計算應用場景、量子計算發展趨勢與標準化需求等課題研究?？傮w而言，標準化工作對于促進量子計算應用轉化、形成產業競爭力有重要促進作用，將是未來推動量

111、子計算產業布局的重要決定性因素之一，已成為國際科技和未來產業發展與競爭的前沿熱點。目前由于量子計算技術產業成熟度較低、發展路徑具有特殊性等原因，建議標準化工作將重點集中在基礎研究、功能性能和體系框架等基礎方向，以防過早針對某類特定技術路線或實現方案制定標準，96 https:/www.iso.org/news/new-joint-committee-quantum-technologies 97 https:/www.iso.org/standard/80432.html 98 https:/www.nist.gov/news-events/news/2024/02/new-ieciso-jo

112、int-technical-committee-quantum-technologies-inviting 量子計算發展態勢研究報告（2024 年）51 反而導致標準內容與快速發展的技術和產品需求產生脫節，這有可能對量子計算技術產業演進帶來負面影響，不利于行業整體發展。五、總結與建議 量子計算已成為當今世界最具顛覆性的前沿技術之一，已逐漸形成集基礎科研、工程研發、應用探索和產業培育為一體的發展格局。當前，量子計算優越性驗證已完成，超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等多種技術路線呈現多元化開放性的發展態勢，這種發展態勢短期內將持續存在，基礎研究與工程研發不斷突破，應用場景探索在多行業領域持

113、續推進，產業生態正逐步構建。量子計算整體發展勢頭良好，潛力巨大，未來發展前景可期。與此同時也需看到，當前量子計算領域發展也面臨一些技術與應用瓶頸?；A研究方面，量子計算的相關科學問題、技術方案、理論算法、基礎材料等方面研究有待進一步深入。原型機研制方面，不同技術路線的量子計算原型機在研發水平和核心技術指標等方面，距離實現大規?？扇蒎e量子計算均有很大差距。應用探索方面，針對現階段量子計算原型機的實際發展情況，尚未出現具備加速能力的實用化算法，技術成果的應用轉化有待持續探索。產業培育方面，量子計算產業生態建設進展稍顯緩慢，未來產業規劃與培育亟待進一步加強。未來我國需進一步加強量子計算領域規劃布局和

114、統籌協調，解決技術研究、原型機研制、應用探索、產業培育等方面存在的瓶頸挑戰，多方并舉，共同推動技術研究和產業應用發展。一是推動基量子計算發展態勢研究報告（2024 年）52 礎科研攻關，進一步加大量子計算基礎科研投入力度，完善基礎理論研究、重大科技攻關和量子算法研究等同步推進的體系布局。二是加強原型機研制，重點推進主流技術路線的核心科學與工程問題研發攻關，提升量子比特規模、質量和操控精度等。三是補齊供應鏈短板，整合研究機構、科技企業、初創企業等各方力量，開展量子計算專用和通用設備組件攻關。四是推動行業應用探索，支持央企、大型國企、其他行業龍頭企業與量子計算企業深化合作，探索量子計算在重點行業的應用。五是促進產學研深度融合，提供量子計算加工制造、測試驗證和公共基礎設施等公共服務，推動研發、應用、服務和產業化協同創新，形成高水平自主產業生態。中國信息通信研究院中國信息通信研究院 技術與標準研究所技術與標準研究所 地址：北京市海淀區花園北路地址：北京市海淀區花園北路 52 號號 郵編：郵編：100191 電話：電話：010-62300383 傳真：傳真：010-62304980 網址：網址：