1、 量子計算系列報告量子計算系列報告 Quantum Computing Series Report 量子量子計算計算云平臺云平臺量子量子時代的必然趨勢時代的必然趨勢 光子盒研究院 2021 年 8 月 量子計算系列報告 i 目錄 目錄.i 圖表目錄.ii 圖目錄.ii 表目錄.ii 編者序.iii 光子盒簡介.iv 聲明.v 第一章 量子計算云平臺概述.1 一、量子計算云平臺的基本概念.1 二、量子計算云平臺的開發背景.1 三、量子計算云平臺的優勢.2 第二章 量子計算云平臺服務.5 一、量子計算云平臺服務類型.5 二、量子計算模擬器.6 第三章 量子計算云平臺現狀.8 一、國外量子計算云平臺

2、.8 二、國內量子計算云平臺.16 第四章 量子計算云平臺的對比.26 一、量子計算云平臺配置對比.26 二、量子計算云平臺價格對比.27 第五章 量子計算云平臺發展前景.30 一、量子計算云平臺未來發展方向.30 二、量子計算云平臺市場規模預測.31 關于作者.32 黑目錄 量子計算系列報告 ii 圖表目錄 圖目錄圖目錄 圖 1 量子計算云平臺服務類型.5 圖 2 IBM Quantum Composer 用戶操作界面.9 圖 3 IBM Quantum Lab 用戶操作界面.9 圖 4 Quantum Inspire 用戶操作界面.11 圖 5 Amazon Braket 工作原理.13

3、圖 6 Strawberry Fields 操作頁面.15 圖 7 中科院量子計算云平臺用戶操作界面.16 圖 8 本源量子云平臺用戶操作界面.17 圖 9 百度量易伏用戶操作界面.19 圖 10 百度量易伏架構.20 圖 11 量旋科技“金牛座”云平臺用戶操作界面.21 圖 12 北京量子院云平臺用戶操作界面.22 圖 13 ScQ.Cloud 用戶操作界面.23 圖 14 昆峰量子模擬云平臺.24 圖 15 量子云平臺市場規模.31 表目錄表目錄 表 1 IBM 已發布的量子計算模擬器對比.7 表 2 量子云平臺/模擬器首次發布時間.24 表 3 國內外量子云平臺比較.26 表 4 本源量

4、子云平臺量子計算模擬器價目表.28 表 5 微軟 Azure Quantum 價目表.28 表 6 Amazon Braket 云平臺量子電路模擬器價目表.28 表 7 Amazon Braket 量子計算云平臺量子計算機價目表.29 黑圖表目錄 量子計算系列報告 iii 編者序 “云計算”在近些年的發展中已趨于成熟。隨著量子計算的快速發展，量子計算與云計算有機結合，產生了“量子計算云平臺”，極大地克服了目前量子計算機制造成本昂貴、維護難度高、占用空間大等缺陷。量子計算云平臺不僅可推動量子軟件及算法的研發，還對整個量子生態產業環境的培養以及增加人們對量子計算的認識具有重大意義。自 2016 年

5、 IBM 推出商業化的量子計算云平臺以來，至今已有超過 32.5 萬名注冊用戶，開源 Qiskit 軟件開發工具包下載超過 65 萬次，每天在 IBM Quantum系統上運行 20 億個量子電路，使用 IBM Quantum 已發表了 700 多篇論文。截至目前，全球有超過 20 家公司/科研機構開發了量子計算云平臺。量子云平臺將在未來很長的一段時間內助力量子計算的商業化進程，以更低的成本和更優質的服務滿足用戶的更多需求。光子盒研究院在此背景下編寫了這份報告，力求以專業、客觀、全球化的視角對量子計算云平臺的相關情況作以敘述，希望能為中國量子計算產業的發展提供參考和借鑒。通過這份報告，您將了解

6、到“什么是量子計算云平臺”、“量子云平臺有哪些”、“量子云平臺未來發展方向”等問題。本報告為光子盒研究院出品的量子計算系列報告第 2 期，介紹了量子計算云平臺、量子計算模擬器、量子計算云平臺發展歷程和未來趨勢等內容，希望通過此報告，加深您對量子計算云平臺這一新領域的理解。更多關于量子計算的相關知識與信息，詳見光子盒研究院量子計算系列報告其他子報告。關鍵詞：關鍵詞：量子計算云平臺；量子計算模擬器；量子云平臺對比；量子云平臺市場規模 黑編者序 量子計算系列報告 iv 光子盒簡介 光子盒創立于 2020 年 2 月，名稱來自于在 1930 年第六屆索爾維會議（Solvay Conference）上，

7、愛因斯坦在其與玻爾的爭論（Bohr-Einstein debate）中提出的一項光子盒實驗（photon-box experiment）。光子盒定位為量子產業服務平臺，通過推送前沿量子科技新聞、科普量子知識、解讀量子技術、發布年度和專題報告等形式，致力成為中國量子科技產業最值得信賴的服務機構。截至 2021 年 7 月，光子盒已公開發布了 20 余份量子科技領域的專題報告，并且為 10 余家中國量子科技領軍企業提供量子行業咨詢和數據服務等。2021 年 5 月，光子盒作為協辦方，與主辦方中國電子科技集團公司電子科學研究院、社會安全風險感知與防控大數據應用國家工程實驗室和中國工程科技發展戰略安徽

8、研究院，在安徽合肥成功舉辦了“2021 中國量子科技產業雙循環高峰論壇”。光子盒正在不斷擴充自有量子科技產業數據庫的廣度與深度，建立多維量子產業數據信息，提供客觀、專業、深入及具有時效性的量子行業報道與咨詢服務。光子盒未來還將承辦量子科技領域的論壇，提供更為豐富的主題和內容，聯合量子產業科技公司、金融行業投資公司、國家/省級量子相關科研院所、政策戰略研究單位等共同促進量子產業持續向好發展。黑光子盒簡介 量子計算系列報告 v 聲明 本報告采用的數據均來自公開渠道或對公開數據進行的整理。本報告發布的觀點力求獨立、客觀和公正，結論不受第三方授意或影響，不構成任何廣告。光子盒所有原創作品版權歸光子盒所

9、有。其他媒體、網站或個人轉載使用時不得進行商業性的原版原式的轉載，也不得歪曲和篡改本網站所發布的內容。如轉載須注明來源為“光子盒”，不得對本報告進行任何有悖原意的引用、刪減和篡改。未經書面許可，任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制或發表。如征得光子盒同意進行引用、刊發的，需在允許范圍內。違規使用本報告者，法律必究。光子盒引用其它媒體作品或數據的目的在于傳遞信息，并不代表光子盒贊同其全部觀點，不對其真實性、時效性負責；其他媒體、網站或個人轉載使用時，必須保留光子盒注明的來源，并自負法律責任。若報告涉及動態數據的，僅表達截至發稿時的情況，不代表未來情況。在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見

10、均不構成投資建議。如因作品內容、版權和其它問題需要同光子盒聯系的，請聯系王女士（郵箱：）黑聲明 量子計算系列報告 1 第一章 量子計算云平臺概述 一、一、量子量子計算計算云平臺云平臺的的基本概念基本概念 量子計算云平臺，簡稱為量子云平臺，依托云計算技術，提供用戶接入實體量子計算機硬件或量子計算模擬器的一種服務平臺，在平臺上用戶可以運行算法或進行實驗任務。量子云平臺為用戶帶來諸多便利，提供了更廣泛的量子計算機接口，對發展量子計算研究有極大地推動作用。云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網絡、服務器、存儲、應用軟件、服務）

11、，這些資源能夠被快速提供，但只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。量子云平臺好比連接量子計算機和用戶之間的橋梁用戶使用經典計算機訪問量子云，然后經由量子云將處理過的指令傳輸到后端，后端完成量子計算后經由量子云把結果輸送給用戶。通過量子云平臺，即使不能實地使用量子計算機，用戶也可以完成所需的量子計算。量子云平臺當前大體可分為三種應用場景：在量子研究中，科學家可以使用量子云平臺來測試量子信息理論，進行試驗，比較架構等；在量子教學中，教師可以使用量子云平臺幫助學生更好地理解量子力學，以及實現和測試量子算法等；在量子開發中，程序員可以使用量子云平臺創建量子教學游戲，向人們介紹量子概念，

12、又或者開發量子編程軟件，豐富量子開發工具。二、二、量子量子計算計算云平臺云平臺的開的開發背景發背景 量子計算是指在遵循量子力學規律下，通過操作基本量子或模擬量子來完成計算的前沿技術。當前已有實驗證明量子計算技術在解決特定問題方面具有經典計算機完全無法比擬的計算能力。但由于目前量子技術發展尚處于早期階段，大部分技術方案構建的量子計算機實際應用需要超低溫、隔絕噪音和振動等多種苛刻的外部環境，再加之昂貴的設備購置成本和維護費用，量子計算機令許多研究黑量子計算云平臺概述 量子計算系列報告 2 機構和研究人員望而卻步。量子云平臺將量子計算與云計算相結合，對于整個量子計算行業發展具有重要意義。2016 年

13、 5 月，自世界上第一個基于 5 量子比特超導量子計算機 IBM Quantum System One 的量子云平臺 IBM Quantum Experience 面世，量子計算向更廣大的群體開放。2017 年 10 月，我國首個量子計算云平臺由中國科學院量子信息與量子科技創新研究院（上海）（簡稱量子創新研究院）于“2017 杭州云棲大會”聯合阿里云共同發布的“量子計算云平臺”，最初提供 11 量子比特的云接入超導量子計算服務。雖然我國量子云平臺與美國有一定差距，但國內量子云平臺的上線也為我國的廣大量子研究人員和愛好者提供了基于真實量子計算機進行研究開發的條件，填補了國內量子計算領域的空白。在

14、量子云平臺發展過程中，大多數提供量子云平臺的公司都是接入自己公司研發的量子計算機或量子模擬器，除了這種基于自身硬件的量子云平臺，還有一種量子云平臺的發展路徑被稱之為“硬件無關量子云平臺”（hardware independent quantum cloud service）。例如，Microsoft（微軟）和 Amazon（亞馬遜）目前是這種發展路線。雖然微軟的拓撲量子計算路線尚未成熟，但其憑借成熟的云技術和優質的商業資源使其量子云平臺可接入 Honeywell、IonQ、東芝、Quantum Circuits和1QBit的量子計算硬件或軟件系統，為用戶提供優質的量子計算服務。亞馬遜更多地與一

15、些較為成熟的量子計算硬件公司、軟件算法公司等合作，通過亞馬遜提供的量子云平臺，用戶可以接入 D-Wave（量子退火）、IonQ（離子阱）和 Rigetti（超導）的量子計算硬件。三、量子三、量子計算計算云平臺云平臺的的優勢優勢 量子云平臺提供了更多實驗選擇，用戶可根據自身需求選擇適合的服務商和不同的量子計算硬件后端。量子云平臺將其具有的量子硬件、量子軟件、量子算法等量子相關資源以服務的形式提供給用戶，并根據用戶的需求類型以及任務復雜程度進行資源分配，這種服務形式被成為量子即服務（Quantum as a Service，QaaS）。量子計算系列報告 3 將量子資源部署在云平臺上較一般的本地部署

16、（On-Premises）而言在如下方面具有其特殊的優勢：1、較較低的購置、運維和研發成本低的購置、運維和研發成本 從購置角度來看，量子計算機的硬件成本高，合適的零部件供應商少，制造難度高，導致配備量子計算機費用高昂。例如，一臺超導量子計算機所需的稀釋制冷機的價格一般為幾百萬至一千萬人民幣之間。全球能提供量子計算機整機的商業化公司極少。此外，量子計算機是國際最前沿的科學儀器，包括其核心硬件可能都在各國禁運或禁售的名單中。因此，量子計算機不僅供應量有限，而且購買難度很大。從運維角度來看，量子計算機運行條件苛刻，維護難度大。以技術相對成熟的超導量子計算機為例，計算機的運行除了需要一個接近絕對零度的

17、運行溫度外，一個安靜穩定的環境和一定的放置空間也是必須的。IBM、谷歌等科技公司尚且需要一個龐大的專業技術團隊來維護和保證量子計算機的正常運行。而對于普通公司來說，一旦相關設備出現問題將很難解決。從研發角度來看，目前量子云平臺面向的潛在用戶有：量子軟件開發者、量子算法研究者、高校教師學生、量子計算愛好者和化學、生物、金融等其他領域的公司。除部分研究機構需要真實量子計算機進行基礎量子層面的相關研究外，其他潛在用戶的需求大多可以通過量子云平臺上得到滿足。部分量子云平臺還可以根據客戶的差異性需求提供開發對應軟件的服務，這極大的降低了公司的研發成本。2、較較低的技術要求低的技術要求 當前量子計算軟件開

18、發困難。目前同時具備量子計算相關知識與軟件開發技術的專業人員極為有限，即使對于未來量子計算有明確需求的化學、生物等行業的公司，從現在起就開始專門培養量子計算機工程師與量子開發人員對于人力資源也會是一種浪費。因而目前更多的選擇是應用量子云平臺來發展相關算法、軟件以回避當前存在的技術人員缺乏問題。量子計算系列報告 4 綜上所述，目前對于大多數量子計算的潛在用戶來說，使用量子云平臺比購買量子計算機更為方便和有效。在未來量子計算機硬件相關產業沒有大的技術突破前，量子云平臺都將長期保持量子計算的行業主導地位，為特定客戶提供更為便捷、經濟的量子算力。各國政府同時也在努力推動量子云平臺發展，助力本國量子軟件

19、與算法研發，為未來的量子計算競爭提高自身的“量子軟實力”。量子計算系列報告 5 第二章 量子計算云平臺服務 一、量子一、量子計算計算云平臺服務類型云平臺服務類型 當前各公司量子云平臺的邏輯架構基本相同，與云計算分類相似。根據提供服務的類型不同將量子云平臺提供的服務細分為量子基礎設施即服務（Quantum Infrastructure as a Service，Q-IaaS）、量子平臺即服務（Quantum Platform as a Service，Q-PaaS）和量子軟件即服務（Quantum Software as a Service，Q-SaaS）三種1。部分量子云平臺提供的量子計算服務

20、包括其中的兩種或三種，如 D-Wave 提供的服務類型包括 Q-IaaS 和 Q-SaaS，本源量子和 IBM 包括了上述三種。圖 1 量子計算云平臺服務類型 來源：光子盒研究院 Q-IaaS 是指把量子計算機的硬件及配套設施作為服務來在量子云平臺上提供給用戶。對于提供 Q-IaaS 類服務的量子云平臺，用戶可以通過量子云平臺調用量子計算機的所有硬件而不用費時費力地對其進行維護。這類量子云平臺的主要用戶是量子計算機底層開發人員和科研人員。Q-PaaS 是指將量子計算機的基礎設施與中間件組成的開發平臺作為服務來在量子云平臺上提供。應用此類量子云平臺，所有用戶都可以方便地在云平臺上進行自己特定的軟

21、件開發，但這同時也限制了用戶在不同云平臺上進行遷移。目 1 來源：量子云計算發展態勢研究報告（2020），中國信通院 用戶數據 量子計算機虛擬機用戶 Q-PaaS 云平臺 Q-IaaS 云平臺 Q-SaaS 云平臺 應用軟件 中間軟件 虛擬機操作系統 量子計算機服務器 量子計算機整機 機房配套設施 黑量子計算云平臺服務 量子計算系列報告 6 前來看提供 Q-PaaS 類型服務的量子云平臺是數量最少的，這是因為它既不能徹底繞開復雜的量子知識來開發軟件滿足自身的需求，也無法滿足研究所和高校這類針對于具體的量子特性進行研究的需求。Q-SaaS 是指整個量子云平臺提供的是一種軟件類型的服務。目前 Q-

22、SaaS 類型的量子云平臺主要是面向其他領域的大型企業。這些企業希望在量子時代能夠依靠量子技術的強大算力解決當前難以解決的實際問題，繼續保持自身行業內的領先地位。雖然目前量子云平臺所提供算力尚不足滿足大多數企業的實際應用需求，但他們已經在通過和量子云平臺間的合作，開發、完善適合自身的軟件，靜待量子硬件領域的下一次突破了。目前來說大部分量子云平臺的服務以 Q-SaaS 為主，這是由于當前量子計算機開發人員需要同時掌握一定程度的量子知識和編程能力，相應人才供不應求，而 Q-SaaS 類型的服務則可以繞過這些人力與技術難關。預計在未來隨著量子開發人員的逐漸增多，部分大型企業會出于保障自身數據安全，降

23、低營運風險，以及自身差異化產品開發的考慮，完成由選擇 Q-SaaS 服務到選擇 Q-PaaS、Q-IaaS服務的逐漸轉變。二二、量子計算模擬器、量子計算模擬器 當前，由于高量子比特數的量子計算機數量極少且大多被用作技術的持續研發，使得量子云平臺能接入的量子計算機數量及算力不能滿足人們對量子比特數的設定值，這將會導致很多未來實際應用的驗證過程和結果受到影響。為解決這一問題，量子計算模擬器應運而生。量子計算模擬器是指通過經典計算機底層編程來模擬量子特性，進而依靠模擬出的“量子”搭建量子計算機來進行相應計算。量子計算模擬器可以模擬量子糾錯、量子噪音等特性，并且支持量子指令，這滿足了量子軟件及算法的開

24、發需求。量子計算模擬器與當前真實量子計算機相比，具有成本低、算力強、支持更量子比特數高、不易受外界環境干擾等優勢，使得其在量子算法以及量子軟件的開發中被廣泛應用。量子計算系列報告 7 目前各類量子云平臺提供的真實量子計算從幾量子比特到十幾量子比特不等，而同平臺下的使用超級計算機模擬的量子計算則可以提供從幾十量子比特到上千量子比特不等。如 IBM 提供了 5,000 量子比特的可以用作噪聲模擬的simulator_stabilizer 和 100 量子比特的可以用來模擬量子弱糾纏的 simulator_mps等多種量子計算模擬器。本源量子則提供了 4 種模擬器后端：35 量子比特的全振幅量子計算

25、模擬器、68 量子比特的部分振奮量子計算模擬器、200 量子比特的單振幅量子計算模擬器和 32 量子比特的含噪聲量子計算模擬器。Google 的高性能開源量子電路模擬器 Qsim 已證明能在 111 秒內在一個谷歌云節點中以 14 柵極深度模擬一個 32 量子比特量子電路。Amazon Braket 提供完全托管的高性能張量網絡模擬器（TN1），這種基于張量網絡的電路模擬器可以支持高達 50 個量子比特的量子計算模擬。Atos 是第一個成功模擬量子噪聲的公司，其開發的量子模擬器 Atos 量子機器學習機（Atos QLM）被稱為世界上性能最好的商用量子模擬器，該模擬器將高功率、超緊湊的機器與通

26、用編程語言相結合，使研究人員和工程師能夠開發和試驗量子軟件。表 1 IBM 已發布的量子計算模擬器對比 類型類型 名稱名稱 量子比特量子比特 噪聲建模噪聲建模 Statevector Schrdinger wavefunction simulator_statevector 32 是 Stabilizer Clifford simulator_stabilizer 5,000 是(僅 Clifford)Extended stabilizer Extended Clifford(e.g.,Clifford+T)simulator_extended_stabilizer 63 否 MPS Matr

27、ix Product State simulator_mps 100 否 QASM General,context-aware ibmq_qasm_simulator 32 是 來源：IBM Quantum Simulators2 盡管量子計算模擬器的發展給量子計算機的軟件與算法的研發提供了極大便利，但量子計算模擬器模擬量子比特數目受限于經典計算機算力及相關算法，同時較高的能源消耗也在一定程度上限制了各平臺量子計算模擬器算力的無限增加。在量子硬件技術仍有待進一步突破的今天，應用量子計算模擬器不僅滿足了絕大部分量子軟件與算法的研究，而且也將研發成本降到了最低，是當前發展量子計算的重要支撐力量。2

28、 https:/quantum- 量子計算系列報告 8 第三章 量子計算云平臺現狀 一、一、國外量子國外量子計算計算云平臺云平臺 1、IBM 2016 年 5 月，IBM 推出了量子計算云平臺 IBM Quantum Experience，用戶可以通過該云平臺在 IBM 的量子處理器上運行算法和實驗，這是全球范圍內量子計算云服務的開端3。2017 年 5 月，IBM 在 IBM Quantum Experience 付費服務上提供了一個新的16 量子比特處理器。2019 年 5 月，IBM 推出全新測試版本，用戶可以制作電路和應用程序構建工具，該版本對開源 Qiskit4量子計算軟件框架的訪問

29、進行了簡化。新的 Circuit Composer 功能可構建比以往復雜的量子電路，然后在模擬器和 IBM Quantum Experience 物理量子系統上運行?？梢暬ぞ邥谟脩魳嫿娐窌r展示量子比特模擬量子態的變化。當用戶使用文本編輯器編程時，可以實時以圖形方式觀察電路變化5。2020 年 8 月至 2021 年 3 月，IBM 多次更新云平臺，增加了 q-sphere view、phase disk、電路執行過程中測量和批量處理量子門等功能6。2021 年 3 月，由 IBM Quantum Composer 和 IBM Quantum Lab 組成，它們取代了 IBM Quantu

30、m Experience。IBM Quantum Composer 是一個圖形化的量子編程工具，允許用戶操作來構建量子電路并在真實的量子硬件或模擬器上運行它們。而在 Quantum Lab 中，用戶可以在 Jupyter Notebook 環境中編寫結合 Qiskit代碼、方程、可視化和敘述文本的腳本，在真正的量子硬件或模擬器上運行代碼，從任何地方存儲、訪問和管理文件。3 https:/ 4 Qiskit 是一個用于編程量子計算機的開源框架。5 https:/ https:/quantum- 黑量子計算云平臺現狀 量子計算系列報告 9 目前，IBM 量子云平臺實行三個等級的訪問，最初級的訪問是

31、 Open Access，用戶僅需簡單注冊，即可通過公共云提供的多個量子計算系統；中級的訪問是Advance Access，具有更多量子比特數量和容量的開放和附加系統的特定用戶；高級的訪問是 Premium Access，通過訂閱優先時間分配，使用 IBM 最先進的量子計算系統。Advance Access 和 Premium Access 需申請特別的用戶使用權限。7 圖 2 IBM Quantum Composer 用戶操作界面 來源：IBM Quantum8 圖 3 IBM Quantum Lab 用戶操作界面 來源：IBM Quantum9 7 https:/ https:/quant

32、um- 9 https:/quantum- 量子計算系列報告 10 2、谷歌谷歌 2018 年 7 月，谷歌 AI Quantum 團隊發布了 Cirq 的公開測試版，這是一個NISQ 計算機（具有約 50-100 個量子比特和高保真量子門的設備）的開源框架。10 Cirq 用于編寫、操作和優化量子電路，然后在量子計算機和量子模擬器上運行它們。通過調用 Quantum EngineAPI，可以在模擬器或量子計算機上運行用戶在 Cirq 中創建的電路。用戶需先填寫問卷申請訪問權，通過身份驗證后方可訪問位于加州圣巴巴拉的谷歌量子計算實驗室的量子處理器（54 量子比特的Sycamore），遠程運行量

33、子程序。11 3、Rigetti 2018 年 9 月，Rigetti 推出了量子計算云服務 Quantum Cloud Service（QCS），并為此提供 Forest 量子編程框架作為支持12。2019 年 1 月，Rigetti 向公眾開放了 QCS，并為量子編程引入了一個全新的訪問模式，該模式以集成云架構為中心。并且該程序運行速度比 web API 模式快30 倍13。2019 年 12 月，Rigetti 加入 AWS Partner Network（AWS 合作伙伴網絡，簡稱 APN）與 Amazon 合作，通過 Braket 量子計算機向客戶開放14。2020 年 8 月，Ri

34、getti 與 Amazon Braket 合作，每個 AWS 客戶都可以訪問Aspen-8基于 Rigetti 最新的 32 量子比特節點技術的門型超導量子處理器15。4、QuTech QuTech 是由 TNO（荷蘭應用科學研究組織）和荷蘭代爾夫特理工大學共同 10 https:/ 11 https:/quantumai.google/cirq/google/concepts#quantum_programs 12 https:/ 13 https:/ 14 https:/ 15 https:/ 量子計算系列報告 11 創立的量子計算機構，2018 年 9 月，QuTech 推出量子云平臺

35、 Quantum Inspire16，用戶可以在 QX 模擬器上使用 QI Editor 編寫和執行算法。Quantum Inspire 為包含量子芯片、經典控制、量子編譯器、軟件層和用戶界面的全堆棧系統。用戶通過 Quantum Inspire 可以使用的 QuTech 量子后端有四個：Starmon-517（基于超導transmon 量子比特的 5 量子比特處理器）18、Spin-219（基于硅自旋量子比特的 2量子比特處理器）和 QX-single-node simulator（單模式模擬器）和 QX-34-L（可編程量子模擬器）。2020 年 4 月，Quantum Inspire 成

36、為歐洲第一個公共量子計算平臺。Quantum Inspire 使每個人都可以使用量子計算機，并且是世界上第一個使用由可擴展的“自旋量子比特”制成的量子處理器的云平臺。20 圖 4 Quantum Inspire 用戶操作界面 來源：Quantum Inspire21 16 https:/qutech.nl/2018/09/10/go-quantum-computing-quantum-inspire/17 Starmon-5 量子處理器由 X 配置的五個超導 transmon 量子比特組成。每個 transmon 有多達七個端口：多達四個耦合到最近鄰居的總線諧振器、一條用于單量子比特門的微波控

37、制線、一條用于兩量子比特門的通量控制線和一個讀出諧振器。18 https:/www.quantum- Spin-2 量子處理器在同位素純化的 Si-28 中的雙量子點中具有兩個單電子自旋量子比特。它結合了高保真操作和長相干時間。它的納米級尺寸和與標準半導體技術的兼容性使其成為未來擴展到大量量子比特的理想選擇。20 https:/qutech.nl/2020/04/20/minister-ingrid-van-engelshoven-and-european-commissioner-mariya-gabriel-launch-europes-first-quantum-computer-in-

38、the-cloud-quantum-inspire/21 https:/www.quantum- 量子計算系列報告 12 5、微軟微軟 2019 年 11 月，微軟推出了量子云生態系統 Azure Quantum22。2020 年 5 月，微軟推出了面向特定客戶的 Azure Quantum 預覽版23。2020 年 9 月，東芝加入 Azure Quantum，提供 Ising（伊辛）機來解決大型組合優化問題24。2021 年 2 月，Azure Quantum 升級為面向公眾的公共預覽版，用戶通過該系統可以訪問 IonQ、Honeywell Quantum Solutions、Quantu

39、m Circuits 的量子計算機，還可以使用微軟、1QBit、東芝開發的優化算法25。2021 年 6 月，Azure Quantum 進一步擴充其求解器產品，在原有的求解器平行回火（PT）和量子蒙特卡羅（QMC）的基礎上，又增加了另外兩種算法：次隨機蒙特卡羅（SSMC）和群體退火（PA）26。2021 年 7 月，微軟宣布 Azure Quantum 即將進行更新，增加四個功能：1、量子 Python 開發人員能夠將電路直接發送到 Azure Quantum，通過與主要的量子 Python SDK 集成，開發人員可以使用他們熟悉的工具來體驗 Azure Quantum 生態系統并與之交互；

40、2、開發人員將可以從 Jupyter Notebooks 中免費訪問 Azure Quantum；3、增加了一個基于云的全狀態模擬器，使開發人員可以模擬更大的量子程序；4、推出新的開放系統模擬器（預覽版），使開發人員可以模擬程序如何在當今可用的硬件系統上運行27。6、亞馬遜亞馬遜 2019 年 12 月，AWS（Amazon Web Services，亞馬遜網絡服務）推出量子云 22 https:/ 23 https:/ https:/ https:/ 26 https:/ https:/ 13 平臺 Braket28。首先，用戶可以通過 Amazon Braket 從零開始設計和構建自己的量

41、子算法，也可以選擇預構建的算法。然后，用戶可以選擇 Amazon Braket 提供的模擬器來測試、排查和運行該算法。接著，用戶可以在 D-Wave（量子退火）、IonQ（離子阱）、Rigetti（超導）三家公司提供的量子計算機上運行算法。最后，用戶可以為其組織評估量子計算的潛力，并掌握專業知識。圖 5 Amazon Braket 工作原理 來源：aws29 7、D-Wave 2018 年 10 月，D-Wave 推出 Leap 量子云服務，提供訪問量子計算機、開源開發工具、交互式演示和編碼示例、教育資源和知識庫文章30；2019 年 10 月，D-Wave Systems 宣布，將把 Lea

42、p 量子云系統安裝在位于德國于利希研究中心的超級計算中心，歐洲的商業客戶可以通過 Leap 訪問 D-Wave 2000Q31。2019 年 12 月，D-Wave Systems 在 AWS re:Invent（AWS 舉辦的年度大會）上，宣布將 Leap API 擴展到 Amazon Braket，AWS 用戶從而可以通過 Leap 量子云服務 API 實時云訪問 D-Wave 的 2000Q 量子處理器，客戶和開發人員將能夠實時利用 D-Wave 的處理能力直接從 Amazon Braket 運行量子應用程序32。2020 年 2 月，Leap 正式升級為 Leap 2，旨在幫助企業和開

43、發人員從量子探 28 https:/ https:/ https:/ https:/ 32 https:/ Braket 開始量子計算 構建 在托管的 Jupyter Notebooks 上或自己開發的環境中構建量子算法 測試 在本地模擬器或選擇完全管理的高性能模擬器上測試算法 運行 用戶在其選擇的量子計算機上運行結合經典和量子計算資源的混合算法 分析 在算法完成后分析結果 量子計算系列報告 14 索過渡到量子生產33。2020 年 7 月，印度和澳大利亞引進了 Leap 量子云服務，這兩個國家的開發人員、研究人員和企業現在可以通過 Leap 實時訪問 D-Wave 2000Q 量子計算機、混

44、合求解器和量子應用環境34。2021 年 2 月，新加坡引進了 Leap 量子云服務，使新加坡的開發人員、研究人員和企業可以通過 Leap 實時訪問 D-Wave 的 Advantage 量子計算機、混合量子/經典求解器和量子應用環境35。截至 2021 年 8 月，Leap 量子云服務允許訪問的國家有 38 個，包括歐盟所有 27 個成員國、日本、冰島、列支敦士登、挪威、瑞士、英國、美國、澳大利亞等，這些國家的用戶可以訪問 D-Wave 2000Q 系統及其量子應用環境（QAE），中國目前不在可訪問國家列表中。36 8、Strangeworks 2021 年 2 月，Strangeworks

45、 上線發布。Strangeworks 量子計算平臺是一個免費的量子計算生態系統，使研究人員、開發人員和愛好者能夠快速學習、開發量子代碼。通過 Strangeworks 量子計算平臺，用戶可以輕松創建、組織和協作量子計算項目，并訪問代碼庫、框架和語言。其中包括亞馬遜 Braket SDK、Blueqat、谷歌Cirq、D-Wave Ocean、Forest、Jupyter Notebooks、微軟 QDK(Q#)、Atos MyQLM、IBM OpenQASM、ProjectQ、Python、IBM Qiskit、Xanadu PennyLane 和 Xanadu Strawberry Fiel

46、ds。同時該平臺還與 IBM 等諸多量子計算公司合作，將其加入到自己的量子計算生態中。加入方式目前為在網站上顯示各量子計算云平臺的網站鏈接。當前該平臺本身的量子計算后端僅有量子計算模擬器。33 https:/ https:/ https:/ 36 https:/ 量子計算系列報告 15 9、Xanadu 2020 年 9 月，Xanadu 推出了全球首個基于光量子計算的云平臺，宣布提供三款光量子計算機，分別為 8 模式、12 模式和 24 模式。Xanadu 希望量子云能夠讓企業、開發者和研究人員為金融、量子化學、機器學習和圖像分析等領域的問題建立新的解決方案。此外，Xanadu 發布了用于光

47、量子計算的開源全棧量子軟件平臺 Strawberry Fields，這是一個基于 TensorFlow 的框架，將機器學習的最新進展與量子計算進行了結合。Strawberry Fields 允許對光量子算法進行編程，并通過 Xanadu 量子云平臺在硬件上執行或模擬光量子算法。與基于其他量子比特的系統相比，光量子程序使用不同的邏輯門組合，并具有不同的近期商業應用。Strawberry Fields 支持最多 10 光量子比特的計算37，有 Fock、Gaussian 和 Fock（Tensorflow）三種模擬器后端可選?？梢愿鶕枰砑?Fock 狀態、量子矢量圖、Wigner 函數和Pyt

48、hon 代碼四種輸出。圖 6 Strawberry Fields 操作頁面 來源：Xanadu38 37 Xanadu 發布之日宣稱 Strawberry Fields 接入了 8 量子比特和 12 量子比特芯片，但目前網站免費可使用的量子比特數目最多為 10 量子比特。38 https:/strawberryfields.ai/interactive/量子計算系列報告 16 二、國內量子二、國內量子計算計算云平臺云平臺 1、中科院量子信息與量子科技創新研究院中科院量子信息與量子科技創新研究院 2017 年 10 月，阿里云和中科院聯合發布量子計算云平臺。2018 年 2 月，中科院量子信息與

49、量子科技創新研究院與阿里云共同發布 11比特的云接入超導量子計算服務，這是繼 IBM 后全球第二家向公眾提供 10 比特以上量子計算云服務的系統39。2021 年 4 月，量子計算云平臺進行了系統切換，量子創新研究院聯合濟南量子技術研究院和科大國盾等對網站頁面和功能進行了重新設計，超導量子計算原型機升級至 12 比特40。圖 7 中科院量子計算云平臺用戶操作界面 來源：中科院量子計算云平臺41 2、本源量子本源量子 2017 年 10 月，本源量子聯合中科院量子信息重點實驗室推出“本源量子計算云平臺”，公眾通過互聯網遠程登錄，可使用我國自主研發的 2 量子比特半導 39 http:/ 40 h

50、ttp:/ 41 https:/ 量子計算系列報告 17 體芯片以及最大支持 30 量子比特的量子模擬器來實現應用。同時，本源量子還推出了全球首款半導體量子芯片編程語言“量子音符”（QRunes）。量子云是以量子計算為核心的云服務兼具科普、教學、編程等多重功能，用戶只需免費注冊登錄即可使用。2018 年 4 月，“本源量子計算云平臺”推出 64 量子比特的量子計算模擬器付費體驗，已注冊用戶可選擇付費體驗 42/56/64 量子比特量子計算模擬器。2020 年 9 月，本源完全自主開發的超導量子計算云平臺正式向全球用戶開放，該平臺提供對本源量子自主研發的超導量子計算機本源悟源（搭載 6 比特超導

51、量子處理器夸父 KF C6-130）的訪問。2020 年 12 月，本源量子提出量子計算“五朵云”戰略，面向全網用戶提供“學習訓練交流服務應用”全流程的量子計算服務平臺本源量子云Beta 3.0。圖 8 本源量子云平臺用戶操作界面 來源：本源量子云42 3、華為華為 2018 年 10 月，華為在 HUAWEI CONNECT 2018 大會上，首次發布其量子計算模擬器 HiQ 云服務平臺，搭載量子線路模擬器和基于模擬器開發的量子編 42 https:/ 量子計算系列報告 18 程框架，基于華為云的超強算力，HiQ 可模擬全振幅 42 量子比特以上，單振幅81 量子比特以上，對于低深度電路的單

52、振幅可模擬 169 量子比特43。2019 年 9 月，HUAWEI CONNECT 2019 大會上發布了華為量子云服務解決方案 HiQ 2.0，相較于此前發布的 HiQ 1.0，HiQ 2.0 推出了業界首個一站式量子化學應用云服務及對應的軟件包 HiQ Fermion，新增云端脈沖優化設計服務及對應的 HiQ Pulse 軟件包，并大幅提升了量子計算模擬器的性能，拓展了量子計算編程框架的多個功能44。2020 年 9 月，華為量子團隊在 HUAWEI CONNECT 2020 大會上發布了 HiQ 3.0 量子計算模擬器及開發者工具，新增兩個核心模塊：量子組合優化求解器 HiQ Opti

53、mizer和張量網絡計算加速器HiQ Tensor，同時升級HiQ Circuit、HiQ Fermion、HiQ Pulse 等多個模塊，使得 HiQ 系統功能更完善、性能更優越，可適配更多應用場景45。4、阿里巴巴達摩院量子實驗室阿里巴巴達摩院量子實驗室 2020年12月，阿里巴巴達摩院量子實驗室發布阿里云量子開發平臺（Alibaba Cloud Quantum Development Platform，ACQDP），并公開量子計算模擬器“太章2.0”代碼及一系列量子應用案例。46ACQDP 是一個可用于量子算法和量子計算機的開源仿真器驅動的開發工具平臺。ACQDP 未來的發展方向如下：根

54、據目標電路的規模，加強模擬器的能力，并允許近似；提高應用能力，擴大應用范圍；為教育和研究社區開發友好的用戶界面；添加方便在各種計算環境中部署的實用工具。47 5、百度百度 43 https:/ 44 https:/ 45 https:/ 46 http:/ 47 https:/ 量子計算系列報告 19 2018 年 3 月，百度成立量子計算研究所，致力于廣泛開展量子技術儲備、量子人才培養以及新量子業務探索，主要聚焦于量子軟件和信息技術應用研究，重點進行量子人工智能（Quantum AI），量子算法（Quantum algorithm）和量子架構（Quantum architecture）的研發

55、，合稱為 QAAA 規劃。目前已經初步建成由量脈（Quanlse）48、量槳49（Paddle Quantum）以及量易伏（Quantum Leaf）三大項目為主體的百度量子平臺，旨在提供全面的 QaaS50。2020 年 9 月，在“萬物智能百度世界 2020”大會上，量易伏壓軸登場。51量易伏是國內首個云原生量子計算平臺，提供 QaaS 模式的量子計算環境。量易伏為用戶提供了四種方式進行量子計算實驗，其中 QComput 支持本地運行和連接在線資源運行，PyOnline、QComposer 和 YunOnline 則需要登錄 Quantum-hub 在線運行。圖 9 百度量易伏用戶操作界面

56、 來源：量易伏52 48 量脈：是連接量子軟硬件的橋梁，基于量脈開源的軟件開發工具包，可以自動、高效地實現對量子電路進行脈沖層面的控制 49 量槳：是連接量子計算和 AI 的橋梁，基于百度飛槳深度學習平臺，支持量子神經網絡的搭建與訓練，提供易用的量子機器學習開發套件與量子優化、量子化學等前言量子應用工具集 50 https:/ https:/ 52 https:/quantum- 量子計算系列報告 20 圖 10 百度量易伏架構 來源：量易伏53 6、量旋科技量旋科技 深圳量旋科技有限公司（SpinQ，以下簡稱“量旋科技”）與深圳量子科學與工程研究院、南方科技大學物理系合作，在 2018 年

57、11 月聯合發布了世界上首臺開放控制層的核磁共振云平臺 PCloudQ 平臺（簡稱 PCQ），具有四個量子比特，不但具有當前世界上大多數主流量子云平臺所提供的功能，還是國際上首個開放控制層的云平臺。除了提供給用戶基本的量子門，包括任意角度的單比特旋轉和兩比特控制非門（CNOT）、交換門（SWAP）等以外，PCQ 還開放了底層控制層，即允許用戶自主設計量子控制脈沖形狀。平臺提供了預先配置的編譯環境，即可以滿足業余愛好者初步體驗量子計算，又可以滿足專業科研人員演示量子算法和探索量子現象的需求54。2020 年 10 月，在 CT2020中國高層論壇之量子計算論壇上，量旋科技發布了新一代通用量子計算

58、云平臺“金牛座”。該云平臺可鏈接多種量子計算物理體系，其搭載的超導核磁共振體系可以實現多達 6 量子比特的量子計算，能極大滿足科研工作者的設計需求；同時還搭載有 2 量子比特的桌面型核磁共振量子計 53 https:/quantum- https:/ 量子計算系列報告 21 算機（雙子座），可為量子計算領域的興趣愛好者提供充足的機時。55。圖 11 量旋科技“金牛座”云平臺用戶操作界面 來源：量旋科技云平臺56 7、北京量子院北京量子院 北京量子信息科學研究院（以下簡稱“北京量子院”）子云平臺旨在推動實用量子算法和量子模擬的發展，促進量子計算技術走向成熟。2021 年 5 月，北京量子院量子計

59、算研究部第一代超導量子計算云平臺正式上線，對大眾全面開放57。該云平臺的特點如下：提供 8 個近鄰耦合的可調頻率量子比特；采用簡潔直觀的圖形化界面，用戶可自由組合量子門并返回各量子比特投影測量結果；提供QASM 代碼和實時的模擬結果，讓用戶能夠更直觀了解量子電路的預期運行結果。55 https:/ 56 https:/ 57 https:/ 量子計算系列報告 22 圖 12 北京量子院云平臺用戶操作界面 來源：北京量子院58 8、中中國國科科學學院物理研究所院物理研究所 2021 年 5 月，中科院物理研究所的超導量子計算云平臺 ScQ.Cloud 正式上線59。該云平臺免費對公眾開放，用戶可

60、訪問 10 量子比特的量子處理器。ScQ.Cloud 提供了一個超導處理器集群，分別集成了 10 個和 30 個量子比特。該平臺還提供了一個基于名為 QtVM 的計算機服務器的模擬器，它可以運行多達34 個量子比特的量子計算。量子匯編語言 QASM 可以應用于 ScQ.Cloud60。ScQ.Cloud 還與公司合作，提供定制科研和教學服務。58 https:/ 59 https:/ 60 http:/ 23 圖 13 ScQ.Cloud 用戶操作界面 來源：ScQ.Cloud61 9、昆峰量子昆峰量子 2019 年 9 月，上海昆峰量子科技有限公司（以下簡稱“昆峰量子”）發布了昆岡量子計算（

61、模擬）云平臺 1.0 版本。2020 年 9 月，昆岡量子計算（模擬）云平臺 2.0 版本正式對外提供服務。此版本新增對經典量子混合式編程的支持，包括遠程調用接口 API 與基于網頁的集成開發環境 IDE。此外，在模擬性能、易用性、可靠性等多個方面均比之前的1.0 版本有著顯著提升。昆岡 2.0 版本支持 40 量子比特的量子電路模擬，現對外免費開放 36 量子比特的模擬能力；一體化集成的經典量子混合編程框架，向量子研發人員提供相對友好的交互界面；云原生的工程架構，擁有高可靠性、高可擴展性，可以根據需要支持不同級別的備份及容災62。2021 年 6 月，昆昇量子設計服務云平臺（QDAP）Alp

62、ha 版正式發布上線。61 http:/ 62 https:/ 量子計算系列報告 24 它是全世界第一家“云原生”面向量子芯片設計自動化（QDA）的平臺，旨在為量子計算和量子器件領域的從業人員提供即開即用、基于云端的量子芯片設計服務63。昆昇目前僅供邀請客戶使用，體驗使用需申請后獲批即可。圖 14 昆峰量子模擬云平臺 來源：昆峰量子64 IBM 是最早發布商業化量子云平臺的公司，而且隨后不斷進行升級和拓展功能。中國公司在量子云平臺和模擬器的建設也緊跟國際步伐，有至少 9 家公司/科研機構提供量子云平臺/模擬器。下表匯總了量子云平臺/模擬器首次發布時間：表 2 量子云平臺/模擬器首次發布時間 序

63、號序號 時間時間 機構機構 云平臺云平臺/模擬器模擬器 1 2013.09 布里斯托大學量子光子學中心 Qcloud 量子模擬器65 2 2016.05 IBM IBM Quantum Expeirence 3 2017.10 中科院量子信息與量子科技創新研究院 量子計算云平臺 4 2017.10 本源量子 本源量子計算云平臺 5 2017.10 清華大學 NMRCloudQ 6 2018.07 谷歌 Criq（開源框架）7 2018.09 Rigetti Quantum Cloud Service 8 2018.09 QuTech Quantum Inspire 9 2018.10 D-Wa

64、ve Leap 10 2018.10 華為 HiQ 11 2018.11 量旋科技 PCloudQ 12 2019.09 昆峰量子 昆岡量子模擬云平臺 13 2019.11 微軟 Azure Quantum 63 https:/ 64 https:/ 65 http:/www.bris.ac.uk/news/2013/9720.html 量子計算系列報告 25 14 2019.12 亞馬遜 Braket 15 2020.04 AQT SCCE66 16 2020.09 Xanadu Xanadu Quantum Cloud 17 2020.09 百度 量易伏 18 2020.12 阿里巴巴達摩

65、院量子實驗室 阿里云量子開發平臺、太章 2.0 19 2021.02 Strangeworks Q67 20 2021.03 Sandia 實驗室 QSCOUT68 21 2021.05 北京量子院 超導量子計算云平臺 22 2021.05 中科院物理所 ScQ.Cloud 來源：光子盒研究院 66 https:/www.aqt.eu/hqs/67 目前僅開放模擬器，硬件尚未開放。https:/ 68 https:/www.sandia.gov/quantum/Projects/QSCOUT.html 量子計算系列報告 26 第四章 量子計算云平臺的對比 目前全球約有 20 余家公司/大學/科

66、研機構開發了量子計算云平臺，各家量子云平臺提供的服務、配置以及價格和計費方式等不完全相同。下面從平臺的配置和價格兩方面進行簡要介紹。一一、量子、量子計算計算云平臺云平臺配置對比配置對比 以下選擇了 4 個量子云平臺，它們都提供免費的服務，以下將從其基本信息、配置、功編程、實時以及結果這五個角度進行對比。表 3 國內外量子云平臺比較 基基本本 信信息息 云平臺名稱云平臺名稱 本源量子云平臺本源量子云平臺 量子計算云平臺量子計算云平臺 IBM Quantum Composer&Lab Quantum Inspire 開發方開發方 合肥本源量子計算 中國科學院量子信息與量子科技創新研究院 美國 IB

67、M 荷蘭 Qutech 配配置置 是否可是否可免費免費訪訪問問 是 是1 是 是 量子比特量子比特數數2 6 12 5、13 5、2 最大最大模擬次數模擬次數 10,000 20,000 8,192 16,384 是否具有量子是否具有量子計算模擬器計算模擬器后后端端4 是 否 是 是 編編程程 是否具有是否具有量子量子語言編程功能語言編程功能 是 否 是 是 是否具有量子是否具有量子可視化可視化編程編程功功能能 是 是 是 否 可視化編程具可視化編程具有的量子門有的量子門數數量量 22 16 26 可自定義添加 0 實實時時 是否是否實時顯示實時顯示當前當前量子電路量子電路 是 是 是 是 是

68、否實時顯示是否實時顯示 當前當前量子態量子態 預期投影概率 預期密度矩陣 預期振幅5 否 q-sphere6 phase disk 狀態向量圖 概率分布圖 否 結結果果 是否是否顯示量子顯示量子態概率分布態概率分布 是 是7 是 是 結果是否包括結果是否包括其他內容其他內容 有8 無 無 無 1 每個用戶初始具有 200 積分，每次實驗（不超過 12bit）消耗一個積分，優秀實驗可獎勵積分；2 真實量子計算后端的量子比特數；3 當前免費版本可選取的真實量子計算后端僅包括 1 qubit 和 5 qubits 兩種規模，IBM Services 網站上還包括 7、16、27、65qubits 多

69、種后端；4 指具有 30qubits 以上的全振幅輸出量子計算模擬器；黑量子計算云平臺的對比 量子計算系列報告 27 5 可顯示范圍為 7、4、7 qubits 以內；6 可顯示范圍為 15、6、8、5 qubits 以內；7 只顯示頻度最高 12 種狀態分布；8 結果報告包括芯片拓撲結構、保真度、量子層析、量子匯編語言。來源：光子盒研究院 從各家云平臺配置的可免費訪問量子比特數目來看，量子創新研究院量子云平臺以 12 量子比特大幅領先另外 3 家云平臺，但 4 家云平臺中只有量子創新研究院量子云平臺沒有配有高量子比特數的量子計算模擬器。從操作界面可視化方面來看，IBM 的云平臺和本源量子云平

70、臺均同時具有量子語言編程和可視化兩種編程途徑，而且可選的量子操作指令也比較全面，明顯優于量子創新研究院量子云平臺和 Quantum Inspire。從實驗結果顯示方面來看，除本源量子具有芯片拓撲結構、保真度、量子層析、量子匯編語言內容外，其他量子云平臺均只包括量子態概率分布，內容比較單一。整體來看，IBM 的云平臺和本源量子云平臺目前處于量子云平臺產業中的領先地位。對于本源量子云平臺而言，可以多專注于硬件技術方面的研發以擴充自身后端的量子比特數目，進一步優化自身服務；對于中科院量子計算云平臺而言，除了繼續保持自身在量子計算硬件方面的優勢，也要通過在可視化模塊及量子模擬計算方面來努力優化用戶服務

71、；而 Qutech 除了要在自身芯片研發上繼續鉆研，對于云平臺的服務優化也是其下一步努力的方向。二、量子二、量子計算計算云平臺云平臺價格價格對比對比 目前量子云平臺的服務分為免費和付費兩種，而付費服務則根據計費方式的不同，一般分為即用即付和按操作定價兩種。1、免費服務、免費服務 大部分的量子云平臺目前都提供免費的接入，例如 IBM 的 Open Access 和量子創新研究院的量子云平臺。但一般而言，部分平臺的免費服務可能會有次數或時長限制，以及免費服務內所具有的量子算力和量子計算模擬器模擬的量子比量子計算系列報告 28 特數量較付費而言較少。更適合有滿足量子計算興趣、具有量子教學的需求以及量

72、子計算初學者這些用戶選擇。部分量子計算云平臺會同時提供免費服務和更高性能的付費服務。2、即用即付、即用即付 即用即付指的是按時間計費。由于目前量子計算云平臺的定價政策尚未成熟，根據量子處理器的使用時間的定價是目前占主導地位的定價策略，并且被用戶廣泛接受?；跁r間消耗的定價服務對客戶來說更有利用控制自己的整體量子計算費用。以下為部分采用即用即付定價策略的量子云平臺。表 4 本源量子云平臺量子計算模擬器價目表 任務種類任務種類 收費標準收費標準 42 量子比特 基本費用 100 元，100 元/小時 56 量子比特 基本費用 200 元，100 元/小時 64 量子比特 基本費用 3,000 元，

73、50,000 元/天 來源：本源量子云69 表 5 微軟 Azure Quantum 價目表 SKU 每月配額每月配額 求解器求解器 性能性能 價格（按秒計費）價格（按秒計費）學習和開發學習和開發 1/20 計算小時（默認/最大）模擬退火 模擬退火（無參數）平行回火 平行回火（無參數）量子蒙特卡羅 Tabu 搜索 最多 5 個并發作業 0-1 小時：免費 1-20 小時：$10/小時 FPGA 模擬退火 最多 2 個并發作業 0-1 小時：免費 大規模性能大規模性能 1,000 計算小時（默認）50,000 計算小時（最大）模擬退火 模擬退火（無參數）平行回火 平行回火（無參數）量子蒙特卡羅

74、Tabu 搜索 最多 100 個并發作業 0-1 小時：免費 1-100 小時：$90/小時 100-500 小時：$80/小時 500-1000 小時：$70/小時 1000 小時：$50/小時 FPGA 模擬退火 最多 10 個并發作業 0-1 小時：免費 1-100 小時：$900/小時 100-500 小時：$800/小時 500-1000 小時：$700/小時 1000 小時：$500/小時 來源：Microsoft Azure70 表 6 Amazon Braket 云平臺量子電路模擬器價目表 量子電路模擬器名稱量子電路模擬器名稱 類型類型 作用作用 模擬量子比特數模擬量子比特數

75、價格價格 69 http:/ 70 https:/ 量子計算系列報告 29 本地模擬器 通用量子電路模擬器 在高性能托管模擬器和量子計算機上運行電路之前，可使用本地模擬器進行快速原型設計、調試或測試 25 個無噪聲量子比特或 12 個有噪聲量子比特 免費 Amazon Braket SV1 完全托管的量子電路狀態向量模擬器 使用本地模擬器在 Amazon Braket SDK 中設計量子算法后，使用SV1 并行處理大規模測試算法以運行大量模擬 34$0.075/分鐘（第 1 小時免費）Amazon Braket DM1 完全托管的高性能模擬器 模擬噪聲對電路的影響 17$0.075/分鐘（第

76、1 小時免費）Amazon Braket TN1 完全托管的高性能張量網絡模擬器 針對某些類型的量子電路進行更大規模的模擬 50$0.275/分鐘（第 1 小時免費）來源：aws71 3、按操作定價按操作定價 按操作定價是指根據基于某一確定后端的操作次數收費的定價策略。該策略適合對于量子計算性能有所需求但需求量較少的用戶，如Amazon Braket云平臺。表 7 Amazon Braket 量子計算云平臺量子計算機價目表 硬件提供方硬件提供方 QPU 家家族族 量子比特數量子比特數 每個任務的價格每個任務的價格72 每次每次 shot73的價格的價格 D-Wave 2000Q 2000$0.

77、30000$0.00019 D-Wave Advantage 5000$0.30000$0.00019 IonQ IonQ device 32$0.30000$0.01000 Rigetti Aspen-9 31$0.30000$0.00035 來源：aws74 在未來，隨著量子計算日趨成熟，各平臺將會提供更為豐富的定價策略，供用戶根據自身需求選擇。71 https:/ 任務（task）是基于相同電路設計或退火問題的一系列重復試驗。當把任務提交給 Amazon Braket 時，用戶可以定義希望在一個任務中包含多少 shot（在 QPU 上單次執行量子算法）。每個任務的定價（per-task

78、pricing）在所有 QPU 中都是相同的。73 一個 shot 是指量子算法在 QPU 上的一次執行。例如，一個 shot 是通過 IonQ 或 Rigetti 的基于門的 QPU上的完整量子電路的每個階段的單次傳遞。當您使用 D-Wave 量子退火器時，一個 shot 是指獲得量子退火問題的結果樣本。每次 shot 的價格（per-shot pricing）取決于所使用的 QPU 類型。每次 shot 的價格不受量子電路中使用的門的數量或類型或量子退火問題中使用的變量數量的影響。74 https:/ 30 第五章 量子計算云平臺發展前景 一一、量子、量子計算計算云平臺云平臺未來發展方向未

79、來發展方向 “云計算+量子計算=量子計算云平臺”，這一有機結合一定程度上解決了當前量子計算機資源緊張的問題，擴大了量子計算的覆蓋范圍，同時，也將推動量子算法與量子軟件的開發進程。未來幾年，隨著量子計算業務的增長，一些重要的因素將有可能為量子云帶來新的發展機會：服務類型的轉換：服務類型的轉換：隨著量子基礎技術的突破，在未來，應用覆蓋范圍的擴大和應用程度的深化勢必會促進一部分 Q-SaaS 云平臺用戶隨著對于量子計算技術和量子編程的了解深入而逐漸轉化為 Q-PaaS 和 Q-IaaS 云平臺用戶。這一發展趨勢在當今云計算市場規模的變化中也能略見一二。量子計算云平臺：量子計算云平臺：后端（量子計算機

80、硬件）有設定的操作序列并按順序執行計算任務，用戶發送任務至云端后，機器往往不是可以立即運行，非計算因素導致的延時同樣也會影響實驗進程。對此，一些供應商已經實現了預定功能，用戶可以通過預定后端時間來解決任務的等待時間較長這一問題。在用戶體驗方面，供應商還有待進一步提高服務能力。量子計算模擬器：量子計算模擬器：在 NISQ 時代，量子計算模擬器在量子算法和量子軟件開發登方面是當下性價比極高的選擇。但到糾錯量子計算機時代，量子計算機模擬器的效用可能會降低，或是尋求新的發展。安全問題：安全問題：由于量子云平臺是線上平臺，不可避免地存在著對數據安全性的挑戰。量子計算技術正處在發展的初期，對量子云平臺如何

81、防止黑客攻擊、如何保證數據安全等相關方面的研究還有待深入。云加密的漏洞日益增加，除了技術層面需要不斷提升，在政策和立法支持方面也需要同步推進。向量子互聯網過渡：向量子互聯網過渡：目前的量子云是通過經典云訪問的，但隨著量子技術進一步發展，量子互聯網有望擴大其覆蓋范圍，如何將現在的經典云訪問融合到傳輸量子比特的量子互聯網中，是下一步需要考慮的問題。整體來看，量子云平臺在未來很長的一段時間都是量子計算領域不可或缺的黑量子計算云平臺發展前景 量子計算系列報告 31 一部分，并且為量子計算產業的商業化貢獻活力。當下首要的任務是繼續優化量子云平臺產品和服務，以提供量子基礎設施或者差異性軟件開發等服務形式擴

82、大自身市場份額，為迎接將要到來的量子計算時代做好準備。二二、量子、量子計算計算云平臺云平臺市場規模預測市場規模預測 根據當前量子計算公司發布的研發計劃和實際進展，預計到 2030 年左右量子計算芯片已基本達到商業應用的性能標準。此外，隨著量子云計算技術逐漸成熟，量子計算云平臺的服務價格有可能隨著技術進步和用戶激增而在未來幾年開始降價的策略，這對大型最終用戶來說變得更加實惠，同時較低的門檻也會有更多的用戶加入進來。在此背景下，光子盒根據當前全球云計算市場規模，結合量子計算云平臺發展進程和業務占比，預測量子云平臺及其細分市場規模。2030 年的量子計算云平臺的全球市場規模約為 13.6 億美元，年復合增長率約為 46.62%（2020-2030 年）。其中 Q-SaaS 占比逐年緩慢下降，Q-PaaS 占比逐年提高，Q-IaaS 占比基本維持不變。圖 15 量子云平臺市場規模 單位：億美元 來源：光子盒研究院，2021.08.23 0.002.004.006.008.0010.0012.0014.0020202021E2022E2023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030EQ-SaaSQ-PaaSQ-IaaS