2024量子計算發(fā)展態(tài)勢研究報告

(2024一、全球持續(xù)深化量子計算布局，正進入快速發(fā)展 （一）量子計算有望帶來顛覆變革，成國際競逐焦 （二）技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)活躍，漸成為前沿科學研究熱 （三）企業(yè)數(shù)量增速回落明顯，投融資市場有望回 二、量子計算技術(shù)研究有序推進，依舊面臨多重挑 （一）多技術(shù)路線競相爭鳴，短期難以形成方案聚 （二）量子糾錯研究不斷深入，實用化差距依舊明 （三）量子計算軟件持續(xù)多元發(fā)展，成熟度有待提 （四）支撐保障系統(tǒng)愈加重要，指標亟待進一步提 三、量子計算應用探索持續(xù)發(fā)力，實用落地有待突 （一）多領(lǐng)域應用探索并進，實用落地仍需加速突 （二）量子計算云平提供者漸多，功能普遍待強 （三）基準測評研究正在穩(wěn)步推進，成果與挑戰(zhàn)并 （四）量子-經(jīng)典融成焦點，技術(shù)體系架構(gòu)至關(guān)重 四、量子計算產(chǎn)業(yè)培育多方并舉，生態(tài)系統(tǒng)逐步興 （一）產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步形成，關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)展仍有待推 （二）企業(yè)進入發(fā)展活躍期，不斷推動產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā) （三）聯(lián)盟促進生態(tài)培育，公共設(shè)施助力產(chǎn)學研 （四）標準化已成為國內(nèi)外布局熱點，發(fā)展進程加 五、總結(jié)與建 圖1全球量子計算科研論文和專利數(shù)量年度變化趨 圖2全球量子計算科研論文數(shù)量前十位國家情 圖3量子計算不同技術(shù)路線全球發(fā)文情 圖4全球量子計算專利主要來源國家情 圖5量子計算不同技術(shù)路線全球?qū)＠?圖6全球量子計算企業(yè)數(shù)量年度變化趨 圖7全球量子計算不同技術(shù)路線硬件系統(tǒng)研制企業(yè)分布情 圖8全球量子計算企業(yè)投融資事件與金額變化趨 圖92023年量子計算產(chǎn)業(yè)投融資筆數(shù)類型分 圖10量子計算主要硬件技術(shù)路線關(guān)鍵指標對比概 圖11量子計算軟件體系架構(gòu) 圖12量子計算應用場景分 圖13國內(nèi)外典型量子計算云平概 圖14量子計算測評基準體系框 圖15量子-經(jīng)典融計算技術(shù)體系架 圖16量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)概 圖17美、中、英量子計算產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力對 圖18全球代表性量子信息產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟概 表1全球主要國家量子信息領(lǐng)域戰(zhàn)略規(guī)劃和投資情 表2代表性量子計算公共設(shè)施平概 量子計算發(fā)展態(tài)勢研究報告（2024量子計算發(fā)展態(tài)勢研究報告（2024年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(xiàn)信息處理的一種計算方案，具有經(jīng)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(shù)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(xiàn)跨越式發(fā)展，有望顛覆和重塑傳統(tǒng)技術(shù)體系對于信息處理和30余個國家開展了以量子計算為重點1所示。國際競爭日趨激烈，國均加大量子計算領(lǐng)域投入并爭奪領(lǐng)先地位，這種競爭將會持續(xù)并對界科技發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。11012.151.2億/1011512.7537.387.177.453.355.319.6521.7國家量子計算平1.8541.53億/2.71031.86.451203517.920307.20.24國家量子倡議法（二期20249.6852.19技術(shù)委員會發(fā)布《NQI2024年年報》1，報告表明美國在量子信息領(lǐng)14億美元。歐洲國家自上紀九十年代開始關(guān)注并持續(xù)支持量子計算發(fā)展。近年來，歐洲國家布局并出了一系列量子信息相關(guān)戰(zhàn)略和專項計劃，目標是在全球量子科技競爭中贏得主動。04年，歐盟發(fā)布新版量子旗艦計劃《戰(zhàn)略研究和產(chǎn)業(yè)議程》2，在量子計算等四大領(lǐng)域分別07年）00年）礎(chǔ)科研、促進產(chǎn)業(yè)化以及加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方式，使歐洲在量子技2024年《政府工作報告》中提到在積極培育新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)領(lǐng)創(chuàng)建一批未來產(chǎn)業(yè)先導區(qū)3“十四五”科技與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，針對量子計算基礎(chǔ)科研、應用探索和產(chǎn)業(yè)培育等方面提出規(guī)劃部署，采取措施主要聚焦在量熱點，近年全球量子計算科研論文發(fā)表數(shù)量和專利數(shù)量如圖1所示。13420247月底之前，2023-2024全球量子計算論文發(fā)表量104倍左右，這2013年至2023年期間，全球量子計算發(fā)明專利申請量共計154375417件。從申請趨勢看，2013速發(fā)展階段，年度申請量呈現(xiàn)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(quán)趨勢看，2013年起呈量子計算論文數(shù)量前十位國家的統(tǒng)計情況如圖2所示，可反映國量子計算科研產(chǎn)出和影響力。從發(fā)文量看，美國和中國占據(jù)前兩位30篇和83國在量子計算科研方面的活躍度和領(lǐng)先地位。德國、英國和日本緊154121勁的研究活躍度。根據(jù)篇均被引頻次（即平均每篇的被引頻次）分13819次，這表明我國高水平論2術(shù)方向的科研論文數(shù)量統(tǒng)計如圖3所示，可反映量子計算不同細分領(lǐng)3量子計算專利申請的主要來源國家情況如圖4所示，可反映主家為中國和美國39%28%，此外，日本、歐洲、韓國等國家/5%、3%、2%占比的專利申請量。這反映了上述4量子計算不同技術(shù)路線的全球?qū)＠麛?shù)量對比情況如圖593803976件。從專利申請總量和授權(quán)總量兩方面均可看出，超導路線56供應鏈企業(yè)和行業(yè)應用企業(yè)等，其中初創(chuàng)企業(yè)為234家（2013-2023年成立且當前處于運營中的企業(yè)。從增長趨勢看，2016年之前，量子計算企業(yè)數(shù)量增長緩慢，2016年開始迅速增長，2018年達到峰值，新42家。2018-202130余家的高位，202226家，2023年新增企9家，2024171家。從不同國家看93623624家。綜上所述，過去十余年間，量子計算企業(yè)數(shù)量已6全球量子計算不同技術(shù)路線硬件系統(tǒng)研制企業(yè)分布情況如圖所示。從全球整體情況看60余家量子計算機硬件系統(tǒng)研制企13、12、11家，811%。7全球量子計算企業(yè)投融資事件與金額變化趨勢如820172023100筆。202220美元，202314202412億美元。近兩年量子計算產(chǎn)業(yè)投融資82023143筆已披露的投融資事件中，依舊以風險投資為主，911360%，如9所示。341.2億美元。A輪和B1913筆，金額約為8.7億美元和3.4億美元，投資方中全球大電信運營商的Grant（資助激勵）類型筆367400萬美元，投資方以政府機構(gòu)、軍方為主，DARPA、NSF、DOEInnovateUK等。整體來看，量92023表的人造粒子路線，另一類是以離子阱路線、中性原子路線、光量得新成果，2023年年底，IBM1121量子比特超導量子處理器Condor133Heron5。2024年，中科院504比特超導量子計算芯片“驍鴻”6。北京量子院聯(lián)團隊實現(xiàn)五塊百比特規(guī)模量子芯片和經(jīng)典計算資源融，總量子比特數(shù)達6590772位超導量子比特芯片“悟空芯”8?；诔瑢肪€的科研成果層出不窮，深圳量子院聯(lián)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。TerraQuantumFlowermon型超導量子比特10。清華大學聯(lián)團隊在超導量子處理器上模擬斐接近理論的黃金分割率1.61811。總體而言，超導量子計算路線在比研究不斷深入。2023年底，清華大學聯(lián)團隊利用離子阱系統(tǒng)展示了多種量子誤差緩解技術(shù)對復雜量子線路進行誤差消除的能力12。2024年，QuantinuumModelH1中單/雙量子比特邏輯56位量子比特離子阱原型機ModelH2-1，單/7891013https:///news/quantinuum-extends-its-significant-lead-in-quantum-computing-achieving-h維陣列的穩(wěn)定囚禁冷卻以及300離子量子比特的量子模擬計算15。OxfordIonics將離子阱技術(shù)與硅芯片技術(shù)相結(jié)，推出具有更優(yōu)擴展性和更低噪聲特性的新型電子量子比特控制技術(shù)16。離子阱量子計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(yè)20241600個量子比特原型機光量子技術(shù)路線17算和專用光量子計算兩類。2024550量子比特相干光量子相干伊辛機“550W”21。荷蘭QuiXQuantum在GHZ22，驗證了基于集成光子技術(shù)有組優(yōu)化等專用實用化問題中展示優(yōu)勢。硅半導體技術(shù)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(xiàn)量子比特操控和耦，優(yōu)勢體現(xiàn)在與成熟S24ItelS發(fā)硅半導體量子計算芯片新型制造與測試工藝，基于該技術(shù)制造的999%23所基于硅量子點中兩個電子自旋之間發(fā)生的自旋封鎖現(xiàn)象，實現(xiàn)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(guī)模擴展性和操控精度等指標的突。2122https:///news/quix-quantum-technology-unlocks-key-to-scaling-photonic-quantum-comp24https://q-10展示了五種主流技術(shù)路線關(guān)鍵指標的對比情況，1025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的物理基礎(chǔ)，研究持續(xù)深入并取得諸多新進展。2024年，Alice&Bob公司聯(lián)團隊提出基于玻色子貓態(tài)量子比特和量子低1500100個高可靠性的邏輯量子比特（錯誤率<10?8）26。清華大學聯(lián)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(xiàn)糾纏保護，使糾纏邏輯量子比特的相干時間提高了5，并首次在實驗上利用邏輯量子比特證明貝爾不等式27。IM提出基于量子低密度奇偶校驗碼的糾錯方案，方案實現(xiàn)了07誤差閾值，當假01812個邏輯量比特28。annum聯(lián)團利用30物理比特構(gòu)建41058×10300倍29。噪聲的量子系統(tǒng)操控，搭建切實用化需求的量子糾錯方案評價體系2629量子計算軟件為開發(fā)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(fā)展階段。量子計算軟件作為一種結(jié)構(gòu)化的工具集，需依據(jù)量子計算原理進行開發(fā)設(shè)計，為不同技術(shù)路線提供A1所示。其中應用軟件匹配不同行業(yè)訴求并進行需求映射，編譯軟件是實現(xiàn)軟件開發(fā)功能的基礎(chǔ)，測控軟件為量子計算機正常高效運行提供支撐保障，A軟件則是提升量子計算硬件研發(fā)與制造工程化水平的關(guān)鍵，不同量子計算軟件的功能具特色，在用戶使用過程中司11程序并獲得執(zhí)行結(jié)果。2024年，Quantinuum發(fā)布量子自然語言處理軟件“l(fā)ambeq”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“HQSNoiseApp”31AzureQuantumElements軟件推出生成化學和密度泛函理論加速兩項新功能，助力用戶開展化學和材料科學研究32。未來應用開發(fā)軟件需要擴展應用同時提供成套的語法規(guī)則用以協(xié)調(diào)和約束編譯操作。2023年底，英偉達發(fā)布量子電路模擬軟件cuQuantum23.10版本，更新API功能并提GraceHopper33。2024年，IBM推出更新版Qiskit軟件，提升了量子硬件電路優(yōu)化速度和存儲資源占用量等性能34。Intel1.135。QuantumCircuits推出集成式量子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3036/quantum-circuits-量結(jié)果反饋以及芯片校準等功能。2024Q-CTRL的BoulderOpal硬件優(yōu)化和自動化功能集成到其量子控制系統(tǒng)中，以提供更優(yōu)的量子處理器表征和優(yōu)化功能37。QuantrolOx發(fā)布量子比特自動化控制軟件平QuantumEdge，支持量子芯片監(jiān)控、工作流程自動化和數(shù)據(jù)可視化38。測控軟件面臨的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在量子糾錯支EDA軟件可提供量子計算芯片的芯片設(shè)計、優(yōu)化布局、仿真驗證、制造測試等功能。2024年，是德科技推出面向超導量子處理器設(shè)計的EDA仿真工具QuantumPro，可實現(xiàn)電路原理圖設(shè)計、布局構(gòu)建、電磁分析、非線性電路仿真和量子參數(shù)提取等功能39。EDA軟能異，但在技術(shù)成熟度、穩(wěn)定性和用戶體驗等方面均遠不及經(jīng)典38/quantum-39https:///cn/zh/about/newsroom/news-releases/2024/0227-pr24-036-keysight-introduces-qu環(huán)境設(shè)備是保障量子計算機穩(wěn)定運行的必要支撐部分和基礎(chǔ)設(shè)施，主要包括超大功率稀釋制冷機、M脈管制冷機、超高真空腔24BueosD40。近年來我國在稀釋制冷機等設(shè)備方面也取得頗多成果，國盾量子ez-frige稀釋制冷機完成交付測試41，本源量子推出自研的本源1042設(shè)備有所區(qū)別，未來仍需在技術(shù)水平、核心指標、設(shè)備工程化、小型化、集成化等方面突破技術(shù)瓶頸，以支持量子計算機比特數(shù)量的40/products/dilution-refrigerator-measurement-systems/ld-dilution-refrigerator-measurement-s42出SHFSG+、SHFQC+和SHFQA+等三款產(chǎn)品用于實現(xiàn)高保真度的量44。OxfordIonics基于新型嵌入式策略，推出了新型電子量子比特控制技術(shù)45。量子計算測控系統(tǒng)需要在提升測控精度和量子計算機的研發(fā)離不開與之相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備組件的研制與攻關(guān)。按照設(shè)備組件的應用領(lǐng)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(shè)備組件，以及量子計算與光電子、半導體等領(lǐng)域通用型設(shè)備組件。特性化設(shè)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(diào)制器和特種線纜等，通用型設(shè)備組件主要包括分子束外延設(shè)備、電子束曝光設(shè)備、高品質(zhì)光學鏡片、S/D04年，atare子放大器“recnoSJ-”46。anumaies將其產(chǎn)品46Observe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(tǒng)5GHz61的超高速、光子數(shù)可分辨光量子探測器48。未來隨著量子計算原型機比特規(guī)模的不斷提升，關(guān)量子計算所需的極端環(huán)境條件對儀器設(shè)備的精度、靈敏度、穩(wěn)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(tǒng)發(fā)展仍面臨瓶頸挑戰(zhàn)。一方面由于量子計算處于發(fā)展早期階段、技術(shù)路線尚未收斂等原因，導致支撐保障系統(tǒng)呈現(xiàn)分散化、碎片化的發(fā)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“專精特新”企業(yè)可能是一條有效的發(fā)展路徑。另一方面隨著量子計算技術(shù)發(fā)展和原型機研制水平不斷進步，未來對于支撐保障系統(tǒng)的性能指標提出了更苛刻的要求，這亟需業(yè)界不斷攻關(guān)推動核心系統(tǒng)、設(shè)備、組件的關(guān)鍵性能指標提升。隨著業(yè)界在量子計算支撐保障系統(tǒng)領(lǐng)域的持續(xù)投入和不斷創(chuàng)新，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展將為未來量子計算的大47https://www.quantum-machines.co/press_release/quantum-machines-and-hamamatsu-photonics-team-up-for-enh2035年市場規(guī)模估值可能達到萬億美元級別。12投資組分析、模擬量化交易、金融市場預測等。2023年底，MultiverseComputing和穆迪公司聯(lián)推出QFStudio平，為金融領(lǐng)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50?；ㄆ煦y行與Classiq共同基于AmazonBraket平研究用于投資組優(yōu)化的量子解決方案，基于預期回報和風險水平構(gòu)建了性能更優(yōu)的投資組51?；ゎI(lǐng)域量子計算應用可用于模擬化學分子結(jié)構(gòu)、化學反應等，并以此為基礎(chǔ)更高效、更低耗能地設(shè)計化學品。04年，英國石油公司和A使混量子經(jīng)典學習方建模生分子象，探索量子計算提升化學領(lǐng)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作利用量子計算將新型電池材料篩選到少數(shù)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(shè)計和54?；瘧?5。IBM和克利夫蘭診所作利用量子-經(jīng)典混方法預測4951/cn/blogs/quantum-computing/citi-and-classiq-advance-quantum-solutions-for-portfolio-52/news/university-government-and-industry-researchers-join-forces-explore-how-quan54https:///off-the-wire/pinq2-collaborates-with-hydro-quebec-tapping-into-quantum-computing-白質(zhì)結(jié)構(gòu)并有效提升了預測精度56。Novonesis和Kvantify作使57。路徑即時動態(tài)規(guī)劃等場景。2024年，IonQ與德國基礎(chǔ)科學研究中心59813128路和3964路的車輛路徑問題，提高解決組優(yōu)化問題的的效率60。人工智能領(lǐng)域與量子計算結(jié)成為的量子人工智能技術(shù)，有望2024年，Zapata和InsilicoMedicine等作利用量子人工智能開發(fā)新型KRAS抑制劑分子，該分子比經(jīng)典模型生成的分子具有更高的結(jié)親61。TerraQuantum和韓國浦項集團探索量子人工智能在鋼鐵生產(chǎn)效率方面潛力，目標是優(yōu)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(zhàn)賽，主題為應用量子機器學習研究預5661https://zapata.ai/news/for-the-first-time-quantum-enhanced-generative-ai-generates-viable-cancer-drug-candidat64。行部署。以此為背景，量子計算云平應運而生，融了量子計算為提供量子計算服務的主要應用形式算云平，典型云平如圖13所示，發(fā)展呈現(xiàn)蓬勃態(tài)勢圖13國內(nèi)外典型量子計算云平概當前量子計算云平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(shù)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(shè)備接入模式，云平提供者具備量子計算硬件自主研發(fā)能力，在云平上提供自研的量子計算機或基于經(jīng)典算力的量子模擬器，代表性企業(yè)或機構(gòu)包括M、n、aau、geti、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，云平提供者憑借其云服務能力，在云平上接入其他供應商的軟硬件，代表性企業(yè)或機構(gòu)包trgeos第三類是融型接入模式，是上述兩類接入模式的綜，即在接IM量子計算云平為例，該平可接入自研量子處理器以及Rigetti、Xanadu、AQT、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(chuàng)企業(yè)紛紛布局量子計算云平，通過提供量子計算處企業(yè)用戶。2023年年底，IBMQ-CTRL公司的錯誤抑制技術(shù)軟件Q-CTRLEmbedded集成至其云平65，測試表明錯誤抑制后可運10100066。IonQ在AmazonBraket平上提供Forte量子計算機67。亞馬遜在AmazonBraket云平推出“BraketDirect”計劃，用戶可在設(shè)定時間段內(nèi)保留特定量子處理器的算力且不需要排隊等待。2024年，AQT與德國電信作為用戶提供其量子計算機的云端訪問能力68。國內(nèi)方面，本源量子、國盾量子、弧光量子等量子計算企業(yè)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，這不僅表明量子計算企業(yè)對于云平發(fā)展十分重視，也反映出電信運營商認可量子計算在提升網(wǎng)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(chǎn)業(yè)化進程。03年底，中國移動云能力中心和玻色量子共同推“五岳量子計算云平恒山光量子算力平”。中國移五岳量子計算云平布局多制式量子算力并網(wǎng)、多模式量子算法程序設(shè)計和多元化量子場景算法等技術(shù)方向，66旨在拓展量子計算應用邊界。2024年，北京量子院聯(lián)中國科學院物理研究所、清華大學發(fā)布Quafu量子云算力集群，該平提供五塊百比特規(guī)模的量子芯片資源，并融了經(jīng)典算力資源69。中國科學院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院研發(fā)并交付504比特量子計算芯片“驍鴻”，后續(xù)計劃通過中電信量子集團“天衍”量子計算云平等平向全球開放70。啟科量子上線量子-經(jīng)典混算力云平“<uu提供20比特離子阱量子計算處理器和基于/U71?？偟膩碚f，國內(nèi)量子計算云平在云平功能、應用探索、商業(yè)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，未來仍云平功能的日益成熟，未來量子計算云平將呈現(xiàn)出三方面發(fā)展豐富的平服務和應用服務演進；二是跨平跨行業(yè)的深度融與量子計算云平的發(fā)展需要業(yè)界在多個方向聯(lián)推動。首先，697071撐量子計算云平的長期穩(wěn)定運行；其次，加強數(shù)據(jù)安全與隱私保4量子電路級、系統(tǒng)級、算法級和應用級等層次，層次的測評基準呈現(xiàn)出不同特點與側(cè)重點。底層基準，例如量子比特級和量子電路級，與硬件的關(guān)聯(lián)度較高，能夠充分體現(xiàn)種技術(shù)路線之間的差異性。底層的參數(shù)指標相對更為分散且具體，便于熟悉技術(shù)細節(jié)的研發(fā)人員精準地發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案。隨著層級的上升，例如系其在解決特定應用問題時的能力，這類基準更適用于評估系統(tǒng)或14近年來，業(yè)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(tǒng)的綜性能進行評估23年底，IM提出了每層門誤差，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(shù)量，同時更新了每秒電路層操作數(shù)（CLOPSh）的定義，以便更真實地反映硬件性能72。EPLG、CLOPShIBM最早提出的量子體積（QV）三個指標，可以從規(guī)模、質(zhì)量和速度三個維度較為全面地評價量子計算系統(tǒng)的性能。722024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73DARPA啟動新量子基準測試計劃（QBI74。觀性和公正性等備受業(yè)界關(guān)注。2024年，Quantinuum在其報告中指出，#AQ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73機融，以形成更為強大的計算能力。在此背景下，量子-經(jīng)典融合量子經(jīng)典融計算作為一種新型的計算模式，具有兩大基本特征：混和協(xié)同?；旌鲜侵冈谝粋€系統(tǒng)中同時包含量子計算和經(jīng)典計算，形成具有異構(gòu)算力的混計算。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(shù)路線，不同路線在技術(shù)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(jīng)典處理器主要包括中央處理器）和圖像處理器。異構(gòu)算力融既包含通用門型量子計算機與專用量子計算機之間的混，也包含多種量子計算架構(gòu)與類經(jīng)典計算架構(gòu)的混。協(xié)同是指量子計算機負責處理量子信息，例如量子態(tài)制備和測量，而經(jīng)典計算機則負責處理經(jīng)典信息，例如邏輯運算、浮點運算、算法分析和優(yōu)化等。通過設(shè)計算法和接口，可使量子計算部分與經(jīng)典計算部分相互協(xié)作，共同完且具有相對完善的編程開發(fā)工具、操作系統(tǒng)和算法庫。量子-計算的核心思想是圖15量子-經(jīng)典融計算技術(shù)體系架本報告研究并初步提出量子經(jīng)典融計算技術(shù)體系架構(gòu)，如圖5所示，可劃分為應用層、開發(fā)工具層、算法層、編程框架層、任務調(diào)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(jīng)典融計算的典型應用領(lǐng)域，包括量化金融、能源材料、生物醫(yī)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(shù)，經(jīng)典融算法提供開發(fā)和調(diào)試的工具，包括JupyterNotebook、WebIDE等。算法層為應用層提供典型的量子-經(jīng)典融算法，代表性算法包括變分量子本征求解器（VQE、量子近似優(yōu)化算法（、量子機器學習（）和量子神經(jīng)網(wǎng)絡（）等。編程框架層為算法開發(fā)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(lián)接口，同時完成量子和經(jīng)典計算任務的拆解和互操作，最終將高級程序設(shè)計語言轉(zhuǎn)化為硬件指令集，傳遞至底層硬件。任務調(diào)度層對拆解后的量子任務和經(jīng)典任務進行調(diào)度，并實現(xiàn)種量子和經(jīng)典異構(gòu)算力之間的協(xié)同，目前主要有兩種任務調(diào)度方式，分別是異構(gòu)并行調(diào)度和遠程并行調(diào)度，前者實現(xiàn)量子-經(jīng)典系統(tǒng)間的低時延通信，后者實現(xiàn)方式相對容易。資源管理層實現(xiàn)類物理機、虛擬機、Docker包含類經(jīng)典算力、存力、運力基礎(chǔ)設(shè)施，量子資源包含種技術(shù)的重要性，競相布局相關(guān)研究。國際方面GPU加速的量子計算系統(tǒng)NVIDIADGXQuantum，該系統(tǒng)基于NVIDIAGraceHopper架構(gòu)超級芯片和開源量子-經(jīng)典融編程模型CUDAQuantum，使得GPU和QPU76。微軟提出批量量子計算、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(jīng)典融模式，逐步從遠程并行調(diào)度過渡到異構(gòu)并行模式77。亞馬遜推出aetbrdobs-管編排，將經(jīng)典計算資源和量子處理器的訪問權(quán)限相結(jié)，同時支持量子電路的參數(shù)化編譯，可優(yōu)化基于循環(huán)迭代的量子經(jīng)典融算法78。IM25中心的超級計算，將量子處理器、經(jīng)典處理器、量子通信網(wǎng)絡和經(jīng)79。融計算測控單元，基于PCIe接口實現(xiàn)量子-經(jīng)典測控指令之間毫秒級的調(diào)用延遲80。本源量子發(fā)布量云融方案架構(gòu)，量子計算機通算管理調(diào)度模塊之間運行量子-經(jīng)典交互協(xié)議進行協(xié)同計算81。中電信量子“天衍”量子計算云平提供批量和交互式兩種量子-經(jīng)典融82。一，二者形成互補優(yōu)勢，是推動技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。總體而言，量子78/zh_cn/braket/latest/developerguide/braket-developer-guide.pdf#braket-what-is-hy79808182經(jīng)典融領(lǐng)域?qū)⒁M一步深入探索應用場景，同時不斷健全完善調(diào)度機制，分步驟地逐漸建立起產(chǎn)業(yè)生態(tài)。硬件制造商需要研制高性能、高穩(wěn)定性的量子-經(jīng)典融計算系統(tǒng)，為整個生態(tài)提供強大的計算基礎(chǔ)；軟件開發(fā)者則需針對融計算的特點和需求，開發(fā)高效、易用的編程工具和軟件平，降低開發(fā)難度，提高開發(fā)效率；應用服務提供者將利用量經(jīng)典融計算的優(yōu)勢，為行業(yè)提供定制化的隨著量子計算原型機研制、軟件研發(fā)、應用探索和云平建沛動力。量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育穩(wěn)步開展，如圖16所示，環(huán)節(jié)參16業(yè)近幾年發(fā)展迅速，相繼推出類自研產(chǎn)品，但在部分關(guān)鍵設(shè)備組產(chǎn)業(yè)生態(tài)中游企業(yè)包括量子計算原型機制造商和軟件供應商，是量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心環(huán)節(jié)，同時也是企業(yè)數(shù)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(yè)中，專注于超導路線的企業(yè)數(shù)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(shù)路線。軟件方面，眾多企業(yè)致力于打造自的量子計算軟件，同時構(gòu)建開源軟件社區(qū)，為量子計算技術(shù)發(fā)展和應用探索提供推動力。國內(nèi)外對比來看，大部分國家并行布局多種技術(shù)路線，歐美企業(yè)在數(shù)量、原型機研制能力、軟件研發(fā)、開源社區(qū)建設(shè)等方面占據(jù)一定優(yōu)勢。我國在幾條主流技術(shù)路線均有布局，近年也出現(xiàn)一批量子計算軟件企業(yè)，但總體而言在企方面，依托互聯(lián)網(wǎng)為類用戶提供云端接入，共享量子計算資源，促進量子計算產(chǎn)業(yè)提前布局與生態(tài)良性培養(yǎng)。行業(yè)應用方面，金融、化工、醫(yī)藥、交通等行業(yè)用戶關(guān)注量子計算應用潛力，開放應用場景并開展應用探索，致力于尋找針對行業(yè)特定難題的解決方案。國內(nèi)外對比來看，I、亞馬遜、微軟等國外科技巨頭的量子計算云平在資源共享性、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(yè)與不同領(lǐng)域行業(yè)企業(yè)積極作，聯(lián)探索量子計算在重點行業(yè)領(lǐng)域的應用。我國量子計算云平供應商在平間協(xié)同作、后端硬件水平、商業(yè)模式探索等方面仍有待提升。我國傳統(tǒng)行業(yè)企業(yè)在量子計算方面的投入力度、關(guān)注程度以及與量子計算企業(yè)之間的作機制等方面仍有待進一步加強和取上述國家進行產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力的對比分析，對比情況如圖1717際作論文比例等存在差距，某種程度上體現(xiàn)了我國科研影響力與NQI法案、英國國家量子戰(zhàn)略對等的國家層面量子戰(zhàn)略。商全球量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)仍處于發(fā)展初期向?qū)嶋H應用，規(guī)?；瘧煤彤a(chǎn)業(yè)化仍有待進一步推進。上游企業(yè)提供支撐配套和服務功能，中游企業(yè)發(fā)揮創(chuàng)新決策主體、投入主體、科研組織主體、成果轉(zhuǎn)化主體等作用，下游企業(yè)則助力推進應用示范牽引。未來需要持續(xù)加大生態(tài)系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力的培育力度，鼓勵量子計算上中下游企業(yè)共同參與、共建共擔共享，在技術(shù)攻關(guān)、實驗驗證、應用探索等方面加強作，打造產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新模式，共同現(xiàn)階段歐美是量子計算企業(yè)聚集度和活躍度較高的地區(qū)。美國M、谷歌、te、微軟、亞馬遜等大型科技企業(yè)憑借其公司體量龐大、技術(shù)先進、經(jīng)驗豐富、商業(yè)能力強等優(yōu)勢，在量子計算行業(yè)的第一梯隊中占據(jù)一席之地uniueti、n、Inlein、iunum、unumoptgInc等初創(chuàng)企業(yè)在自技術(shù)路線上穩(wěn)步發(fā)展，經(jīng)過數(shù)年運營已初具規(guī)模，推出具特色的產(chǎn)品，并積極探索公司產(chǎn)品可能的應用方向，行業(yè)影響力日漸增強。根據(jù)3on、gti入均在千萬美元級別，QuantumComputingInc總收入則在數(shù)十萬美歐洲量子計算企業(yè)以初創(chuàng)企業(yè)為主，代表性企業(yè)包括Pasqal、IQM、OQC、AQT、OxfordIonics、ORCAComputing、Quandela、Alice&Bob等，上述企業(yè)從事超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體等多條技術(shù)路線的硬件研制、軟件開發(fā)、云平建設(shè)和應用探索，具有較大的發(fā)展?jié)摿εc動能。此外，澳大利亞的SQC、QuantumBrilliance，加拿大的Xanadu、D-wave等公司也在自技術(shù)路美企業(yè)發(fā)展勢頭迅猛且作緊密，在技術(shù)攻關(guān)、應用探索和產(chǎn)業(yè)推進自的量子計算云平，致力于聯(lián)量子計算企業(yè)共同加速推進技術(shù)顯示，在量子計算領(lǐng)域，全球前10%高被引論文中，美國企業(yè)發(fā)表的論文共占33.9%排名第一，中國企業(yè)發(fā)表的論文共占15%。專利數(shù)2023量子計算發(fā)明專利前十的企業(yè)中，美國企業(yè)占六家，IBM的專利數(shù)IonQ、Rigetti、QuantumComputingInc三家上市公司