量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

No.202316

量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

研究報告

(2023年)

中國信息通信研究院

2023年12月

前言

以量子計算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術(shù)是量子

科技的重要組成部分，也是培育未來產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建新質(zhì)生產(chǎn)力、推動高

質(zhì)量發(fā)展的重要方向之一。經(jīng)過四十余年發(fā)展，量子信息領(lǐng)域逐步從

基礎(chǔ)研究走向基礎(chǔ)與應(yīng)用研究并重，開始進入科技攻關(guān)、工程研發(fā)、

應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培育一體化推進的發(fā)展階段。至2023年10月，全球

29個國家和地區(qū)制定和發(fā)布了量子信息領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃或法案，

公開信息不完全統(tǒng)計投資總額超過280億美元。加快技術(shù)研發(fā)攻關(guān)，

推動創(chuàng)新成果應(yīng)用，構(gòu)建供應(yīng)鏈、人才隊伍和未來產(chǎn)業(yè)競爭力，成為

全球主要國家在量子信息領(lǐng)域布局規(guī)劃的普遍共識。

近年來，量子信息三大領(lǐng)域科研與應(yīng)用探索發(fā)展活躍，學(xué)術(shù)界重

要科研進展與產(chǎn)業(yè)界樣機產(chǎn)品研發(fā)成果亮點紛呈，產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育成為

各方關(guān)注熱點，技術(shù)標準布局和研究取得階段性成果。我國高度重視

量子信息領(lǐng)域發(fā)展，在政策布局、基礎(chǔ)科研、工程研發(fā)、應(yīng)用探索和

生態(tài)培育等方面，取得了諸多重要進展。

自2018年起，中國信息通信研究院每年組織編寫和發(fā)布《量子

信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告》，成為管理部門和業(yè)界掌握量子信息

國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)和趨勢的重要參考。本報告對近一年來全球量子信息

領(lǐng)域的總體發(fā)展態(tài)勢、最新研究應(yīng)用進展、行業(yè)熱點趨勢問題等進行

分析探討，希望為業(yè)界凝聚發(fā)展共識合力持續(xù)做出貢獻。

圖目錄

圖1全球量子信息科研論文和專利申請的年度變化趨勢......................................6

圖2量子信息領(lǐng)域科研論文數(shù)量前十位國家情況..................................................7

圖3量子信息領(lǐng)域主要國家科研國際合作情況......................................................8

圖4量子信息領(lǐng)域不同技術(shù)方向?qū)＠麛?shù)量對比......................................................8

圖5量子信息領(lǐng)域中美專利申請主體情況分析......................................................9

圖6（a）量子信息全球企業(yè)數(shù)量及（b）年度增長趨勢....................................10

圖7（a）量子信息各領(lǐng)域企業(yè)數(shù)量及（b）國家分布情況................................11

圖8量子信息領(lǐng)域企業(yè)投融資事件與金額變化趨勢............................................12

圖9量子計算技術(shù)體系框架....................................................................................14

圖10量子計算比特數(shù)和量子體積指標發(fā)展趨勢..................................................19

圖11量子計算云平臺功能架構(gòu)圖..........................................................................25

圖122023年Gartner量子計算技術(shù)成熟度預(yù)測...................................................31

圖13量子計算產(chǎn)業(yè)鏈與國內(nèi)外代表性企業(yè)概況..................................................32

圖142023年QKD系統(tǒng)實驗的代表性成果...........................................................37

圖15美國NIST后量子加密（PQC）算法標準化歷程.......................................49

圖16量子測量實驗體現(xiàn)量子優(yōu)勢的代表性成果..................................................53

圖17量子時頻同步研究的代表性進展成果..........................................................56

圖18量子探測成像應(yīng)用探索代表性進展成果......................................................60

圖19量子測量產(chǎn)業(yè)鏈與代表性企業(yè)概況..............................................................64

表目錄

表1全球主要國家量子信息領(lǐng)域戰(zhàn)略規(guī)劃與投資概況..........................................4

表2全球量子信息初創(chuàng)企業(yè)十大融資事件（金額降序）....................................13

表3量子計算主要技術(shù)路線關(guān)鍵指標現(xiàn)狀............................................................15

表4國內(nèi)外代表性量子計算云平臺發(fā)展概況........................................................26

表5近年來QKD實驗系統(tǒng)傳輸距離提升趨勢.....................................................36

表62023年量子信息網(wǎng)絡(luò)科研進展概況（發(fā)表時間排序）................................43

表7近期歐美地區(qū)QIN項目、測試平臺及組網(wǎng)實驗列表..................................46

量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

一、量子信息技術(shù)總體發(fā)展態(tài)勢

(一)量子信息技術(shù)是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要方向之一

量子信息技術(shù)是量子科技重要組成部分，以量子力學(xué)原理為基礎(chǔ)，

通過對微觀量子系統(tǒng)中物理狀態(tài)的制備、調(diào)控和測量，實現(xiàn)信息感知、

計算和傳輸。量子信息技術(shù)主要包括量子計算、量子通信和量子測量

三大領(lǐng)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(jīng)典信息技術(shù)的潛力。未來，

量子信息技術(shù)有望在前沿科學(xué)、信息通信和數(shù)字經(jīng)濟等諸多領(lǐng)域引發(fā)

顛覆性技術(shù)創(chuàng)新和改變游戲規(guī)則的變革性應(yīng)用。

量子計算以量子比特為基本單元，利用量子疊加和干涉等原理實

現(xiàn)并行計算，能在某些計算復(fù)雜問題上提供指數(shù)級加速，是未來計算

能力跨越式發(fā)展的重要方向。當前，量子計算存在超導(dǎo)量子線路、離

子阱、光量子、超冷原子、硅基量子點、金剛石色心和拓撲等七大技

術(shù)路線并行發(fā)展，處于中等規(guī)模含噪聲量子處理器階段。量子計算應(yīng)

用場景探索廣泛開展，但尚未實現(xiàn)“殺手級”應(yīng)用突破。大規(guī)?？扇?/p>

錯通用量子計算仍需長期艱苦努力，業(yè)界尚無實現(xiàn)時間預(yù)期。

量子通信利用量子疊加態(tài)或糾纏效應(yīng)，在經(jīng)典通信輔助下實現(xiàn)密

鑰分發(fā)或信息傳輸，理論層面具有可證明安全性。基于量子密鑰分發(fā)

（QKD）和量子安全直接通信（QSDC）等方案的量子保密通信初步

實用化，新型協(xié)議和實驗系統(tǒng)的研究持續(xù)活躍，樣機產(chǎn)品研制和示范

應(yīng)用探索逐步開展，但應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)。基于量子隱形

傳態(tài)和量子存儲中繼等技術(shù)構(gòu)建量子信息網(wǎng)絡(luò)是未來重要發(fā)展方向，

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

科研探索與試驗取得一定進展，但距離實用化有很大差距。

量子測量對外界物理量變化導(dǎo)致的微觀系統(tǒng)量子態(tài)變化進行調(diào)

控和觀測，實現(xiàn)精密傳感測量，精度、靈敏度和穩(wěn)定性等核心指標比

傳統(tǒng)技術(shù)有數(shù)量級提升。主要技術(shù)方向包括用于新一代定位/導(dǎo)航/授

時的光學(xué)原子鐘、光學(xué)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(zhì)痕量檢

測等。主要應(yīng)用場景涵蓋國防軍工、航空航天、地質(zhì)/資源勘測和生物

醫(yī)療等眾多行業(yè)領(lǐng)域，多種樣機產(chǎn)品進入實用化與產(chǎn)業(yè)化階段。

經(jīng)過四十余年的發(fā)展，量子信息技術(shù)已從僅有學(xué)術(shù)界關(guān)注的基礎(chǔ)

科學(xué)研究和前沿技術(shù)探索，逐步開啟產(chǎn)業(yè)界共同參與的工程應(yīng)用研究

和未來產(chǎn)業(yè)培育。量子信息三大領(lǐng)域的前沿科研與工程研發(fā)亮點成果

不斷涌現(xiàn)，技術(shù)成熟度持續(xù)提升，應(yīng)用探索加速發(fā)展，進入科技攻關(guān)、

工程研發(fā)、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培育一體化推進的發(fā)展階段。

以量子信息技術(shù)為代表的量子科技，已成為未來產(chǎn)業(yè)布局和發(fā)展

的關(guān)注重點之一?！笆奈濉币?guī)劃和2035年遠景目標綱要提出，在量

子信息等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計

劃，謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)。習(xí)近平總書記提出，整合科技創(chuàng)新資源，

引領(lǐng)發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和積極培育未來產(chǎn)業(yè)，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力，

以高質(zhì)量發(fā)展推動中國式現(xiàn)代化。工信部高度重視量子科技發(fā)展，推

動量子科技等前沿領(lǐng)域研究，鼓勵各地方先行先試，加快布局未來產(chǎn)

業(yè)。近年來，多地陸續(xù)發(fā)布科技和信息產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，部署支持量子信息

領(lǐng)域發(fā)展。2023年，北京市發(fā)布《北京市促進未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展實施

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

方案》1，部署量子物態(tài)科學(xué)、量子通信、量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)、量子

傳感等方向的核心技術(shù)攻關(guān)、行業(yè)應(yīng)用拓展、產(chǎn)業(yè)生態(tài)和用戶群體培

育等工作。合肥市政府工作報告2提出，合肥國家實驗室入軌運行，量

子信息未來產(chǎn)業(yè)科技園入列首批國家試點，后續(xù)進一步加快建設(shè)量子

信息未來產(chǎn)業(yè)科技園，打造“世界量子中心”。湖北省設(shè)立20億元量

子科技產(chǎn)業(yè)投資基金3，發(fā)布《湖北省加快發(fā)展量子科技產(chǎn)業(yè)三年行動

方案（2023—2025年）》，打造全國量子科技產(chǎn)業(yè)高地。

(二)全球主要國家量子信息政策布局進一步加強

量子信息技術(shù)是挑戰(zhàn)人類調(diào)控微觀世界能力極限的世紀系統(tǒng)工

程，是對傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進行重構(gòu)的重大顛覆性創(chuàng)新，將引

領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用已成為

大國間開展科技、經(jīng)濟等領(lǐng)域綜合國力競爭，維護國家技術(shù)主權(quán)與發(fā)

展主動權(quán)的戰(zhàn)略制高點之一。截至2023年10月，29個國家和地區(qū)

制定和推出了量子信息領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃或法案文件，據(jù)公開信息

不完全統(tǒng)計的投資總額已超過280億美元。全球主要國家在量子信息

領(lǐng)域的戰(zhàn)略規(guī)劃和投資概況如表1所示，以2018年歐盟“量子旗艦

計劃”和美國《國家量子倡議（NQI）》法案為重要標志，近五年來各

國在量子信息領(lǐng)域的規(guī)劃布局持續(xù)加速。2023年6個國家相繼發(fā)布

量子信息相關(guān)國家戰(zhàn)略和投資規(guī)劃，計劃投資總規(guī)模達到67億美元。

總體而言，量子信息領(lǐng)域的國際科技競爭正日趨激烈。

1/zhengce/gfxwj/202309/t20230908_3255227.html

2/ssxw/zwyw/108461121.html

3/zwgk/hbyw/hbywqb/202311/t20231116_4947889.shtml

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

表1全球主要國家量子信息領(lǐng)域戰(zhàn)略規(guī)劃與投資概況

時間戰(zhàn)略規(guī)劃/法案國家/地區(qū)投資規(guī)模（美元）

2014國家量子技術(shù)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

國家量子信息科學(xué)戰(zhàn)略計劃5年投資12.75億，

2018美國

國家量子倡議（NQI）法案實際投資已達37.38億

2018量子技術(shù)從科研到市場德國投資約7.1億

2019量子技術(shù)發(fā)展國家計劃荷蘭7年投資約7.4億

2019國家量子技術(shù)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(shù)投資計劃法國投資約19.6億

2021量子系統(tǒng)研究計劃德國5年投資約21.7億

2022國家量子計算平臺法國投資約1.85億

2022芯片與科學(xué)法案美國4個量子項目1.53億/年

2023國家量子戰(zhàn)略加拿大投資約2.7億

2023國家量子戰(zhàn)略（NQS）英國10年投資31.8億

2023國家量子戰(zhàn)略澳大利亞投資約6.4億

2023國家量子技術(shù)戰(zhàn)略丹麥5年投資約1億

2023量子科技發(fā)展戰(zhàn)略韓國2035年前投資17.9億

2023國家量子任務(wù)印度2030年前投資7.2億

來源：中國信息通信研究院（截至2023年10月）

2023年1月，美國國家科學(xué)技術(shù)委員會發(fā)布《NQI2023年報》4

顯示，NQI法案五年來的實際投資遠超原計劃規(guī)模。2019-2023財年

投資累計達37.38億美元，超出原計劃的12.75億美元近兩倍，投資

覆蓋量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)、量子傳感/計量、量子基礎(chǔ)科研和量子工程

技術(shù)五大領(lǐng)域。其中，量子計算投資占比最高，共計約10億美元，

量子網(wǎng)絡(luò)投資增速最快。美國能源部（DOE）、美國國家科學(xué)基金會

（NSF）和國家標準與技術(shù)研究院（NIST）是NQI法案主要實施部

門，其中DOE和NSF五年來分別累積投資超過12億和10億美元。

4/wp-content/uploads/2023/01/NQI-Annual-Report-FY2023.pdf

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

NSF資助了1500余項量子信息領(lǐng)域科研項目，DOE則重點支持國家

實驗室體系的五個量子信息研發(fā)中心建設(shè)。此外，2022年8月通過

的《芯片與科學(xué)》法案5，還包含了量子科學(xué)網(wǎng)絡(luò)、科學(xué)和技術(shù)量子用

戶擴展計劃、量子網(wǎng)絡(luò)和通信研究與標準化、下一代量子領(lǐng)導(dǎo)者領(lǐng)航

計劃四個量子信息相關(guān)項目，總投資金額為1.53億美元/年。

美國NQI法案第一階段于2023財年結(jié)束，多方就第二階段法案

實施和投資問題進行廣泛討論。NQI咨詢委員會發(fā)布《更新國家量子

計劃：維持美國在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位建議》報告6，戰(zhàn)略與

國際問題研究中心發(fā)布《量子不可照舊：國家量子計劃法案重新授權(quán)

的問題》報告7，信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會發(fā)布《美國的量子政策方針》

報告8，上述報告分析了量子信息領(lǐng)域技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭和國際競爭態(tài)勢，

建議NQI法案在2024至2028財年至少每年撥款5.25億美元（不含

芯片研發(fā)資金），持續(xù)加大基礎(chǔ)科學(xué)投資、打造量子人才隊伍、深化

產(chǎn)業(yè)界合作、建設(shè)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、維護國家安全和推進盟友國際合作，

確保美國在量子信息領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。8月，拜登政府簽署行政令9，

將半導(dǎo)體和微電子、量子信息技術(shù)以及人工智能界定為涉及美國國家

安全利益的軍民兩用敏感技術(shù)和產(chǎn)品，禁止美國實體與中國大陸、香

港和澳門的實體進行交易和開展投資。

英國作為全球科技強國，在2014年率先出臺全球首個量子信息

5/quantum-in-the-chips-and-science-act-of-2022/

6/nqiac-report-on-renewing-the-national-quantum-initiative

7/analysis/quantum-cant-be-business-usual-issues-reauthorization-national-quantum-

initiative-act

8/publications/2023/10/10/the-us-approach-to-quantum-policy/

9/briefing-room/presidential-actions/2023/08/09/executive-order-on-addressing-

united-states-investments-in-certain-national-security-technologies-and-products-in-countries-of-concern/

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

國家級發(fā)展政策《國家量子技術(shù)計劃》，通過兩個五年期規(guī)劃，累積

投資超10億英鎊，建立了量子計算、模擬、通信、傳感和成像五大

科技研究中心推動技術(shù)攻關(guān)，支持量子初創(chuàng)企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用推廣。

3月，在計劃實施十年之際，英國政府組建科學(xué)創(chuàng)新與技術(shù)部，發(fā)布

《國家量子戰(zhàn)略（NQS）》10，開啟未來十年25億英鎊投資和新一輪

量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。NQS提出了四大發(fā)展目標：確保英國擁

有領(lǐng)先的量子信息科技與工程技術(shù)；支持量子技術(shù)企業(yè)發(fā)展，促進投

資、供應(yīng)鏈和人才隊伍建設(shè)；加快量子信息技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)化；加強量子

信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)監(jiān)管和國際治理合作。

(三)量子信息三大領(lǐng)域科研與技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)活躍

近十年，量子信息科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新保持快速發(fā)展趨勢，量子

計算、量子通信、量子測量、后量子加密（PQC）等領(lǐng)域科研論文和

專利申請數(shù)量逐年遞增，如圖1所示。

來源：中國信息通信研究院（截至2023年9月）

圖1全球量子信息科研論文和專利申請的年度變化趨勢11

論文方面，量子計算是最大熱點，論文數(shù)量增速明顯加快，近年

10.uk/government/publications/national-quantum-strategy

112023年科研論文僅含前三季度，2022和2023年專利統(tǒng)計有滯后效應(yīng)，數(shù)量呈現(xiàn)包含預(yù)測值。

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

來超過其他領(lǐng)域總和，量子通信和量子測量保持平穩(wěn)增長，PQC從

2016年起逐步成為研究熱點，2023年有340余篇相關(guān)論文。專利方

面，量子通信專利的增長趨勢較為穩(wěn)定，量子計算專利申請在2019年

超過量子通信并持續(xù)保持快速增長，PQC專利近年來開始快速增長，

2023年數(shù)量預(yù)計將達到200項。

量子信息各領(lǐng)域的科研論文數(shù)量前十位國家統(tǒng)計如圖2所示，

中美占據(jù)前兩位，在科研輸出方面表現(xiàn)突出，量子通信我國論文數(shù)量

遠超其他國家。但從論文被引頻次看，我國與歐美相比仍有一定差距，

高水平論文數(shù)量有待提升。

來源：中國信息通信研究院（截至2023年9月）

圖2量子信息領(lǐng)域科研論文數(shù)量前十位國家情況

量子信息領(lǐng)域主要國家的科研國際合作概況如圖3所示，量子

計算領(lǐng)域的國際科研合作較為廣泛和均衡，量子通信領(lǐng)域形成了美國、

中國等重點合作節(jié)點，量子測量領(lǐng)域國際合作相對較少。在量子信息

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

科研國際合作方面，美國在三大領(lǐng)域中均處于中心位置，顯示出在國

際學(xué)術(shù)交流與科研合作方面的領(lǐng)先優(yōu)勢。

來源：中國信息通信研究院（截至2023年9月）

圖3量子信息領(lǐng)域主要國家科研國際合作情況

來源：中國信息通信研究院（截至2023年9月）

圖4量子信息領(lǐng)域不同技術(shù)方向?qū)＠麛?shù)量對比

量子信息領(lǐng)域包括不同技術(shù)路線和發(fā)展方向，其中專利申請數(shù)量

的對比情況如圖4所示。在量子計算硬件技術(shù)路線中，超導(dǎo)路線專利

數(shù)量占比超過50%，光量子和中性原子路線技術(shù)創(chuàng)新熱度高于離子阱

和硅半導(dǎo)體。量子通信領(lǐng)域中量子密鑰分發(fā)技術(shù)專利占比超過70%，

器件、設(shè)備等系統(tǒng)研發(fā)類專利數(shù)量眾多，量子信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟度不

足，相關(guān)專利尚未大量涌現(xiàn)。量子測量領(lǐng)域中以原子鐘為代表的時頻

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

基準方向?qū)＠急冉咏?0%，是技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用主力，磁場測量和慣

性測量方向也有較多創(chuàng)新成果積累。

來源：中國信息通信研究院（截至2023年9月）

圖5量子信息領(lǐng)域中美專利申請主體情況分析

中美量子信息各領(lǐng)域?qū)＠暾堉黧w情況對比如圖5所示。我國

量子計算和PQC的專利申請中，公司申請數(shù)量占比超過70%，企業(yè)

開展專利布局推動力較強，量子測量領(lǐng)域?qū)＠饕獊碜愿咝：涂蒲性?/p>

所，科技成果還需進一步向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。對比來看，美國量子信息各領(lǐng)

域?qū)＠?，企業(yè)申請數(shù)量占比均超過70%，量子計算和PQC領(lǐng)域的

占比接近90%，顯示出產(chǎn)業(yè)界的創(chuàng)新引領(lǐng)實力。

(四)量子信息企業(yè)數(shù)量和投融資規(guī)模的增長放緩

量子信息要從前沿技術(shù)走向未來產(chǎn)業(yè)，進而形成新質(zhì)生產(chǎn)力，成

為賦能經(jīng)濟社會增長的新引擎，離不開企業(yè)推動的科技成果轉(zhuǎn)化、技

術(shù)產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣。企業(yè)是推動量子信息技術(shù)工程化研發(fā)、

應(yīng)用賦能和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的創(chuàng)新主體，也是各國構(gòu)建量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)

競爭優(yōu)勢，贏得發(fā)展主動權(quán)的主力軍。量子信息企業(yè)數(shù)量、分布和投

融資情況，是觀察量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢的重要視角，中國信息

通信研究院對全球量子信息相關(guān)企業(yè)及投融資情況進行了調(diào)研統(tǒng)計

9

量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

分析，為業(yè)界提供參考。PQC作為應(yīng)對量子計算信息安全威脅的主流

技術(shù)方案，與量子信息領(lǐng)域關(guān)系密切，一并進行了統(tǒng)計分析。

來源：中國信息通信研究院（截至2023年9月）

圖6（a）量子信息全球企業(yè)數(shù)量及（b）年度增長趨勢12

全球量子計算、量子通信、量子測量和PQC領(lǐng)域的企業(yè)數(shù)量及

年度增長趨勢如圖6所示。截至2023年9月，共統(tǒng)計上述四大領(lǐng)域

的全球相關(guān)科技企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)、供應(yīng)鏈企業(yè)和行業(yè)應(yīng)用企業(yè)等共552

家，其中量子計算相關(guān)企業(yè)278家，占比超過50%，凸顯出量子計算

是全球技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭的關(guān)注焦點。全球量子測量和量子通信企業(yè)數(shù)量

均在百家左右，占比約為20%。隨著PQC算法評選和標準制定進程

的逐步明朗，PQC相關(guān)企業(yè)數(shù)量達到63家。2016年之前，量子信息

企業(yè)數(shù)量呈緩慢增長態(tài)勢，2016年開始迅速增長，2017年達到峰值，

新增初創(chuàng)企業(yè)63家，其中量子計算企業(yè)27家。2018-2021年間增長

稍有回落但仍保持每年新增50余家的高位，2022年起企業(yè)增長數(shù)量

大幅放緩，新增31家，量子計算仍然是行業(yè)熱點，新增17家。今年

前三季度新增企業(yè)數(shù)量僅為3家，雖然當年新成立企業(yè)數(shù)量統(tǒng)計會有

12企業(yè)數(shù)量統(tǒng)計依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)公開信息，包含了量子信息三大領(lǐng)域和后量子加密（PQC）的初創(chuàng)企業(yè)，以及

涉及上述四個領(lǐng)域上中下游業(yè)務(wù)的科技企業(yè)、供應(yīng)鏈企業(yè)和行業(yè)企業(yè)等。

10

量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

一定滯后性，但增長趨勢不及往年已基本明確?？傮w而言，過去十年

間，量子信息初創(chuàng)企業(yè)數(shù)量經(jīng)歷了一輪爆發(fā)式增長，量子計算是創(chuàng)新

創(chuàng)業(yè)熱點，近兩年來初創(chuàng)企業(yè)數(shù)量增長趨勢明顯放緩。

來源：中國信息通信研究院（截至2023年9月）

圖7（a）量子信息各領(lǐng)域企業(yè)數(shù)量及（b）國家分布情況13

全球量子信息各領(lǐng)域企業(yè)數(shù)量及國家分布情況如圖7所示。從

不同領(lǐng)域看，量子計算企業(yè)歐美聚集度最高，共有175家，全球占比

超過60%，反映出美國和歐洲是量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)的活躍地區(qū)，中國

量子計算領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)共有35家，不及美國一半。量子通信領(lǐng)域中

國相關(guān)企業(yè)數(shù)量最多，共有42家，美國僅有13家，歐洲有27家，

從一個側(cè)面反映出不同國家和地區(qū)在量子通信領(lǐng)域，主要是進入初步

實用化階段的量子密鑰分發(fā)和量子保密通信的投資和推動力度差異。

量子測量領(lǐng)域也是歐美企業(yè)數(shù)量最多，共有80家，全球占比超過60%，

中國量子測量相關(guān)企業(yè)共有22家，約為美國一半。PQC領(lǐng)域歐美平

分秋色，共有相關(guān)企業(yè)47家，中國PQC企業(yè)數(shù)量僅有4家，數(shù)量差

距明顯，未來PQC技術(shù)產(chǎn)業(yè)全球競爭中恐難與歐美比肩。

13企業(yè)地區(qū)分布統(tǒng)計中歐洲包含俄羅斯、英國和愛爾蘭，企業(yè)數(shù)量統(tǒng)計包含上中下游相關(guān)性較強企業(yè)。

11

量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

從企業(yè)國家分布看，美國共有158家量子信息相關(guān)企業(yè)，全球占

比超過四分之一。其中，谷歌、IBM、英特爾等科技企業(yè)已成為量子

計算領(lǐng)域業(yè)界標桿，IonQ、Quantinuum、PsiQ、AOSense等初創(chuàng)企業(yè)

創(chuàng)新驅(qū)動能力突出，在量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中擁有較為明顯的先發(fā)優(yōu)勢。

中國量子信息相關(guān)企業(yè)共有103家，但科技企業(yè)投入推動力度，供應(yīng)

鏈企業(yè)支撐保障能力，以及初創(chuàng)企業(yè)創(chuàng)新成果等方面還有一定差距。

全球量子信息領(lǐng)域企業(yè)數(shù)量較多的國家還有加拿大、英國、德國、法

國、日本、荷蘭等，在未來技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也擁有較強競爭力。

來源：中國信息通信研究院（截至2023年9月）

圖8量子信息領(lǐng)域企業(yè)投融資事件與金額變化趨勢14

全球量子信息企業(yè)投融資事件與金額年度變化趨勢如圖8所示。

從投融資事件數(shù)量看，2017年起，企業(yè)投融資事件數(shù)量開始出現(xiàn)明顯

增長，與企業(yè)數(shù)量爆發(fā)式增長的時間趨勢吻合。大量初創(chuàng)企業(yè)獲得了

政府的贈予投資（Grant）和不同輪次的股權(quán)融資等風(fēng)險投資。美國

14Grant為贈與投資，主要來自政府部門和高校等，IPO及并購包含上市、增發(fā)和收購等多種類型，風(fēng)險

投資包含不同輪次融資，其他投資包含戰(zhàn)略投資和貸款等。部分投融資事件未披露具體金額。

12

量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

DOE、NSF和國防部（DOD）等政府部門的合同贈予投資占比較高，

從2018年開始，每年都有約20筆贈予，占全部投融資數(shù)量20%左

右。風(fēng)險投資中，種子輪和A輪占比最高，合計每年約占整體投融資

事件數(shù)量的40%~50%，孵化器（Incubator）數(shù)量也在逐漸增加。可以

看出，資本市場對量子信息領(lǐng)域關(guān)注度持續(xù)提升，但大多數(shù)企業(yè)仍處

于早期投資階段。從投融資金額規(guī)?？?，過去5年資本市場對量子信

息領(lǐng)域企業(yè)的投資同樣經(jīng)歷了一輪爆發(fā)式增長，2021年和2022年均

超過20億美元量級，超過了過去十年的總和。近兩年來，量子信息

初創(chuàng)企業(yè)獲得的投融資數(shù)量和金額開始出現(xiàn)一定回落。一方面有全球

疫情、經(jīng)濟衰退和美元加息等宏觀層面影響，另一方面也有量子計算

等初創(chuàng)企業(yè)技術(shù)產(chǎn)品和投資收益未達市場預(yù)期等具體原因。

表2全球量子信息初創(chuàng)企業(yè)十大融資事件（金額降序）

公司國家技術(shù)領(lǐng)域融資額（億美元）時間

SandboxAQ美國量子軟件/PQC5.002022

PsiQuantum美國量子計算4.502021

IonQ美國量子計算3.502021

RigettiComputing美國量子計算3.452022

Arqit英國量子通信3.452021

IonQ美國量子計算3.002021

Quantinuum英國量子計算3.002021

D-WaveSystems加拿大量子計算3.002022

PsiQuantum美國量子計算2.302020

本源量子中國量子計算1.452022

來源：麥肯錫《量子技術(shù)監(jiān)測》（2023年4月）

美國麥肯錫咨詢公司2023年4月發(fā)布《量子技術(shù)監(jiān)測》報告15，

15/~/media/mckinsey/business%20functions/mckinsey%20digital/our%20insights/quant

um%20technology%20sees%20record%20investments%20progress%20on%20talent%20gap/quantum-

technology-monitor-april-2023.pdf

13

量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

統(tǒng)計量子信息領(lǐng)域初創(chuàng)企業(yè)十大融資事件如表2所示。其中美國企

業(yè)占據(jù)7席，市場表現(xiàn)最為活躍，SandboxAQ、Quantinuum等從大型

科技企業(yè)分拆的量子信息領(lǐng)域獨立企業(yè)，獲得大量資金投入，IonQ、

D-Wave等歐美初創(chuàng)企業(yè)也從資本市場獲得了大筆研發(fā)資金。我國僅

有本源量子在2022年完成B輪10億元人民幣融資上榜，資本市場

和社會投融資對量子信息企業(yè)的支持力度有待進一步加強。

二、量子計算領(lǐng)域研究與應(yīng)用進展

量子計算技術(shù)體系如圖9所示，硬件、軟件、算法是三大支柱，

云平臺是集成三者面向用戶提供服務(wù)的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)生態(tài)匯聚點。

來源：中國信息通信研究院

圖9量子計算技術(shù)體系框架

當前，量子計算硬件包含邏輯門型量子計算機、專用量子計算機

和基于經(jīng)典計算的模擬器等主要類型。其中，邏輯門型量子計算機是

14

量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

通往大規(guī)?？扇蒎e通用量子計算的主流發(fā)展方向，也是業(yè)界研究關(guān)注

重點；玻色采樣、相干伊辛和量子退火等量子計算模型和系統(tǒng)可能在

專用計算復(fù)雜問題中產(chǎn)生算力優(yōu)勢；基于經(jīng)典計算的量子計算模擬器

主要用于算法研究和驗證。

(一)硬件多技術(shù)路線并行發(fā)展，創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)

量子計算硬件目前有多種技術(shù)路線，處于并行發(fā)展階段，大致可

以分為兩大類，一是基于微觀結(jié)構(gòu)形成分立能級系統(tǒng)的“人造粒子”路

線，如超導(dǎo)和硅半導(dǎo)體，二是直接操控微觀粒子的天然粒子路線，如

離子阱、光量子和中性原子。近年來，量子計算科研攻關(guān)全球加速發(fā)

展，各方你追我趕競爭激烈。表3梳理了五種技術(shù)路線的關(guān)鍵指標發(fā)

展現(xiàn)狀概況，其中各項指標為不同研發(fā)機構(gòu)、技術(shù)方案和樣機系統(tǒng)的

代表性成果匯總，部分指標基于專家意見給出數(shù)量級估計。

表3量子計算主要技術(shù)路線關(guān)鍵指標現(xiàn)狀

來源：中國信息通信研究院

超導(dǎo)路線基于超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)形成擴展二能級系統(tǒng)，包括電荷量

子比特、通量量子比特、相位量子比特等種類，以及Transmon、Xmon、

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

Fluxonium等構(gòu)型，因其可擴展、易操控和集成電路工藝兼容等優(yōu)勢，

受到眾多科研機構(gòu)、科技巨頭和初創(chuàng)企業(yè)重視。2023年超導(dǎo)量子計算

原型機指標持續(xù)提升，IBM的433位超導(dǎo)量子比特處理器Osprey在

其云平臺上線16；中科大在66位超導(dǎo)量子處理器“祖沖之二號”基礎(chǔ)

上新增110個耦合比特控制接口，使可操縱比特數(shù)達到176位17；

Rigetti推出84位量子比特單芯片量子處理器Ankaa-118?；诔瑢?dǎo)路

線的科研成果亮點頻出，蘇黎世理工基于超導(dǎo)量子電路完成無漏洞貝

爾實驗19；谷歌使用超導(dǎo)量子處理器模擬操控非阿貝爾任意子，并通

過編碼創(chuàng)建新型量子糾纏態(tài)20；中科院物理所利用41位超導(dǎo)量子芯片

“莊子”模擬“侯世達蝴蝶”拓撲物態(tài)21。超導(dǎo)技術(shù)路線的比特數(shù)量、

操控精度和相干時間等關(guān)鍵指標提升迅速且發(fā)展較為均衡，是有望率

先實現(xiàn)量子糾錯和突破殺手級應(yīng)用的“種子選手”。

硅半導(dǎo)體路線通常利用硅同位素量子點結(jié)構(gòu)中的電子自旋構(gòu)造

量子比特，采用硅鍺異質(zhì)結(jié)、砷化鎵和金屬氧化物半導(dǎo)體等襯底材料，

具有制造和測控與集成電路工藝技術(shù)兼容等優(yōu)點。2023年亮點成果

主要包括新型比特構(gòu)型設(shè)計、操控方案和芯片比特數(shù)量增長等方面。

Intel發(fā)布22的12位硅基自旋量子芯片TunnelFalls，成為硅半導(dǎo)體路

線產(chǎn)品的最新紀錄。新南威爾士大學(xué)報道23設(shè)計了一種電信號控制的

16/services/resources?tab=systems

17/a/202303/08/WS6407d466a31057c47ebb2f6e.html

18/rigetti/introducing-the-ankaa-1-system-rigettis-most-sophisticated-chip-architecture-unlock

s-a-ab3f05e3c264

19/articles/s41586-023-05885-0

20/articles/s41586-023-05954-4

21/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.080401

22/content/www/us/en/research/quantum-computing.html

23/doi/10.1126/sciadv.add9408

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

新型觸發(fā)器（flip-flop）硅量子比特。休斯研究實驗室提出24硅基自旋

量子比特編碼的通用控制新方法，中科大實現(xiàn)25硅基自旋量子比特的

超快操控，自旋翻轉(zhuǎn)速率超過1.2GHz。硅半導(dǎo)體路線主要得到Intel

等半導(dǎo)體制造商支持，由于同位素材料加工和介電層噪聲影響等瓶頸

限制，比特數(shù)量和操控精度等指標進展緩慢，在競爭中難言優(yōu)勢。

離子阱路線利用電荷與磁場間所產(chǎn)生的交互作用力約束帶電離

子，通過激光或微波進行相干操控，具有比特天然全同、操控精度高

和相干時間長等優(yōu)點。近年來，離子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計不斷優(yōu)化，發(fā)展出四

極桿阱、刀片阱、芯片阱等新構(gòu)型，囚禁離子數(shù)量不斷提升。2023年

主要進展包括全連接比特數(shù)量增長和邏輯門操控保真度提升等方面。

Quantinuum宣布26其32位全連接量子比特離子阱原型機ModelH2的

單比特和雙比特量子邏輯門保真度達到99.997%和99.8%，量子體積

指標達到52428827，成為業(yè)界最新紀錄。華翊量子發(fā)布2837位量子比

特離子阱原型機HYQ-A37，邏輯門保真度等指標稍遜一籌。離子阱

路線的天然全同粒子特性在相干時間和保真度等方面有優(yōu)勢，但比特

規(guī)模擴展難度大，光學(xué)測控系統(tǒng)復(fù)雜等技術(shù)瓶頸和工程挑戰(zhàn)十分明顯，

在技術(shù)路線競爭中能否領(lǐng)先有待觀察。

光量子路線可利用光子的偏振、相位等自由度進行量子比特編碼，

具有相干時間長、室溫運行和測控相對簡單等優(yōu)點。根據(jù)是否支持邏

輯門和量子糾錯等操作，可進一步分為邏輯門型和非邏輯門型兩類，

24/articles/s41586-023-05777-3

25/doi/10.1021/acs.nanolett.3c00213

26/hardware/h2

27/news/quantinuum-h-series-quantum-computer-accelerates-through-3-more-perfor

mance-records-for-quantum-volume-217-218-and-219

28/newsinfo/5843439.html

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

其中邏輯門型光量子計算是未來實現(xiàn)通用量子計算的發(fā)展方向，而非

邏輯門型光量子計算，如玻色采樣和相干伊辛系統(tǒng)等，可用于組合優(yōu)

化和圖論問題求解等專用計算問題。2023年，中科大聯(lián)合團隊發(fā)布

29255光子的“九章三號”光量子計算原型機，進一步提升了高斯玻色

采樣速度和量子優(yōu)越性。玻色量子發(fā)布30了100量子比特相干光量子

相干伊辛機“天工量子大腦”，并與中國移動合作開展圖像渲染算力

調(diào)度優(yōu)化等任務(wù)的可行性驗證31。未來，非邏輯門型光量子計算有望

在組合優(yōu)化等專用問題求解中展示實用化優(yōu)勢，邏輯門型光量子計算

則仍需突破光子間相互作用弱，雙比特邏輯門構(gòu)建困難和大規(guī)模光子

集成等技術(shù)瓶頸，才能體現(xiàn)競爭優(yōu)勢。

中性原子路線利用光鑷或光晶格囚禁原子，激光激發(fā)原子里德堡

態(tài)進行邏輯門操作或量子模擬演化，相干時間和操控精度等特性與離

子阱路線相似，在規(guī)?；瘮U展方面更具優(yōu)勢。近年來，中性原子路線

的研究與實驗發(fā)展迅速，大有后來居上之勢。10月，《自然》同期發(fā)

表三篇中性原子量子計算和糾錯最新成果。加州理工展示32“量子橡

皮擦”糾錯新方法，使激光照射下的錯誤原子發(fā)出熒光實現(xiàn)錯誤定位

以便進一步糾錯處理，系統(tǒng)糾纏率提升10倍。普林斯頓大學(xué)33基于相

似擦除原理，將門操作錯誤轉(zhuǎn)化為擦除錯誤，有效提升邏輯門保真度。

哈佛大學(xué)34使用基于里德堡阻塞機制的最優(yōu)控制門方案，在60個銣原

子陣列實現(xiàn)99.5%的雙比特糾纏門保真度，超過了表面碼糾錯閾值。

29/prl/issues/131/15

30/web/product

31/10.1007/s11433-023-2147-3

32/articles/s41586-023-06516-4

33/articles/s41586-023-06438-1

34/articles/s41586-023-06481-y

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

美國AtomComputing公司發(fā)布351225原子陣列和1180量子比特的中

性原子量子計算原型機，預(yù)計2024年上市。中性原子路線有望在規(guī)

模擴展和量子模擬應(yīng)用等方面取得更多突破，已成為在量子計算技術(shù)

路線競爭中異軍突起的一匹“黑馬”。

來源：中國信息通信研究院

圖10量子計算比特數(shù)和量子體積指標發(fā)展趨勢

近年來量子計算主要技術(shù)路線競爭激烈，比特數(shù)（光子/原子數(shù)）

和量子體積指標持續(xù)提升，發(fā)展演進趨勢如圖10所示。超導(dǎo)、中性

原子和離子阱技術(shù)路線是邁向通用量子計算的有力競爭者，邏輯門型

光量子計算和硅半導(dǎo)體技術(shù)路線需要取得重大技術(shù)和工程突破才能

保持競爭實力。當前量子計算硬件性能水平，距離實現(xiàn)大規(guī)模可容錯

通用量子計算還有很大差距，仍需業(yè)界長期艱苦努力攻關(guān)。

35/quantum-startup-atom-computing-first-to-exceed-1000-qubits/

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

(二)量子糾錯突破平衡點，環(huán)境測控系統(tǒng)仍有瓶頸

量子糾錯（QEC）的原理是通過使用多個物理比特編碼一個邏輯

比特，通過增加信息編碼空間的冗余度，使受到環(huán)境噪聲或退相干影

響的量子態(tài)可以被識別和區(qū)分，并通過糾錯操作恢復(fù)出原始量子態(tài)。

QEC是使量子計算具備理論可行性的底層解決方案，也是支持大規(guī)

模量子邏輯門操作，實現(xiàn)通用量子計算的必要環(huán)節(jié)。量子態(tài)的不可克

隆性、相干性以及差錯連續(xù)性等決定了QEC與經(jīng)典糾錯有本質(zhì)差異，

量子比特當前產(chǎn)生的錯誤率比經(jīng)典比特更高，錯誤類型也更加廣泛。

自QEC概念提出36以來，已產(chǎn)生了多類基于不同思想構(gòu)造的QEC編

碼方案，其中1996年提出的穩(wěn)定子碼37是其中代表，涵蓋了表面碼、

顏色碼等多種方案，表面碼是目前研究和實驗驗證熱點，主要優(yōu)勢在

于高容錯閾值、僅需近鄰比特間作用、多技術(shù)路線適用等，但也存在

物理比特編碼冗余度較高等局限。

由于糾錯編碼的復(fù)雜性、不可逆性和環(huán)境噪聲等影響，QEC實驗

一度面臨“越糾越錯”的窘境。突破QEC的盈虧平衡點，實現(xiàn)糾錯

編碼規(guī)模與相干時間、錯誤率等性能指標的正增益，對實現(xiàn)邏輯量子

比特具有里程碑意義，近期也取得了多項突破性進展。2023年2月，

谷歌報道38首次越過QEC規(guī)模與收益平衡點，證明提升糾錯編碼規(guī)模

后可降低錯誤率，驗證了量子糾錯的現(xiàn)實可行性。3月，南方科技大

學(xué)報道39以離散變量編碼邏輯量子位突破QEC盈虧平衡點，延長量子

36/10.1103/PhysRevA.54.1098

37/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.54.1862

38/articles/s41586-022-05434-1

39/articles/s41586-023-05784-4

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

比特壽命約16%。耶魯大學(xué)報道40利用實時QEC方案超越盈虧平衡

點，實現(xiàn)邏輯量子比特壽命增加一倍。

雖然QEC突破盈虧平衡點實驗具有重要里程碑意義，但現(xiàn)有

QEC技術(shù)方案的糾錯效率、容錯閾值，以及量子計算硬件的邏輯門保

真度、可相干操控比特數(shù)等指標，距離實現(xiàn)邏輯量子比特操控和容錯

計算仍有很大差距。QEC未來發(fā)展的主要方向包括，優(yōu)化利用高維度

量子資源實現(xiàn)邏輯量子比特的量子糾錯編碼方案，實現(xiàn)對特定噪聲免

疫的量子態(tài)調(diào)控方案，研究分布式量子糾錯架構(gòu)，在考慮計算資源的

同時探究切合實際的糾錯性能評價指標，實現(xiàn)帶量子糾錯的量子計算

優(yōu)越性等。實用化QEC已經(jīng)成為全球量子計算業(yè)界關(guān)注和攻關(guān)突破

的重點方向，未來還將有更多進展和成果涌現(xiàn)。

量子計算中的疊加和糾纏等狀態(tài)極易受到外界影響而退相干，需

要極低溫、高真空等環(huán)境系統(tǒng)支持，同時對大規(guī)模量子比特的微波或

光學(xué)調(diào)控與測量，也需要高精度和高集成度的測控系統(tǒng)支持。環(huán)境與

測控系統(tǒng)是各種技術(shù)路線的量子計算原型機必不可少的使能組件，也

是當前提升樣機工程化水平面臨的重要技術(shù)瓶頸。

稀釋制冷機采用多級制冷機制，通常使用脈管制冷機降溫至液氦

溫區(qū)（~4K），之后基于氦-3和氦-4混合液的濃縮相和稀釋相分離和

循環(huán)轉(zhuǎn)換進一步降溫，將樣品區(qū)域溫度降低至mK量級，滿足超導(dǎo)和

硅半導(dǎo)體技術(shù)路線量子計算芯片的環(huán)境溫度要求。稀釋制冷機的技術(shù)

難點主要在于前級預(yù)制冷所需的脈沖管和冷頭設(shè)備制造，極低溫區(qū)焊

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

接和檢漏工藝，以及樣品空間和制冷量提升等方面。稀釋制冷機作為

量子計算的核心裝備，提升國產(chǎn)化自主供給能力對于保障科研探索與

工程研發(fā)意義重大。近年來，國內(nèi)相關(guān)單位持續(xù)研發(fā)攻關(guān)，在樣機產(chǎn)

品研制方面取得重要進展。2023年，中科院物理所、中船重工鵬力、

本源量子等單位相繼發(fā)布了稀釋制冷機樣機和相關(guān)產(chǎn)品，技術(shù)指標與

國外商用產(chǎn)品接近。未來，還需進一步提升樣品空間和制冷量，以及

設(shè)備集成化水平，支持量子處理器大規(guī)模擴展。

真空腔是離子阱和中性原子技術(shù)路線的量子計算機必需的運行

環(huán)境，主要功能是消除真空腔內(nèi)的氣體分子，降低其與離子或原子的

碰撞概率，避免離子或原子脫離囚禁，從而提升離子阱或原子陣列囚

禁穩(wěn)定性和相干時間。真空腔主要技術(shù)難點在于高性能吸氣劑泵和分

子泵等關(guān)鍵組件的研制，以及提升氣體抽速及腔內(nèi)真空度等指標。未

來進一步提升真空度可以使用更高復(fù)雜度和成本的低溫泵系統(tǒng)。2022

年11月，啟科量子發(fā)布41了離子阱用低溫真空系統(tǒng)<Aba|Qu|Cryovac>，

將低溫、真空、電氣、光學(xué)四大核心要素進行有機整合，為樣機系統(tǒng)

研制提供環(huán)境保障。

量子計算測控系統(tǒng)主要用于生成操控和測量量子比特的物理信

號，按照技術(shù)路線的不同需求大致可分為兩類。一是離子阱、中性原

子和光量子等技術(shù)路線所需的光學(xué)測控系統(tǒng)，通過激光囚禁或激發(fā)天

然原子，實現(xiàn)量子比特操縱，再通過單光子探測或熒光成像等方案實

現(xiàn)量子態(tài)測量和讀出。二是超導(dǎo)、半導(dǎo)體等技術(shù)路線所需的微波測控

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

系統(tǒng)，通過產(chǎn)生微波信號激勵和測量量子比特狀態(tài)。測控系統(tǒng)屬于傳

統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，相對而言難度較低，在國內(nèi)外也有多家可提供相關(guān)設(shè)備

產(chǎn)品。2023年，蘇黎世儀器發(fā)布QCCS測控系統(tǒng)，科大國盾推出ez-

Q?Engine超導(dǎo)量子計算操控系統(tǒng)，中微達信推出ZW-QCS1000可支

持數(shù)百位超導(dǎo)和硅半導(dǎo)體量子計算的測控系統(tǒng)。

未來，量子計算的比特數(shù)量規(guī)模和操控精度要進一步提升，會對

環(huán)境與測控系統(tǒng)提出更為苛刻的要求。稀釋制冷機支持數(shù)千比特量級

的布線和制冷，真空系統(tǒng)邁向極高真空環(huán)境（<1E-12mbar）仍有很大

工程挑戰(zhàn)性，激光和微波測控系統(tǒng)也需要提出新型測控架構(gòu)和進一步

提高集成度。當前多種量子計算技術(shù)路線的并行發(fā)展，不同技術(shù)路線

對于測控系統(tǒng)的需求各有差異，也導(dǎo)致測控系統(tǒng)、低溫電子學(xué)組件和

光電元器件等量子計算供應(yīng)鏈的碎片化，上游供應(yīng)商還難以聚焦某種

技術(shù)路線開展測控系統(tǒng)和核心組件的集中攻關(guān)和性能提升。

(三)軟件與云平臺發(fā)展迭代迅速，成熟度有待提升

量子計算軟件是連接使用者與硬件的關(guān)鍵紐帶，量子計算軟硬件

的結(jié)合，有望為多行業(yè)領(lǐng)域研究人員提供理論研究與應(yīng)用探索方面的

有力支持。量子計算軟件需要滿足量子計算的底層理論與算法邏輯，

提供面向不同技術(shù)路線和硬件方案的量子指令集，編譯功能與中間表

示，并提供基于開源的編程語言框架，特異性與專業(yè)性較強，目前處

于設(shè)計開發(fā)與生態(tài)構(gòu)建的早期階段。業(yè)界在量子計算編譯軟件、應(yīng)用

開發(fā)軟件、測控軟件、EDA軟件等多層次開展布局。

量子計算編譯軟件用于規(guī)范量子編程邊界并保證編譯正確執(zhí)行，

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量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報告（2023年）

提供完善的、體系化的語法規(guī)則用于協(xié)調(diào)和約束量子操作以及經(jīng)典操

作。2023年，Pasqal發(fā)布中性原子量子計算軟件PulserStudio42，能夠

以圖形方式構(gòu)建量子寄存器并設(shè)計脈沖序列。應(yīng)用開發(fā)軟件提供創(chuàng)建

和操作量子程序的量子計算工具集、組件與算法庫，支持開發(fā)者編寫、

運行、檢驗量子算法和程序。Intel發(fā)布量子計算開發(fā)平臺SDK1.043，

QCWare推出量子化學(xué)軟件SaaSPromethium44，QuantumBrilliance發(fā)

布量子計算開發(fā)工具包QristalSDK45，涵蓋經(jīng)典量子混合應(yīng)用、化學(xué)

模擬以及自動駕駛等用例。量子計算測控軟件提供量子芯片控制、處

理、運算等功能，同時支持測量結(jié)果反饋以及芯片校準。2023年，蘇

黎世儀器發(fā)布LabOneQ操控軟件，為量子計算提供完整測控框架，

啟科量子發(fā)布離子阱環(huán)境控制系統(tǒng)<Aba|Qu|ENV>46。芯片EDA軟件

實現(xiàn)量子芯片自動化設(shè)計、參數(shù)標定與優(yōu)化、封裝設(shè)計等功能。亞馬

遜推出開源軟件平臺Palace47，可完成復(fù)雜電磁模型模擬并支持量子

計算硬件設(shè)計。量旋科技發(fā)布超導(dǎo)芯片EDA軟件天乙48。

量子計算軟件作為連接硬件和承載應(yīng)用的中間環(huán)節(jié)，在硬件系統(tǒng)

多種技術(shù)路線并行發(fā)展尚未融合收斂，應(yīng)用探索廣泛開展但尚未實現(xiàn)

重大突破的情況下，難以完全明確目標需求和確定技術(shù)架構(gòu)方案，仍

處于開放式探索階段，技術(shù)水平屬于工具級，與經(jīng)典軟件成熟度相去

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43/content/www/us/en/newsroom/news/intel-releases-quantum-sdk.html#gs.riwex3

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