【光子盒】2025全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望報(bào)告

20252025全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望2025/02量子科技年度系列報(bào)告1融合賦能產(chǎn)業(yè)新程當(dāng)人類文明邁入21世紀(jì)第三個(gè)十年，量子計(jì)算已不再是實(shí)驗(yàn)室里的科學(xué)暢想，而是成為重塑全球科技版圖的核心變量。2024年，谷歌"Willow"量子處理器與中國(guó)"祖沖之三號(hào)"芯片的相繼問世，標(biāo)志著量子計(jì)算正式進(jìn)入中美雙極競(jìng)速的新紀(jì)元。2025年，這場(chǎng)關(guān)乎未來技術(shù)主權(quán)的博弈將迎來歷史性轉(zhuǎn)折——技術(shù)突破、產(chǎn)業(yè)融合與地緣戰(zhàn)略的交織，正在為全球量子計(jì)算格局寫下新的注腳。美國(guó)憑借其深厚的芯片技術(shù)積淀與算法創(chuàng)新能力，構(gòu)建了量子計(jì)算領(lǐng)域的"技術(shù)護(hù)城河"。從IBM的量子體積突破到谷歌的糾錯(cuò)算法迭代，美國(guó)企業(yè)依托頂尖人才池、資本聚合效應(yīng)和開放的創(chuàng)新生態(tài)，持續(xù)鞏固硬件與軟件的雙重優(yōu)勢(shì)。然而，技術(shù)壁壘并非不可逾越的高墻。中國(guó)以舉國(guó)體制為支撐，在量子網(wǎng)絡(luò)、超導(dǎo)、離子阱技術(shù)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)差異化突圍，未來更可以以龐大的數(shù)據(jù)資源與人工智能的深度融合，開辟了一條"量子-智能"協(xié)同發(fā)展的獨(dú)特路徑。當(dāng)下，全球量子計(jì)算的競(jìng)爭(zhēng)邏輯已悄然改變：算力競(jìng)賽的終點(diǎn)不再是單一的物理比特?cái)?shù)，而是量子計(jì)算與人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信、產(chǎn)業(yè)場(chǎng)景的深度耦合能力。值得警惕的是，量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正面臨"技術(shù)理想主義"與"商業(yè)現(xiàn)實(shí)需求"的撕裂。超導(dǎo)與光量子技術(shù)路線的分野、專用與通用量子計(jì)算機(jī)的博弈、短期場(chǎng)景落地與長(zhǎng)期戰(zhàn)略投入的權(quán)衡，都在考驗(yàn)各國(guó)政府的戰(zhàn)略定力。在此背景下，美國(guó)試圖通過《國(guó)家量子倡議法案》2.0版，將量子優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為軍事與安全領(lǐng)域的戰(zhàn)略籌碼，而中國(guó)則有條不紊，井然有序推進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)自主化。作為光子盒研究院院長(zhǎng)，我始終堅(jiān)信：量子計(jì)算的終極價(jià)值不在于零和博弈中的技術(shù)霸權(quán)，而在于其對(duì)人類認(rèn)知邊界的突破。本報(bào)告將從技術(shù)路線、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、地緣政治三維視角，解析2025年量子計(jì)算發(fā)展的十大趨勢(shì)展望、三大矛盾與兩類范式革命。我們?cè)噲D回答一個(gè)根本性問題——當(dāng)量子計(jì)算從"實(shí)驗(yàn)室變量"轉(zhuǎn)化為"文明常量"時(shí)，人類將如何平衡競(jìng)爭(zhēng)與合作、安全與發(fā)展、倫理與創(chuàng)新的永恒命題？歷史從不等待猶豫者。2025年，量子計(jì)算的"臨界點(diǎn)"已觸手可及。光子盒研究院院長(zhǎng)201本報(bào)告體現(xiàn)的內(nèi)容和闡明的觀點(diǎn)力求獨(dú)立、客觀，本報(bào)告中的信息或所表述的觀點(diǎn)均不構(gòu)成投資建議，請(qǐng)謹(jǐn)慎參考。02本報(bào)告旨在梳理和呈現(xiàn)2024年度內(nèi)全球與量子細(xì)分技術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)生的重要事件，涉及數(shù)據(jù)及信息以公開資料為主，以及對(duì)公開數(shù)據(jù)的整理。并且，結(jié)合發(fā)布之時(shí)的全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)短期未來可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)判描述。03本報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注2024年度量子計(jì)算細(xì)分行業(yè)發(fā)生的相關(guān)內(nèi)容，以當(dāng)?shù)貢r(shí)間報(bào)道為準(zhǔn)，以事件初次發(fā)布之時(shí)為準(zhǔn)。對(duì)同一內(nèi)容或高度相似內(nèi)容的再次報(bào)道，若跨年度，不視為2024年發(fā)生的重要事件。04本報(bào)告版權(quán)歸光子盒研究院所有，其他任何形式的使用或傳播，包括但不限于刊物、網(wǎng)站、公眾號(hào)或個(gè)人使用本報(bào)告內(nèi)容的，須注明來源（2025年全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望[R].光子盒研究院.2025.02）。本報(bào)告最終解釋權(quán)歸光子盒研究院所有。05任何個(gè)人和機(jī)構(gòu)，使用本報(bào)告內(nèi)容時(shí)，不得對(duì)本報(bào)告進(jìn)行任何有悖原意的引用、刪減和篡改。未經(jīng)書面許可，任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、發(fā)表、印刷等。如征得同意進(jìn)行引用、轉(zhuǎn)載、刊發(fā)的，需在允許范圍內(nèi)。違規(guī)使用本報(bào)告者，承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。06本報(bào)告引用數(shù)據(jù)、事件及觀點(diǎn)的目的在于收集和歸納信息，并不代表贊同其全部觀點(diǎn)，不對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。07本報(bào)告涉及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)截至統(tǒng)計(jì)之時(shí)的情況，不代表未來情況，不夠成投資建議，請(qǐng)謹(jǐn)慎參考。3研究方法本研究報(bào)告基于系統(tǒng)化、科學(xué)化和多元化的研究方法論，通過深度數(shù)據(jù)挖掘、專家洞見提煉、產(chǎn)業(yè)建模分析與多維價(jià)值鏈?zhǔn)崂恚轿辉u(píng)估量子科技的技術(shù)前沿、市場(chǎng)潛力及其產(chǎn)業(yè)化路徑01多源數(shù)據(jù)收集與驗(yàn)證：本研究采用橫跨多維度、多渠道的精細(xì)化數(shù)據(jù)采集策略，涵蓋量子科技領(lǐng)域的多元數(shù)據(jù)源，包括全球量子產(chǎn)業(yè)鏈中的核心企業(yè)公開數(shù)據(jù)、領(lǐng)先科研機(jī)構(gòu)的技術(shù)研發(fā)成果、政策法規(guī)解讀、行業(yè)市場(chǎng)洞察及學(xué)術(shù)文獻(xiàn)等。為確保數(shù)據(jù)的廣泛代表性與嚴(yán)謹(jǐn)性，我們對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了多輪驗(yàn)證與交叉比對(duì)，構(gòu)建高質(zhì)量的實(shí)證數(shù)據(jù)集，以支持后續(xù)分析工作的科學(xué)性與精確性。02專家網(wǎng)絡(luò)與深度訪談：通過建立涵蓋不同領(lǐng)域的多層次專家網(wǎng)絡(luò)，本研究與量子科技領(lǐng)域的一線從業(yè)人員展開了深度對(duì)話。受訪專家包括知名量子科技企業(yè)的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)及技術(shù)負(fù)責(zé)人、行業(yè)協(xié)會(huì)的資深顧問、頂尖高校及科研機(jī)構(gòu)的量子科學(xué)家等。訪談以結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化相結(jié)合的方式進(jìn)行，圍繞技術(shù)路徑、企業(yè)商業(yè)模式及未來發(fā)展等關(guān)鍵議題展開，從而提煉具有高度前瞻性的洞見。03先進(jìn)建模與數(shù)據(jù)量化分析：結(jié)合全球管理咨詢領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究構(gòu)建了多層次分析框架與量化模型，以揭示量子科技產(chǎn)業(yè)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)和潛在價(jià)值。運(yùn)用各類統(tǒng)計(jì)模型、預(yù)測(cè)算法及市場(chǎng)模擬技術(shù)，對(duì)投融資活動(dòng)、市場(chǎng)規(guī)模及產(chǎn)業(yè)鏈分布進(jìn)行量化分析，力求精準(zhǔn)刻畫量子科技行業(yè)的發(fā)展路徑及關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。04產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈及場(chǎng)景化洞察：研究采用端到端價(jià)值鏈分析方法，全面梳理量子科技在產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)中的核心要素，從上游關(guān)鍵技術(shù)與核心組件研發(fā)，到中下游應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)及市場(chǎng)拓展。系統(tǒng)探討了量子技術(shù)在衛(wèi)星通信、無源導(dǎo)航、金融、化工、材料、能源電力、基礎(chǔ)科研、生命科學(xué)等多個(gè)重點(diǎn)行業(yè)的潛在變革性應(yīng)用，為行業(yè)賦能提供戰(zhàn)略參考。05地區(qū)與政策差異化分析：本研究從全球視角出發(fā)，開展了區(qū)域比較分析，重點(diǎn)評(píng)估全球各主要科技國(guó)家和地區(qū)在量子科技領(lǐng)域的政策扶持、創(chuàng)新生態(tài)、人才集聚及技術(shù)商業(yè)化等能力?；诓町惢ㄎ?，揭示了區(qū)域之間的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)與互補(bǔ)性，為全球量子科技協(xié)同發(fā)展提供洞見支持。4本篇報(bào)告由量子科技服務(wù)平臺(tái)光子盒下屬光子盒研究院撰寫和發(fā)布。感謝包括但不限于以下公司給予技術(shù)和素材的支持：586研究對(duì)象本報(bào)告的核心研究對(duì)象是量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)。量子計(jì)算機(jī)是一種基于量子力學(xué)原理構(gòu)建的計(jì)算設(shè)備，是以量子比特（qubit）為基本單元，利用干涉、疊加、糾纏等量子特性，通過量子門操作對(duì)量子態(tài)進(jìn)行演化，最終通過測(cè)量獲取計(jì)算結(jié)果的物理系統(tǒng)。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)利用量子并行性和量子態(tài)演化，在特定問題（如大數(shù)分解、量子化學(xué)模擬）上可實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的指數(shù)級(jí)加速，具有重大戰(zhàn)略意義和科學(xué)價(jià)值，是實(shí)現(xiàn)未來算力飛躍的重要手段之一。量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)則是以量子力學(xué)原理為理論基礎(chǔ)，圍繞量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)、制造、應(yīng)用及生態(tài)構(gòu)建形成的綜合性產(chǎn)業(yè)體系。當(dāng)前，量子計(jì)算正處于技術(shù)攻堅(jiān)和應(yīng)用探索的關(guān)鍵時(shí)期，各技術(shù)路線均處于快速進(jìn)展階段，哪條技術(shù)路線能最終勝出仍未有定論，技術(shù)路線未收斂。主要技術(shù)路線包括：超導(dǎo)、離子阱、中性原子、光量子、半導(dǎo)體、金剛石色心、拓?fù)涞燃夹g(shù)路線各有千秋，核心差異在于：物理載體（電路/離子/光子）、操控能標(biāo)（微波/光頻/靜電）、環(huán)境需求（低溫/真空/磁場(chǎng)）及擴(kuò)展瓶頸（退相干/串?dāng)_/光子損耗）等方面。所有技術(shù)路線均需滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：u量子比特定義：可區(qū)分的二分量子態(tài)（|0,,|1,）。u幺正演化：量子門操作滿足幺正性（U?U=I）。u糾纏能力：實(shí)現(xiàn)至少兩比特受控門（如CNOT）。u可擴(kuò)展性：比特?cái)?shù)N可物理擴(kuò)展（N≥50為中等規(guī)模）。u測(cè)量兼容性：符合Born規(guī)則的概率輸出。7以下對(duì)各主要技術(shù)路線分別進(jìn)行定義。超導(dǎo)量子計(jì)算是利用約瑟夫森結(jié)的超導(dǎo)電路量子態(tài)（如Transmon的電荷-相位自由度）編碼量子比特，通過微波脈沖（GHz頻段）操控量子態(tài)，依賴電容或諧振腔光子耦合實(shí)現(xiàn)多比特糾纏。超導(dǎo)量子計(jì)算需要運(yùn)行于稀釋制冷機(jī)環(huán)境（~10mK）以維持量子相干性。離子阱量子計(jì)算是通過電磁場(chǎng)（Paul/Penning阱）囚禁離子鏈（如Yb+/Ca+以電子基態(tài)與亞穩(wěn)態(tài)編碼量子比特，利用激光誘導(dǎo)拉比振蕩實(shí)現(xiàn)單比特門，通過共享聲子模式的M?lmer-S?rensen相互作用完成多比特糾纏。離子阱量子計(jì)算需超高真空（<10-11mbar）與激光冷卻（μK級(jí)）等核心設(shè)備。中性原子量子計(jì)算是以光鑷陣列囚禁中性原子（如Rb/Cs量子比特編碼于基態(tài)與里德堡態(tài)（n>50），通過里德堡阻塞效應(yīng)實(shí)現(xiàn)受控相位門，依賴偶極-偶極相互作用（C?系數(shù)）構(gòu)建糾纏。中性原子量子計(jì)算需激光冷卻（μK級(jí)）與光晶格束縛等核心設(shè)備。光量子計(jì)算是以光子偏振/路徑自由度編碼量子比特，通過線性光學(xué)元件（分束器、波片）和Hong-Ou-Mandel干涉實(shí)現(xiàn)量子邏輯門，依賴糾纏光子源（SPDC）與單光子探測(cè)器完成測(cè)量。半導(dǎo)體量子計(jì)算是利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)中的電子/空穴自旋態(tài)（如Si/SiGe或GaAs異質(zhì)結(jié)）編碼量子比特，通過電控勢(shì)阱局域載流子，借助自旋共振（ESR）或交換相互作用（Heisenberg模型）實(shí)現(xiàn)門操作。拓?fù)淞孔佑?jì)算利用非阿貝爾任意子（如Majorana零能模或ν=5/2分?jǐn)?shù)量子霍爾態(tài)）的拓?fù)浜?jiǎn)并態(tài)存儲(chǔ)量子信息，通過編織這些任意子（即交換它們的位置），可以實(shí)現(xiàn)量子比特的操作。012024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽9第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽等方面均取得了顯著的進(jìn)展，與此同時(shí)，隨著全球量子計(jì)算的競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈焦灼，更多歐美國(guó)家（如美國(guó)、荷蘭等國(guó)家）將禁運(yùn)條目從量子計(jì)算機(jī)整機(jī)擴(kuò)展到了量子計(jì)算上游設(shè)備及部件，全球量子計(jì)算資源封鎖和交流阻礙情況日益嚴(yán)峻。中國(guó)量子計(jì)算在過去一年同樣取得各項(xiàng)突破性進(jìn)展，特別是在產(chǎn)業(yè)鏈自主化方面完成了多項(xiàng)歐洲與亞太地區(qū)（除中國(guó)）處于第二梯隊(duì)。技是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算的三條主流路線，光量子計(jì)算技術(shù)進(jìn)展緩慢，半導(dǎo)體路線驗(yàn)室階段。軟件方面，使用人工智能（AI）輔助量子硬件測(cè)控及量子線路設(shè)計(jì)成為系統(tǒng)軟算法方面，由于當(dāng)前的量子計(jì)算機(jī)硬件還不足以提供實(shí)際可用的算力，因此難），下游應(yīng)用方面，隨著量子優(yōu)越性的演示以及量子計(jì)算云平臺(tái)的搭建，更多的行全球范圍內(nèi)的應(yīng)用仍以探索嘗試為主。第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽圖表2024全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)圖譜2024全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)圖譜CKiutraCKiutraOMUFGBBV人OMUFGnLIGHT"uec。BLWEFORSDESOnLIGHT"uec。BLWEFORSDESO賦SNMSUNG賦SNMSUNGrigettirigetti量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈IBMQ量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈IBMQ 中中bleximoXPXPC12eC12e思el.JiHITACHlIypsiQuantumJiHITACHlIypsiQuantum第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽求。圖拓展相關(guān)業(yè)務(wù)。擾。統(tǒng)能夠同時(shí)支持高并行度的量子門操作和態(tài)讀取。第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽試服務(wù)。到國(guó)際一流水準(zhǔn)。第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽發(fā)以及量子相關(guān)人才培養(yǎng)。第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽路線機(jī)構(gòu)型號(hào)發(fā)布日期量子比特?cái)?shù)/模式數(shù)Ankaa-32日本理化學(xué)研究所-超導(dǎo)中電信量子天衍504（驍鴻）2024.04504北京量子院Yunmeng（北京量子院Yunmeng（云蒙）2024.04本源量子本源悟空2024.0172物理所物理所、北京量子院莊子號(hào)2023.0843光量子量旋科技光量子大熊座離子阱華翊量子-幺正量子中性原子Pasqal中科酷原漢原一號(hào)中國(guó)科大九章三號(hào)Xanadu949（變量數(shù)）-硅臻-于計(jì)算的，邏輯的、耦合的不考慮在內(nèi)。第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽），的混合量子計(jì)算管道。訂為空軍開發(fā)量子軟件的合同。第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在提高效率方面的潛力。計(jì)算衍生品鞅定價(jià)的量子算法。第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽低成本地訪問優(yōu)質(zhì)的量子計(jì)算資源。將量子計(jì)算的原理與云基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，有望顯著降低量子計(jì)算資源的使用門檻，使科研人員和開發(fā)人員無需依賴量子硬件即可近年來，量子計(jì)算機(jī)構(gòu)與超算中心持續(xù)推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典超算的融合。量圖表量子計(jì)算云平臺(tái)功能框架應(yīng)用層平臺(tái)層基礎(chǔ)設(shè)施層接入門戶服務(wù)門戶管理門戶應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)服務(wù)運(yùn)營(yíng)管理用戶管理計(jì)費(fèi)管理運(yùn)營(yíng)分析報(bào)表管理監(jiān)測(cè)管理安全保障通用安全主機(jī)安全編程開發(fā)任務(wù)調(diào)度數(shù)據(jù)庫程序編譯任務(wù)調(diào)度中間件基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)資源管理虛擬資源物理資源量子物理資源經(jīng)典物理資源外圍基礎(chǔ)設(shè)施第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽例如，中國(guó)電信發(fā)布四算融合試驗(yàn)場(chǎng)，以天翼云（安徽）智算中心離子阱量子計(jì)算公司IonQ合作，將Rescale云平臺(tái)已承載的1000多個(gè)交鑰匙研發(fā)應(yīng)第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽圖表2024年全球量子計(jì)算企業(yè)融資筆數(shù)與金額DT第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽有一定的積極作用。第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽圖表量子計(jì)算發(fā)展生命周期示意圖產(chǎn)業(yè)規(guī)模產(chǎn)業(yè)規(guī)模2020之前2020-20242025-20302031-20342034之后2020之前2020-20242025-20302031-20342034之后時(shí)間萌芽期成長(zhǎng)期起步期萌芽期成長(zhǎng)期起步期第一章2024產(chǎn)業(yè)發(fā)展概覽02上游核心設(shè)備與器件第二章第二章上游核心設(shè)備與器件上游核心設(shè)備與器件第二章第二章上游核心設(shè)備與器件左右的極低溫極低噪環(huán)境，因此占據(jù)著極其重要的地位。然而，盡管稀釋制冷機(jī)在技術(shù)上已經(jīng)基本成熟，但是受到美國(guó)及其盟友禁運(yùn)政策的影響，中國(guó)與歐美在該產(chǎn)隨著量子計(jì)算技術(shù)被各國(guó)納入戰(zhàn)略體系，稀釋制冷機(jī)作為量子計(jì)算的核心設(shè)備歐美國(guó)家除了立法限制包括稀釋制冷機(jī)在內(nèi)的量子科技上游設(shè)備出口，也在立項(xiàng)發(fā)展稀釋制冷機(jī)。例如，2024年，歐盟發(fā)起并聯(lián)合11國(guó)36個(gè)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)ARCTIC保障稀釋制冷機(jī)供應(yīng)安全已成為全球共識(shí)。自2022年歐美國(guó)家對(duì)華禁運(yùn)稀釋制冷機(jī)以來，中國(guó)面臨稀釋制冷機(jī)供應(yīng)不足、平，并實(shí)現(xiàn)了1000uW稀釋制冷機(jī)及搭載國(guó)產(chǎn)6-1-1矢量磁體“面向科學(xué)研究用的超低溫測(cè)試平臺(tái)（XS400型稀釋制冷機(jī)）”產(chǎn)品獲評(píng)2024年度第二批安徽省“國(guó)際先進(jìn)、實(shí)現(xiàn)自主供應(yīng)第二章上游核心設(shè)備與器件破了歐美在該領(lǐng)域的技術(shù)封鎖。2024年，是中國(guó)稀釋制冷機(jī)的國(guó)產(chǎn)化元年，中國(guó)稀釋制冷機(jī)的產(chǎn)能、性已接近國(guó)際領(lǐng)先水平。能力，為技術(shù)突破提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；其二，歐美因禁運(yùn)讓渡出的市場(chǎng)空間，為中國(guó)企業(yè)提供了發(fā)展機(jī)遇；其三，政策導(dǎo)向加速了技術(shù)攻關(guān)審批流程，助力企業(yè)快速推進(jìn)研發(fā)工作。為主。為了能夠更好地滿足量子計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展需求，稀釋制冷機(jī)廠商通過多種方式改間形狀和不規(guī)則區(qū)域，可緊密貼合在冷盤或其他部件復(fù)用、頻分復(fù)用等技術(shù)也有助于減少每個(gè)量子比特使用的線纜條數(shù)。鑒于商用稀釋制冷機(jī)中液氦溫區(qū)制冷機(jī)功耗大且效率低，可采用大型氦液化器替代，以大幅降低嘗試通過3D打印技術(shù)、納米金屬線材料等方式開發(fā)新針對(duì)低振動(dòng)等應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)可暫時(shí)關(guān)閉預(yù)冷制冷機(jī)（振動(dòng)源）并維持運(yùn)行的結(jié)構(gòu)等。第二章上游核心設(shè)備與器件量羲技術(shù)推出了1000μW大冷量無液氦稀釋制冷機(jī)，可以搭載信號(hào)測(cè)量的整體解決方案。中國(guó)知冷低溫推出的ZL-DR400型極低溫稀釋制冷機(jī)，其連續(xù)運(yùn)行最低溫度7.45mK，制冷功率650μW@100mK、18μW釋制冷機(jī)廠商也在根據(jù)客戶需求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定制，包括小型化、與測(cè)控系統(tǒng)相融合等。進(jìn)行多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的。Bluefors推出了超緊湊版本的稀釋制冷機(jī)系統(tǒng)，占地面積小，適合空間有限的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，或者需要在單個(gè)空間中單元的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。企業(yè)目前處于國(guó)際領(lǐng)先地位，這些公司成立時(shí)間較早第二章上游核心設(shè)備與器件中國(guó)對(duì)稀釋制冷機(jī)的研發(fā)起步相對(duì)較晚，但通過持續(xù)投入研發(fā)資金，現(xiàn)已成功研制出高性能指標(biāo)的無液氦稀釋制冷機(jī)，標(biāo)志著中國(guó)超低溫制冷技術(shù)在全球科技競(jìng)在振動(dòng)方面，除去芯片部分的量子比特對(duì)振動(dòng)十分敏感外，稀釋制冷機(jī)本身對(duì)力學(xué)干擾也非常敏感。來自機(jī)械制冷機(jī)、真空泵組等的振動(dòng)都會(huì)直接造成稀釋單元內(nèi)部液體的振顫，動(dòng)能直接轉(zhuǎn)化為熱能將造成一定的溫升，同時(shí)還會(huì)造成溫度計(jì)和將有效減少稀釋單元陣列數(shù)量、減少體積和成本。但單組稀釋單元美企業(yè)的大功率稀釋單元研發(fā)也正處于起步階段，因此對(duì)于中國(guó)來說，并沒有現(xiàn)成量子計(jì)算的快速發(fā)展為稀釋制冷機(jī)市場(chǎng)帶來了新的風(fēng)口。尤其是在超導(dǎo)量子計(jì)第二章上游核心設(shè)備與器件美元，其中，歐洲市場(chǎng)規(guī)模約1.47億美元，北美市場(chǎng)規(guī)模約1.1求旺盛，因此可以在短期內(nèi)迅速?gòu)浹a(bǔ)出口缺口。而中國(guó)稀釋制冷機(jī)產(chǎn)業(yè)在歐美禁運(yùn)稀釋制冷機(jī)在中國(guó)的產(chǎn)能在短期內(nèi)難以滿足市場(chǎng)的迫切需求，致使市場(chǎng)供需關(guān)系嚴(yán)大在稀釋制冷機(jī)研發(fā)與生產(chǎn)領(lǐng)域的投入。科研機(jī)構(gòu)積極組建專業(yè)團(tuán)隊(duì)，攻克技術(shù)難中國(guó)產(chǎn)稀釋制冷機(jī)的產(chǎn)能相較于2023年實(shí)現(xiàn)了大幅提升，市場(chǎng)規(guī)模也已接近禁運(yùn)前水平?？偟膩碚f，稀釋制冷機(jī)行業(yè)將繼續(xù)受益于量子計(jì)算等前沿領(lǐng)域的快速發(fā)展。未來隨著超導(dǎo)量子計(jì)算技術(shù)成熟，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)將轉(zhuǎn)向“量子適配性”——即設(shè)備在熱管理、振動(dòng)控制等方面與量子比特系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化能力，以確保整體系統(tǒng)性能的穩(wěn)定與高效。市場(chǎng)數(shù)據(jù)與技術(shù)創(chuàng)新軌跡共同揭示，原本歐美作為技術(shù)封鎖工具的禁運(yùn)政策，客觀上加速了中國(guó)在稀釋制冷機(jī)領(lǐng)域的自主化進(jìn)程，為全球量子計(jì)算競(jìng)賽增添了新的變數(shù)。圖表2024年全球稀釋制冷機(jī)各地區(qū)市場(chǎng)規(guī)模（單位：%，百萬美元）2024第二章第二章上游核心設(shè)備與器件量子測(cè)控系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算的核心支撐，其核心使命是通過高保真度量固態(tài)量子體系測(cè)控設(shè)備：主要針對(duì)以超導(dǎo)、半導(dǎo)體量子比特的測(cè)控，供應(yīng)商包非固態(tài)量子體系測(cè)控設(shè)備：包括離子阱量子比特和中性原子量子比特的測(cè)控。此類測(cè)控設(shè)備多由中游整機(jī)企業(yè)采購(gòu)元器件后設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試，例如美國(guó)軟件系統(tǒng)加入自動(dòng)化的功能非常重要。輯判斷等。（2）低溫化。室溫量子測(cè)控系統(tǒng)作為經(jīng)典-量子接口，為每一個(gè)量子比特提供了門脈沖偏置、微波脈沖激勵(lì)和色散反射測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)高保真度、大規(guī)模并行的量的超導(dǎo)/硅基量子比特需要穿越復(fù)雜的電子線路和多層制冷機(jī)冷盤，才能與室溫反饋延遲問題。第二章上游核心設(shè)備與器件為取代室溫測(cè)控設(shè)備，基于先進(jìn)的硅基CMOS工藝制程，實(shí)現(xiàn)量子測(cè)控系統(tǒng)的了未來大規(guī)模量子計(jì)算的核心技術(shù)之一。支撐。特控制電子器件位于稀釋制冷機(jī)內(nèi)不同溫區(qū)的半導(dǎo)體制造商。通過采用先進(jìn)CMOS工藝集成低溫測(cè)控系統(tǒng)，可以將微波信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)字處理與讀取模塊直接部署在低溫環(huán)境中，可以顯著降低系統(tǒng)復(fù)雜性和信號(hào)傳輸延遲。這種轉(zhuǎn)變不僅改善了超導(dǎo)量子比特與測(cè)控設(shè)備間的耦合質(zhì)量，還為大規(guī)模、穩(wěn)定和高精度的量子計(jì)算提供了更為理想的物理平臺(tái)。rigetti創(chuàng)建的量子測(cè)試平臺(tái)將Horizon的TripleAlpha量子軟件，與Machines的OPX1000量子控制平臺(tái)整合在一起理器上并行處理算法的、包含經(jīng)典部分和量子部分的經(jīng)典-量第二章上游核心設(shè)備與器件行時(shí)間。未來，為實(shí)現(xiàn)百萬量子比特通用量子計(jì)算機(jī)，除了標(biāo)準(zhǔn)的微波控制線路之外，還可以利用高質(zhì)量光纖和光電探測(cè)器進(jìn)行集成化的全光布線。微波控制信號(hào)可以通過電光調(diào)制器轉(zhuǎn)換為光頻信號(hào)，再經(jīng)光纖傳輸至量子芯片的低溫環(huán)境，最后利用高速光電檢測(cè)技術(shù)將其下變頻回微波頻率范圍。該方式可以在低噪聲尺度下進(jìn)行超導(dǎo)量子比特的高精度控制和讀取，能夠滿足當(dāng)前超導(dǎo)量子信息處理的嚴(yán)格需求。最重要的是，光傳導(dǎo)具有固有的低熱導(dǎo)率和寬帶寬特性，可以高精度、大規(guī)模地多路傳輸相干微波控制脈沖，為實(shí)現(xiàn)百萬量子比特通用量子計(jì)算機(jī)提供了一條可行途徑。以及在部分光量子計(jì)算系統(tǒng)中發(fā)揮作用，涉及的激光器類型包括單頻光纖激光器、飛秒激光器、半導(dǎo)體激光器、鈦寶石激光器等等。為了滿足這些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)激光的調(diào)制。國(guó)上海頻準(zhǔn)等企業(yè)也逐漸在全球量子計(jì)算用激光器市場(chǎng)中嶄露頭角，并且在關(guān)鍵性能指標(biāo)方面較為領(lǐng)先。量子計(jì)算用激光器的發(fā)展方向包括提高穩(wěn)定性、降低低噪聲、集成化以及開發(fā)特定波長(zhǎng)的窄線寬激光器等。量子計(jì)算對(duì)激光器的相位、頻率及功率穩(wěn)定性都有極高要求。量子比特的操控往往依賴于激光脈沖的精確控制，一旦激光頻率漂移或者第二章上游核心設(shè)備與器件國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室通過將包含高亮度紅外半導(dǎo)體量子點(diǎn)單光子發(fā)射器的多個(gè)InAs/InP微芯片混合集成到采用300毫過共振熒光和可擴(kuò)展的發(fā)射波長(zhǎng)可調(diào)性實(shí)現(xiàn)了單光子發(fā)射。此外，為了適應(yīng)量子計(jì)算系統(tǒng)的緊湊化需求，激光器將朝著集成化和小型化方未來可能需要更多定制化的激光器來滿足不同量子系統(tǒng)的需要。例如，選擇特定波長(zhǎng)的激光器來控制原子或離子。因?yàn)槊糠N元素的原子或離子都有其獨(dú)特的光譜線，這些光譜線對(duì)應(yīng)于其電子在不同能級(jí)之間躍遷時(shí)吸收或發(fā)射的光的特定波長(zhǎng)，因此激光的波長(zhǎng)需要與目標(biāo)原子或離子的能級(jí)躍遷相匹配。的波長(zhǎng)控制，激光器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定原子或離子的精確操控，從而實(shí)現(xiàn)量子比特的子量子比特的量子模擬計(jì)算。團(tuán)隊(duì)選用411nm激光器用來操控鐿離子與鐿離子的特第二章上游核心設(shè)備與器件感光元件是實(shí)現(xiàn)非固態(tài)量子比特狀態(tài)讀取的關(guān)鍵元件，包括單光子探測(cè)器（多用于光量子計(jì)算）、電荷耦合器件（多用于離子阱量子計(jì)算）。全球主要供應(yīng)商有未來，量子計(jì)算用單光子探測(cè)器的發(fā)展將著重提升探測(cè)效率、降低暗計(jì)數(shù)率以更低暗計(jì)數(shù)率方面，隨著技術(shù)的進(jìn)步，通過改進(jìn)低溫封裝、增加窄帶濾波器等措施，暗計(jì)數(shù)率有望進(jìn)一步降低，降低至接近零的水平，從而減少噪聲對(duì)量子計(jì)算的干擾，提高量子態(tài)測(cè)量的精度。更高時(shí)間分辨率方面，將多根納米線互嵌并行工作等技術(shù)的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，使計(jì)數(shù)率持續(xù)提升，達(dá)到GHz以上，可實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間內(nèi)對(duì)更多光子的探測(cè)和處理，滿足量子計(jì)算中高速量子比特操作的需求。超導(dǎo)納米線、多線并行工作的方式實(shí)現(xiàn)最大計(jì)數(shù)率5GHz、光更小時(shí)間抖動(dòng)方面，借助自研低溫放大器等技術(shù)有效降低讀取電路噪聲，時(shí)間抖動(dòng)有望進(jìn)一步縮小，達(dá)到皮秒級(jí)甚至更短，提高探測(cè)器的時(shí)間分辨率和精確度，有利于更精確地控制和測(cè)量量子比特的狀態(tài)。將不斷發(fā)展，使其能夠與更多類型的光量子集酸鋰等，實(shí)現(xiàn)更高密度的集成，減少系統(tǒng)體積和復(fù)雜度，和可擴(kuò)展性提供支持。第二章第二章上游核心設(shè)備與器件在量子芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，糾錯(cuò)算法正深刻地重構(gòu)芯片的物理布局邏輯。以表面碼糾錯(cuò)方案為例，其要求量子比特陣列構(gòu)建菱形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；而采用低密度奇偶校優(yōu)化量子比特耦合通道（包括激發(fā)耦合、偏置耦合、讀取耦合及比特間耦合最大限度抑制非預(yù)期耗散路徑；宏觀層面則需建立多級(jí)屏蔽架構(gòu)，消除多控制線/讀取腔間的電磁串?dāng)_。量子芯片為多層圖形結(jié)構(gòu)，需要用到不用的材料。芯片的尺寸多種多樣，大小加。Keysight推出了一款面向超導(dǎo)量子比特處理器設(shè)計(jì)的集成電磁線性電路仿真和量子參數(shù)提取這五大核心功能整合至其最新的第二章上游核心設(shè)備與器件在量子芯片加工制造過程中，隨著量子比特規(guī)模的不斷擴(kuò)展，對(duì)制造工藝提出EPFL"uec洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院與中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所合作開發(fā)了新型性。清華大學(xué)在飛秒激光極限加工精度和單光子器件制備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)激光制備提供了新的技術(shù)路線。制等技術(shù)瓶頸，而金剛石色心體系則受限于微納結(jié)構(gòu)的亞波長(zhǎng)級(jí)加工精度，這兩類固態(tài)量子比特系統(tǒng)的工程化成熟度明顯滯后于超導(dǎo)、離子阱、中性原子及光量子等技術(shù)路線。第二章上游核心設(shè)備與器件當(dāng)量子芯片中的量子比特?cái)?shù)目不斷增加時(shí)，各個(gè)量子比特所需要的控制線路和讀取線路以及相應(yīng)的元件也會(huì)成倍地增加。由此導(dǎo)致芯片的設(shè)計(jì)和制作難度不斷升面對(duì)此現(xiàn)狀，目前多選擇使用倒裝芯片，可以極大程度地解決多超導(dǎo)量子比特之間的串?dāng)_，而且解決了空氣橋工藝有可能引起的結(jié)構(gòu)損耗問題。此外還可以結(jié)合元件等有選擇地分配到多層芯片中，使得布線更方便。但是在量子比特進(jìn)一步增加此外，對(duì)封裝后的芯片進(jìn)行功能、性能和可靠性測(cè)試也是芯片制造過程中的關(guān)量旋科技面向缺乏必要設(shè)備或?qū)I(yè)知識(shí)的公司及研究機(jī)構(gòu)提供專業(yè)的量子芯片測(cè)試服務(wù)，包括量子芯片關(guān)鍵性能指標(biāo)參數(shù)定制化量子算法的運(yùn)行。鑰匙封裝解決方案，最大限度地減少量子技要求和成本。但目前的測(cè)試方案均將芯片置于稀釋制冷機(jī)中進(jìn)行測(cè)試。未來，如何在常溫下對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試或?qū)⒊蔀橐淮笈Ψ较?。第二章第二章上游核心設(shè)備與器件國(guó)盾量子發(fā)布了自主研發(fā)的氧化釕溫度計(jì)ezQ-RX56，產(chǎn)品測(cè)溫極限接近6毫開，刷新了中國(guó)紀(jì)錄。與普通的氧化釕溫度計(jì)未來，極低溫溫度計(jì)將朝著更高精度的方向發(fā)展，推動(dòng)量子測(cè)控系統(tǒng)整機(jī)性能第二章上游核心設(shè)備與器件微波元器件是量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于量子比特的狀態(tài)微波元器件的技術(shù)發(fā)展方向旨在滿足量子計(jì)算機(jī)大規(guī)模擴(kuò)展需求，例如實(shí)現(xiàn)與超導(dǎo)量子比特在低溫環(huán)境下的單片集成。趨勢(shì)，提升測(cè)控系統(tǒng)整機(jī)的性能。。BLUEFORSLNF成能力。微波組件。行器/隔離器。第二章上游核心設(shè)備與器件低溫線纜：高密度布線成制約因素之一當(dāng)量子比特規(guī)模突破千位時(shí)，傳統(tǒng)同軸電纜上萬地集成在一起，因此這種信號(hào)傳輸方式將面臨著很大問此多的控制線路后，稀釋制冷機(jī)有限的制冷量難以保證為量子芯片提供足夠低的基隨著歐洲、日本追隨歐美開始對(duì)中國(guó)實(shí)施禁運(yùn)政策，中國(guó)企業(yè)開始抓緊時(shí)間技術(shù)攻堅(jiān)。等方面具有重要意義。03硬件整機(jī)第三章第三章硬件整機(jī)硬件整機(jī)第三章第三章硬件整機(jī)數(shù)、提高保真度、延長(zhǎng)相干時(shí)間、加快運(yùn)算速度等多個(gè)關(guān)鍵維度。例如，IBM、沖之三號(hào)、Ankaa-3，各項(xiàng)參數(shù)的顯著提升與出色表現(xiàn)充分驗(yàn)證了超導(dǎo)量子計(jì)算的技術(shù)可行性。在上述芯片發(fā)布后，量子計(jì)算相關(guān)股票隨之大漲，體現(xiàn)代量子處理器的認(rèn)可度。低頻率。學(xué)、芝加哥大學(xué)、加州理工學(xué)院利用“雙軌擦除”量子比特雜性和資源需求。第三章硬件整機(jī)富士通采用超導(dǎo)磁通量子比特實(shí)現(xiàn)了量子退火互連與精確耦合態(tài)控制，其倒裝芯片鍵合技術(shù)為門型量子比特互聯(lián)提供了技術(shù)上的可能性。6200萬分之一秒的相干時(shí)間，比其性能最好的鈮基量子比特通過諧振器和雙音譜展示了在寬頻范圍內(nèi)的量子比特可調(diào)性。瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員展示了硅上鋁平面transmon量子比特，其平均時(shí)間為T1、能量弛豫時(shí)間高達(dá)第三章硬件整機(jī)coogle的糾錯(cuò)碼與碼距5的實(shí)時(shí)解碼，并完成碼距29的重復(fù)碼驗(yàn)證。將維持其在量子計(jì)算領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。長(zhǎng)期來看，隨著其他技術(shù)路線配套設(shè)備的不第三章第三章硬件整機(jī)化。采用量子中繼方案的IonQ于2024年成功實(shí)現(xiàn)了離子-光子糾纏以及遠(yuǎn)程離采用AOD尋址方案的華翊量子則在2024年作為后起之秀，幺正量子于2024年正式發(fā)布自主研制的高通光離子阱量子計(jì)算工程清華大學(xué)、華翊量子公司組成的研究人員通過設(shè)計(jì)長(zhǎng)程自旋-第三章硬件整機(jī)美國(guó)離子阱量子計(jì)算公司IonQ宣布在下一代鋇離子開發(fā)平臺(tái)美國(guó)離子阱量子計(jì)算公司Quantinuum提出了一種可擴(kuò)展的方表征。小的單元。成的研究團(tuán)隊(duì)展示了在由四個(gè)離子構(gòu)成的2D晶體中，任意兩擾錯(cuò)誤；設(shè)計(jì)并演示了一種通過交替尋址兩個(gè)目標(biāo)離子的門序址光束而產(chǎn)生串?dāng)_。為量子容錯(cuò)計(jì)算提供了可靠的技術(shù)路徑。第三章硬件整機(jī)比，使用芯片阱的核心差異在于使用電子設(shè)備替代激光來執(zhí)行量子門操作，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：一是電子技術(shù)成熟度高；二是半導(dǎo)體工藝兼容性強(qiáng)；三是單元復(fù)制擴(kuò)展較為便利。然而，該方案也存在明顯劣勢(shì)，比如無法實(shí)現(xiàn)全連接，以及相干時(shí)間待進(jìn)一步驗(yàn)證。真度。Google等借助錯(cuò)誤檢測(cè)碼，利用52個(gè)物理量子比特創(chuàng)建出具總體而言，2024年離子阱技術(shù)的研究重點(diǎn)依然集強(qiáng)化與保真度優(yōu)化這三個(gè)方向。展望未來，一方面，預(yù)計(jì)將有更多的機(jī)構(gòu)投身于離子阱路線的量子糾錯(cuò)研究；另一方面，隨著離子阱量子比特規(guī)模的不斷擴(kuò)展，部分第三章第三章硬件整機(jī)原子實(shí)現(xiàn)量子門；2012年，巴黎高等師范學(xué)院Har微腔，首次實(shí)現(xiàn)了光與原子之間的糾纏。此后，科研人員相繼提出各種原子體系實(shí)現(xiàn)相位門、CNOT門和CZ門的方案，不斷豐富著中性原子量術(shù)手段。2022-2023年，中性原子路線迎來爆發(fā)期，多篇重磅研究成果發(fā)表在了中性原子路線具備優(yōu)異的量子比特?cái)U(kuò)展能力，使得單次囚禁量子比特?cái)?shù)的世界紀(jì)錄不斷被刷新。方面仍落后于超導(dǎo)與離子阱體系。第三章硬件整機(jī)ETHziirich馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員展示了一種量子寄存器，其使用光鑷和光原子發(fā)射光子，并展示了多路復(fù)用原子-光子糾纏，從生成到連接；能適用于全局操控的量子模擬和線路式的量子計(jì)算。第三章硬件整機(jī)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建用于求解費(fèi)米子哈伯德模制中的作用邁出了重要的第一步。ITQuanta等公司都在研發(fā)中性原子量子計(jì)算機(jī)。莫斯科國(guó)立大學(xué)和使用原子為銣原子。了大規(guī)模中性原子量子計(jì)算的可行性。在Pasqal的量子計(jì)算作和量子算法。在6K低溫環(huán)境下，成功利用大型光鑷陣列隨著對(duì)中性原子的測(cè)控技術(shù)逐步成熟，預(yù)計(jì)未來會(huì)有更多高校、科研院所和企業(yè)選擇布局中性原子路線。然而，目前如何在大規(guī)模原子陣列中實(shí)現(xiàn)高保真度的量子門操作，仍然是現(xiàn)階段中性原子量子計(jì)算領(lǐng)域亟待攻克的難題，并將直接影響該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。第三章第三章硬件整機(jī)光量子計(jì)算的器件可沿用現(xiàn)有半導(dǎo)體和硅光工藝制程，加之其“飛行比特”屬性，是現(xiàn)有主流可擴(kuò)展的技術(shù)路線中首個(gè)達(dá)到百量子比特規(guī)模的技術(shù)路線，也被視為是最有希望實(shí)現(xiàn)百萬量子比特的解決方案之一。光子在具備穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，卻也帶來了操控上的間幾乎無法產(chǎn)生有效相互作用，這一特性導(dǎo)致光子量子比特難以直接執(zhí)行雙量子比特門操作。如今，光量子計(jì)算硬件整機(jī)的發(fā)展方向已逐漸從嘗試構(gòu)建通用量子計(jì)算機(jī)。研究人員提出了一個(gè)在二維三角晶格上具有三個(gè)光子的量子行的非經(jīng)典性質(zhì)。第三章硬件整機(jī)盡管如此，仍有許多機(jī)構(gòu)積極探索其他方式來實(shí)現(xiàn)通用光量子計(jì)算，比如，基源態(tài)融合成更大的簇態(tài)，然而，該方案存在明顯難點(diǎn)，即檢測(cè)概率會(huì)隨著構(gòu)成簇態(tài)的光子數(shù)的增加呈指數(shù)式下降。國(guó)家研究委員會(huì)與渥太華大學(xué)提出了一個(gè)利用光子進(jìn)行超快時(shí)間倉編碼的量子信息處理平臺(tái)，具有飛秒到皮秒時(shí)間尺度上的共線時(shí)間干涉網(wǎng)絡(luò)的固有相位穩(wěn)定性，為時(shí)間倉方案的進(jìn)一步發(fā)展提供了技術(shù)支撐。理開銷。新加坡國(guó)立大學(xué)提出了一種方法，僅使用條件位移（和量子比特讀取來證明腔之間的非高斯糾纏。CD見證源于對(duì)固有相位穩(wěn)定性，提供了一條實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性的途徑。第三章硬件整機(jī)硅臻提出將波導(dǎo)模式作為編碼量子信息新自由度，實(shí)現(xiàn)片上波導(dǎo)模式自由度的相干調(diào)控及量子受控非門操作。線性相位-電流關(guān)系。此外，使用這種校準(zhǔn)方法也可以同步提取所有靜態(tài)分束器組件的反射率。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)基于量子門隱形傳態(tài)協(xié)議，成功實(shí)現(xiàn)跨7.0定基礎(chǔ)。第三章第三章硬件整機(jī)2024年，半導(dǎo)體路線進(jìn)展眾多，但缺乏突破性進(jìn)展。半導(dǎo)體技術(shù)路線以硅/鍺硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)為核心架構(gòu)，當(dāng)前面臨的主要瓶頸集中在高純度材料制備難度大以及電進(jìn)而阻礙了半導(dǎo)體量子計(jì)算的快速發(fā)展。的方式來制造量子計(jì)算機(jī)的供體量子比特。水平。第三章硬件整機(jī)鍺量子點(diǎn)陣列中定義了四個(gè)單重態(tài)-三重態(tài)量子比特，并展示了每個(gè)量子比特的雙軸單量子比特控制以及所有鄰近量子比特對(duì)之間的SWAP風(fēng)格的雙量子比特門，平均單量子比特門保真業(yè)大學(xué)采用的SpinBus架構(gòu)，利用電子穿梭的方式來連接量子比特，該架構(gòu)具有低統(tǒng)。第三章硬件整機(jī)Lquobly是目前最先進(jìn)的半導(dǎo)體硬件數(shù)字模擬工具之一。設(shè)計(jì)的創(chuàng)新、協(xié)議搭建的完善、保真度的提升以及運(yùn)行溫度的提第三章第三章硬件整機(jī)色心量子計(jì)算的研究進(jìn)展相對(duì)平緩，研究重點(diǎn)主要集中在優(yōu)化保真度以及延長(zhǎng)相干時(shí)間方面。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，憑借其自身較長(zhǎng)的相干時(shí)間這一獨(dú)特統(tǒng)量子控制技術(shù)產(chǎn)生的能源成本顯著降低。第三章硬件整機(jī)拓?fù)淞孔佑?jì)算依托拓?fù)淠芟兜奈锢肀Ｗo(hù)機(jī)制，從理論層面來講，具備天然的容錯(cuò)特性，并且擁有突破現(xiàn)有技術(shù)格局的巨大潛力，被視為量子計(jì)算領(lǐng)域的一顆“潛力股”。然而當(dāng)前仍受限于馬約拉納零模自由態(tài)制備困難（需極端低溫與超凈環(huán)境）、拓?fù)渚幙棽僮骶炔蛔?、有限尺寸下的退相干效?yīng)等核心問驗(yàn)室驗(yàn)證階段。大學(xué)利用邁斯納效應(yīng)可以在小于10mT磁場(chǎng)下在導(dǎo)體/拓?fù)浣^緣體/超導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)中產(chǎn)生拓?fù)湎?由此誘導(dǎo)具有非阿貝爾統(tǒng)計(jì)屬性的馬約拉納零模。合到單分子磁體來初始化基于磁體-超導(dǎo)體混合網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淞孔颖忍氐膮f(xié)議。的模式。第三章硬件整機(jī)工學(xué)院把雙層石墨烯作為量子計(jì)算平臺(tái)，使用的能谷量子比特的相干時(shí)間是傳統(tǒng)自旋量子比特的20倍；蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研制出全球首個(gè)機(jī)械量子比特；劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室則在常溫條件下對(duì)六方氮化硼實(shí)現(xiàn)了單個(gè)光子發(fā)射缺陷自旋的量子相干控制。在量子計(jì)算技術(shù)路線尚未收斂的大背景下，層出不窮的新興方案不斷拓展著該領(lǐng)域的發(fā)展維度，為量子計(jì)算的未來發(fā)展注入了新的整體成熟度較低，在技術(shù)穩(wěn)定性、計(jì)算效率等ETHzirichEFTHzirich比特量子寄存器或量子傳感器耦合的自旋量子比特。04第四章第四章軟件算法軟件算法第四章第四章軟件算法量子主機(jī)軟件以及量子編譯軟件來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作；而當(dāng)各行業(yè)借助量子算法庫、量子軟件包開展不同領(lǐng)域的研究時(shí)，量子應(yīng)用軟件則成量子編譯軟件在規(guī)范量子編程范式的同時(shí)，為量子程序提供了編譯與執(zhí)行的環(huán)高量子硬件電路優(yōu)化速度和存儲(chǔ)資源占用量等性能，5月將其擴(kuò)展至整個(gè)軟件開發(fā)第四章軟件算法量子應(yīng)用軟件通過集成開發(fā)組件、調(diào)試工具與算法庫，有力地支撐了跨領(lǐng)域的子等均在其云平臺(tái)嵌入開發(fā)組件、調(diào)試優(yōu)化工具和應(yīng)用算法包等，支持開發(fā)者設(shè)計(jì)論加速等功能，用于化學(xué)和材料科學(xué)研究與應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)。中電信量子基于經(jīng)典深模型的運(yùn)行速度和計(jì)算效率，在災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和預(yù)警方面實(shí)現(xiàn)了更快的預(yù)測(cè)。圖表量子軟件分類量子主機(jī)軟件任務(wù)調(diào)度、資源管理、異構(gòu)協(xié)同、硬件驅(qū)動(dòng)量子主機(jī)軟件統(tǒng)、波形系統(tǒng)、糾錯(cuò)系統(tǒng)、……量子軟件量子軟件量子編譯軟件量子編程框架、量子編輯器、代碼編譯器量子編譯軟件機(jī)、……量子應(yīng)用軟件量子優(yōu)化、量子模擬、量子人工智能、量子金融量子應(yīng)用軟件子化學(xué)、……第四章第四章軟件算法混合算法的核心特征在于，量子計(jì)算僅負(fù)責(zé)處理特定子任務(wù)，而經(jīng)典系統(tǒng)主導(dǎo)參數(shù)優(yōu)化循環(huán)。對(duì)應(yīng)到硬件上，量子處理器執(zhí)行含參量子線路并輸出典優(yōu)化器依據(jù)損失函數(shù)對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過不斷迭代逐步逼近最優(yōu)解。二者分工兩大基本特征。條件下的發(fā)展提供了可行路徑。為了使量子-經(jīng)典混合算法能夠更高效地運(yùn)行，學(xué)界提出了三種量子-經(jīng)典融合模型、受限異構(gòu)量子-經(jīng)典計(jì)算（restrictedHeterogeneousQuantum-Classical型。對(duì)這三種模型進(jìn)行比較，QRAM假設(shè)經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)都是理想的，因未來量子-經(jīng)典混合計(jì)算中發(fā)揮重要作用。第四章軟件算法圖表量子-經(jīng)典異構(gòu)算力混合示意圖注：經(jīng)典計(jì)算按照弗林分類法可以分為四類：?jiǎn)沃噶盍鲉螖?shù)MISD）和多指令流多數(shù)據(jù)流機(jī)器（MultipleInstruction代表性的量子-經(jīng)典混合算法包括變分量子本征求解器（VariationalQuantum這些算法在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。例如，VQE憑借其對(duì)量子系統(tǒng)基態(tài)能量的高效求解能力，在量子化學(xué)領(lǐng)域大放異彩，能夠精準(zhǔn)模擬分子結(jié)構(gòu)，助力新型材料的研發(fā)。QAOA則在組合優(yōu)化問題中表現(xiàn)出色，如在物流配送的路徑優(yōu)第四章軟件算法圖表量子算法分類Simon算法、ShorSimon算法、Shor算法、量子相位估計(jì)提供高效的復(fù)雜加密和解密操作年年年年年年年量子算法Grover算法、量子計(jì)數(shù)復(fù)雜的量子系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、定價(jià)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、定價(jià)和投資組合優(yōu)化在多參數(shù)條件下輔助高效設(shè)計(jì)高精度分子動(dòng)力學(xué)模擬搜索算法代數(shù)/數(shù)論量子支持向量機(jī)、量子神經(jīng)量子支持向量機(jī)、量子神經(jīng)數(shù)學(xué)問題建模，二次無約束二元優(yōu)化問題組合問題數(shù)學(xué)問題建模，二次無約束二元優(yōu)化問題組合問題求解器適用于量子計(jì)算中的分子模擬優(yōu)化問題適用于量子計(jì)算中的分子模擬優(yōu)化問題第四章第四章軟件算法量子計(jì)算機(jī)中的錯(cuò)誤可能來自錯(cuò)誤的態(tài)制備、錯(cuò)量子噪聲對(duì)量子計(jì)算系統(tǒng)的影響，從硬件層面抑制錯(cuò)誤的發(fā)生。以基于機(jī)器學(xué)習(xí)的量子抑錯(cuò)技術(shù)為例，其核心在于運(yùn)用監(jiān)督學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)量子線路中的潛在錯(cuò)誤，并動(dòng)態(tài)調(diào)整線路結(jié)構(gòu)，以此將錯(cuò)誤對(duì)最終計(jì)算結(jié)果的影響降至最低，為應(yīng)對(duì)量子噪聲干擾提供了創(chuàng)新性的解決方案。此次合作旨在通過提供無代碼界面和廣泛的API工具來簡(jiǎn)化量汽車位置放置和化學(xué)模擬等真實(shí)用例。量子糾錯(cuò)是一種能夠識(shí)別并糾正量子計(jì)算機(jī)中錯(cuò)誤的算法，通過糾纏多個(gè)物理量子比特來編碼一個(gè)邏輯量子比特，能夠在物理量子比特出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下，在邏偶校驗(yàn)碼等。第四章軟件算法量子糾錯(cuò)方面取得了亮眼的進(jìn)展，使得邏輯量子比特?cái)?shù)提升至50個(gè)（只生成邏輯量子比特，但無法高頻參與計(jì)算）。未來，量子比特的物理布糾正相位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤，顯著降低量子糾錯(cuò)所需的開銷。此外，線路慮軟件級(jí)別的拓?fù)洹Ａ孔右皱e(cuò)和量子糾錯(cuò)發(fā)生在硬件層面，而量子緩錯(cuò)發(fā)生在軟件層面。通過軟件查看量子比特及其連接的錯(cuò)誤率并開發(fā)噪聲模型，可能在線路執(zhí)行后自動(dòng)應(yīng)用，也可能在測(cè)量結(jié)果返回后刻意應(yīng)用。當(dāng)測(cè)量結(jié)果返回時(shí)，軟件會(huì)反向應(yīng)用噪聲模型。例如，零噪聲外推故意增加來自量子線路的噪聲，然后反向工作以確定沒有任何噪聲的結(jié)果可能是什么。當(dāng)下存在一種觀點(diǎn)，認(rèn)為隨著量子糾錯(cuò)技術(shù)的不用后處理的量子緩錯(cuò)技術(shù)重要性會(huì)降低。但實(shí)際情況并非如此，量子緩錯(cuò)技術(shù)在復(fù)服務(wù)提供給用戶使用。第四章第四章軟件算法用各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)來反映身體不同器官或系統(tǒng)的健康狀況。當(dāng)前，受硬件架構(gòu)、計(jì)算成本等多方面因素的影響，并非都具備同等的價(jià)值。隨機(jī)線路采樣等基準(zhǔn)測(cè)試無法適用于所有技術(shù)路線，同時(shí)在面對(duì)同一技術(shù)路線下的未來，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，將以開發(fā)更加通用的基準(zhǔn)測(cè)試框架，建立跨技術(shù)路線的性能指標(biāo)換算體系等為導(dǎo)向。早期廣泛應(yīng)用的隨機(jī)基準(zhǔn)測(cè)試等方法，主要聚焦于量子門錯(cuò)誤率的測(cè)量，但它們無法有效反映出量子計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)復(fù)雜性。事實(shí)上，以量子計(jì)算機(jī)硬件為例，其并不僅僅是量子比特陣列的簡(jiǎn)單組合，核心架構(gòu)中還深度集成了控制器、編譯器、路由器和調(diào)度器等經(jīng)典計(jì)算組件，這些子系統(tǒng)共同承擔(dān)量子比特管理與控制的核心功能。第四章軟件算法這種復(fù)雜架構(gòu)催生出多維度基準(zhǔn)測(cè)試方法：一方面，針對(duì)特定子系統(tǒng)展開專項(xiàng)方便直觀評(píng)估量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)劣。開發(fā)實(shí)用基準(zhǔn)測(cè)試是努力方向之一當(dāng)前的基準(zhǔn)測(cè)試普遍缺乏實(shí)用價(jià)值，而基于實(shí)際問題開展基準(zhǔn)測(cè)試則更具現(xiàn)實(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的相關(guān)指標(biāo)納入評(píng)估體系，能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估量子計(jì)算系統(tǒng)在不同應(yīng)用場(chǎng)景下解決實(shí)際問題時(shí)的性能表現(xiàn)，為量子計(jì)算技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)推廣提供有力支持。圖表基準(zhǔn)測(cè)試的種類第四章軟件算法每種技術(shù)都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和性能指標(biāo)。將各類基準(zhǔn)測(cè)試集成至統(tǒng)一軟件平臺(tái)（類一致的測(cè)試環(huán)境，既有利于技術(shù)路線橫向?qū)Ρ群托阅茉u(píng)估，也具備可觀的商業(yè)應(yīng)用潛力。統(tǒng)與軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款涵蓋比特級(jí)、線路診斷和可視化反饋量子芯片性能信息等優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)測(cè)試算法或軟件的一方可能會(huì)忽略或不知道被測(cè)對(duì)象自身的限制，這使得基準(zhǔn)測(cè)試軟件在與被測(cè)對(duì)象集成時(shí)，問題頻出，例如計(jì)算資源不足、計(jì)算成本因此，設(shè)計(jì)與使用基準(zhǔn)測(cè)試的雙方應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)合作，了解第四章軟件算法圖表基準(zhǔn)測(cè)試與其集成的量子計(jì)算機(jī)之間交互原理Benchmarkingquantumcomputers.NatRevPhys7,05第五章第五章云平臺(tái)云平臺(tái)第五章第五章