前言：
2019年，谷歌用53-Qubit的量子計算機證明了量子計算系統可以解決傳統計算機無(wú)法處理或效率極低的問(wèn)題，量子計算迎來(lái)元年。目前全球已有近 250 家企業(yè)布局量子計算產(chǎn)業(yè)，其中北美地區以43.86%的份額占據市場(chǎng)主導地位，代表企業(yè)包括微軟、谷歌等，技術(shù)路線(xiàn)各異。從國內市場(chǎng)看，2003年，第一個(gè)量子計算研究小組成立，標志著(zhù)中國量子計算起步發(fā)展。2016年以來(lái)，在政策引導下，我國量子計算厚積薄發(fā)，與海外差距不斷縮小，實(shí)現了從跟跑、并跑到部分領(lǐng)跑的歷史性飛躍。
由于目前硬件性能水平距實(shí)現大規?？扇蒎e通用量子計算還有很大差距、軟件和算法尚處在系統開(kāi)發(fā)和生態(tài)構建的初期，全球量子計算應用仍處于早期階段。但隨著(zhù)海內外企業(yè)在各自的技術(shù)路線(xiàn)上不斷突破，全球量子計算應用將不斷深入，行業(yè)將進(jìn)入快速發(fā)展階段。
一、北美地區主導全球量子計算市場(chǎng)，微軟、谷歌等大廠(chǎng)技術(shù)路線(xiàn)各異
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國量子計算行業(yè)現狀深度研究與發(fā)展前景預測報告（2025-2032）》顯示，量子計算是基于量子力學(xué)的獨特行為（如疊加、糾纏和量子干擾）的計算模式，基本信息單位為量子比特。
量子計算通過(guò)量子態(tài)的受控演化實(shí)現數據的存儲計算，可以分為數據輸入、初態(tài)制備、量子邏輯門(mén)操作、量子測算和數據輸出等步驟, 能夠帶來(lái)更強的并行計算能力和更低的能耗。
傳統計算機處理非多項式復雜度問(wèn)題時(shí)，計算時(shí)間將成指數增長(cháng)，對于較大的輸入，計算時(shí)間將極長(cháng)，傳統計算機無(wú)法完成。2019 年，谷歌用 53-Qubit 的量子計算機證明了量子計算系統可以解決傳統計算機無(wú)法處理或效率極低的問(wèn)題，量子計算迎來(lái)元年。目前全球已有近 250 家企業(yè)布局量子計算產(chǎn)業(yè)，其中北美地區以 43.86% 的份額占據市場(chǎng)主導地位，代表企業(yè)包括微軟、谷歌等。
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微軟、谷歌等北美大廠(chǎng)技術(shù)路線(xiàn)各異。微軟的Majorana 1是世界首個(gè)拓撲核心構建的量子處理單元，偏向于打造更高的內在穩定性；谷歌則偏向于提升計算性能和高效糾錯能力，其新一代量子芯片--Willow計算速率遠超目前最快超算機。
微軟的Majorana 1和谷歌Willow對比
| 指標 | 微軟Majorana 1 | 谷歌 Willow |
| 量子比特類(lèi)型 | 拓撲量子比特(Majorana fermions) | 超導傳輸量子比特 |
| 糾錯策略 | 硬件級穩定性 | 軟件驅動(dòng)糾錯 |
| 可伸縮性 | 理論上100萬(wàn)量子比特 | 當前能達到105量子比特 |
| 冷卻需求 | 溫和低溫 | 接近絕對零度 |
| 適用情形 | 長(cháng)期、復雜模擬 | 即時(shí)計算 |
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二、政策引導，我國量子計算實(shí)現從跟跑、并跑到部分領(lǐng)跑的歷史性飛躍
從國內市場(chǎng)看，2003年，第一個(gè)量子計算研究小組成立，標志著(zhù)中國量子計算起步發(fā)展。2016年，國務(wù)院頒發(fā)了《“十三五”國家科技創(chuàng )新規劃》，將量子計算機列入科技創(chuàng )新2030 重大項目。2021年，量子計算被寫(xiě)入中國“十四五”規劃，成為國家戰略層面的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。在政策支持下，我國量子計算厚積薄發(fā)，與海外差距不斷縮小。我國現布局超導量子、光量子、離子阱、中性原子、半導體等多條國際主流的量子計算技術(shù)路線(xiàn)，在超導（原型機“祖沖之號”）和光量子（原型機“九章”）兩種技術(shù)路線(xiàn)上實(shí)現了優(yōu)越性展示。
我國量子計算行業(yè)相關(guān)政策
| 時(shí)間 | 政策/會(huì )議 | 主要內容 |
| 2024年 | 政府工作報告《關(guān)于推動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》 | 開(kāi)辟量子技術(shù)等新賽道，創(chuàng )建一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)先導區。突破量子計算機等高端裝備產(chǎn)品，以整機帶動(dòng)新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化落地。 |
| 2023年 | 各主要地方政府政策端發(fā)力量子產(chǎn)業(yè) | 安徽:加快布局量子信息基礎設施，推動(dòng)量子計算研究和應用廣東:支持量子信息等前沿領(lǐng)域加強研發(fā)布局北京:面向量子通信、量子計算等方向開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)湖北:設立20億元量子科技產(chǎn)業(yè)投資基金，到2025年建成國際國內一流的量子科技創(chuàng )新引領(lǐng)區、產(chǎn)業(yè)集聚區、應用示范區 |
| 2022年 | 中央經(jīng)濟工作會(huì )議 | 加快量子計算等前沿技術(shù)研發(fā)和應用推廣。 |
| 2021年 | 《“十四五”數字經(jīng)濟發(fā)展規劃》 | 瞄準量子信息等戰略性前瞻性領(lǐng)域，提高數字技術(shù)基礎研發(fā)能力。 |
| 2020年 | 中央政治局第二十四次集體學(xué)習》 | 習近平總書(shū)記指出，要加強量子科技發(fā)展戰略謀劃和系統布局。 |
| 2018年 | 兩會(huì )政府工作報告 | 提及“量子信息科技”，并肯定量子通信領(lǐng)域的重大創(chuàng )新成果。 |
| 2016年 | 《“十三五”國家科技創(chuàng )新規劃 | 將“量子通信與量子計算機”列為“科技創(chuàng )新2030-重大項目”之一，提出研制通用量子計算原型機和實(shí)用化量子模擬機。 |
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“九章三號” 處理高斯玻色取樣的速度比上一代“九章二號”提升一百萬(wàn)倍，擁有全球領(lǐng)先的光量子信息技術(shù)水平?；诹孔犹幚砥鳌白鏇_之三號”，中國科大團隊實(shí)現了比谷歌（SYC-67 和 SYC-70 實(shí)驗）更大規模的隨機電路采樣，經(jīng)典模擬成本（經(jīng)典計算機模擬該任務(wù)的成本）提升了 6 個(gè)數量級，該芯片在電路規模、糾錯效率、保真度、相干時(shí)間、處理能力上，量子芯片都取得了新的進(jìn)展，樹(shù)立了量子計算優(yōu)勢的新基準。我國量子計算實(shí)現了從跟跑、并跑到部分領(lǐng)跑的歷史性飛躍。
我國量子計算發(fā)展情況
|
硬件路線(xiàn) |
云平臺主體 |
云平臺名稱(chēng) |
量子比特數 |
|
超導 |
中科大&國盾量子 |
量子計算云平臺 |
176;12 |
|
北京量子院 |
Quafu(夸父) |
136;18;10 |
|
|
本源量子 |
本源量子云 |
12 |
|
|
浙江大學(xué) |
太元一號 |
10 |
|
|
中國移動(dòng)&玻色量子 |
五岳量子計算云平臺 |
20 |
|
|
超導/離子阱 |
百度 |
量易伏 |
8;10;1 |
|
弧光量子 |
弧光量子云平臺 |
66;11 |
|
|
光量子 |
圖靈量子 |
SoftQubit |
- |
|
中性原子 |
武漢量子院&中科酷原 |
酷原量子云 |
- |
|
模器 |
華為 |
HQ |
42;81;169 |
|
阿里 |
太章 |
81 |
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三、全球量子計算應用尚處于早期階段，市場(chǎng)前景可觀(guān)
從應用端看，量子計算應用在醫療保健、汽車(chē)、BFSI、化工、制造、能源等領(lǐng)域廣泛探索。由于目前硬件性能水平距實(shí)現大規?？扇蒎e通用量子計算還有很大差距、軟件和算法尚處在系統開(kāi)發(fā)和生態(tài)構建的初期，全球量子計算應用仍處于早期階段。但隨著(zhù)海內外企業(yè)在各自的技術(shù)路線(xiàn)上不斷突破，全球量子計算應用將不斷深入，行業(yè)將進(jìn)入快速發(fā)展階段。預計2024-2032年全球量子計算市場(chǎng)規模由11601億美元增長(cháng)至126207億美元，CAGR達34.8%。
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量子計算應用場(chǎng)景
|
行業(yè)領(lǐng)域 |
關(guān)鍵環(huán)節 |
問(wèn)題原型 |
應用時(shí)間（+代表影響力） |
||
|
3-5年 |
5-10年 |
10年以上 |
|||
|
金融 |
金融服務(wù) |
組合優(yōu)化、人工智能 |
++ |
++ |
+++ |
|
能源與材料 |
傳統能源 |
量子模擬、組合優(yōu)化,人工智能 |
+ |
++ |
++ |
|
可持續能源 |
+ |
++ |
+++ |
||
|
化工 |
++ |
++ |
+++ |
||
|
生命科學(xué) |
制藥 |
量子模擬、組合優(yōu)化、人工智能 |
++ |
++ |
+++ |
|
先進(jìn)工業(yè) |
汽車(chē) |
量子模擬、組合優(yōu)化、人工智能 |
++ |
++ |
+++ |
|
航空航天與國防 |
因式分解、量子模擬、組合優(yōu)化 |
+ |
++ |
++ |
|
|
電子產(chǎn)品 |
+ |
++ |
++ |
||
|
半導體 |
+ |
++ |
++ |
||
|
電信傳媒 |
電信傳媒 |
量子模擬、組合優(yōu)化 |
+ |
+ |
++ |
|
出行、運輸和物流 |
物流 |
組合優(yōu)化、量子模擬、人工智能、因式分解 |
+ |
++ |
++ |
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