量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告（2024年）

量子信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟本報(bào)告所載的材料和信息，包括但不限于文本、點(diǎn)、建議等，均不構(gòu)成投資或法律建議，也不應(yīng)替代律師意見告所有材料或內(nèi)容的知識產(chǎn)權(quán)歸量子信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有(注明并獲得授權(quán)許可。轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用本報(bào)告文字表或者觀點(diǎn)的，應(yīng)注明“來源：量子信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。違反上述構(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，主要包計(jì)算、量子通信和量子精密測量三大領(lǐng)域，正逐漸進(jìn)入科研攻關(guān)、工程研發(fā)、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培育同步推進(jìn)的關(guān)鍵發(fā)展階段，科態(tài)勢向好，未來有望進(jìn)一步取得更多技術(shù)研究、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培三大領(lǐng)域總體發(fā)展態(tài)勢、科研進(jìn)展成果、應(yīng)用場景探索和產(chǎn)業(yè)培育編制單位：中國信息通信研究院、中移(蘇州)軟件技術(shù)有限公司、中電信量子信息科技集團(tuán)有限公司、國科量子通信網(wǎng)司、江蘇亨通問天量子信息研究院有限公司、安徽問天量份有限公司、上海循態(tài)信息科技有限公司、浙江九州量子信息股份有限公司、中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院、安徽冠盾科技有限公司、國家電網(wǎng)有限公司信息通信分公司、深圳量旋劃的重要關(guān)注點(diǎn)之一，投入力度持續(xù)加大，國際競爭日子計(jì)算、量子通信和量子精密測量三大領(lǐng)域科技創(chuàng)新快應(yīng)用探索情況和產(chǎn)業(yè)培育現(xiàn)狀等進(jìn)行分析探討，并對量子信息技術(shù) 1 18 33 40 20 34 361一、總體發(fā)展態(tài)勢值和顛覆意義的新興技術(shù)，有望在未來為信息社會的演進(jìn)和發(fā)展提供強(qiáng)勁動力。量子信息技術(shù)是新一代信息技術(shù)和量子科技的關(guān)鍵組成部分之一，通過使用量子疊加、糾纏等量子物理規(guī)律來存儲、傳輸、操作、計(jì)算或測量信息。量子信息技術(shù)主要包括量子計(jì)算、量在提高計(jì)算復(fù)雜問題運(yùn)算處理能力、增強(qiáng)信息安全保護(hù)能力、提升傳感測量精度等方面，具備遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算范式的潛力，有望成為推動前沿科技探索、信息技術(shù)演進(jìn)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要引擎和2算仍需長期攻關(guān)，行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用探索持續(xù)深化，“殺手級”應(yīng)用尚未密鑰分發(fā)以及信息傳輸，在理論協(xié)議層面具有可證明安全性?；诹孔用荑€分發(fā)和量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器等技術(shù)方案的量子保密正初步進(jìn)入實(shí)用化階段，在新型協(xié)議研究和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制等方面持續(xù)取得階段性成果，樣機(jī)產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用探索持續(xù)推進(jìn)，推廣大規(guī)近期在基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵設(shè)備組件和系統(tǒng)原型實(shí)驗(yàn)等方面取展，距離實(shí)用化仍有較遠(yuǎn)差距。此外，量子密碼作為一種基于力學(xué)原理的加密技術(shù)，是理論上安全的密碼技術(shù)，有望應(yīng)用于諸多行調(diào)控和觀測，實(shí)現(xiàn)精密傳感測量，精度、靈敏度指標(biāo)相較傳統(tǒng)測量方式具有數(shù)量級提升。量子精密測術(shù)方向，不同方向的技術(shù)成熟度各有差異，微波原力儀、光量子雷達(dá)、量子磁力儀等多種類型產(chǎn)品已初光學(xué)原子鐘、原子陀螺儀、里德堡原子天線等目前3二、政策布局投資1.美國術(shù)發(fā)展，形成統(tǒng)一部署和資金支持的法律基礎(chǔ)，組織組織機(jī)制、專項(xiàng)計(jì)劃、生態(tài)建設(shè)等多個維度展開，在程研發(fā)、應(yīng)用探索、人力資源、產(chǎn)業(yè)生態(tài)和供應(yīng)鏈等化布局，技術(shù)方向涵蓋了量子計(jì)算、量子通信和量子案實(shí)施以來，美國已在機(jī)構(gòu)平臺建設(shè)、技術(shù)研發(fā)突破 維護(hù)美國在量子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，主要措施包括加大基礎(chǔ)科學(xué)投資、打造量子人才隊(duì)伍、深化產(chǎn)業(yè)界合作、建設(shè)關(guān)鍵基1/bi4礎(chǔ)設(shè)施、維護(hù)國家安全和推進(jìn)盟友合作等方面，息科學(xué)領(lǐng)域的職權(quán)和研發(fā)投資能力，法案計(jì)劃未來五年內(nèi)授權(quán)超過國在量子信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展歷程，展望了未來十年美國在量子信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)劃，并闡述了國際合作在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)中的關(guān)國國家量子計(jì)劃的第二次獨(dú)立評估，重點(diǎn)關(guān)注量子網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)研發(fā)中的作用，進(jìn)一步鞏固美國在量子網(wǎng)絡(luò)科技2/newsroom/press-releases/durbin-daines-introduce-bipartisan-legisd-the-future-of-quantum-research-at3/wp-content/uploads/2024/08/Advancing-International-4/wp-content/uploads/2024/09/NQIAC-Report-Quantum-Networking.pdf5子倡議重新授權(quán)法案》的成本估算報(bào)告5，預(yù)計(jì)將法案》第二階段撥款，通過加大對能源部、國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、國家航空航天局等2.歐盟領(lǐng)域發(fā)展。歐盟以“量子旗艦計(jì)劃”整合歐洲各國科研和產(chǎn)業(yè)力量，加快量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，致力于在量子信息技術(shù)這一新賽道中搶占先機(jī)，并在全球量子科技競爭中贏得主動。近年來，歐盟積極布局并出臺了一系列量子信息相關(guān)戰(zhàn)略以及專項(xiàng)2024年2月，歐盟量子旗艦計(jì)劃發(fā)布《戰(zhàn)略研究和產(chǎn)業(yè)議程6感與計(jì)量四大領(lǐng)域，分別提出針對不同技術(shù)路線和發(fā)展方向的短期和產(chǎn)業(yè)化必要條件及社會影響，在基礎(chǔ)科學(xué)探索、工程技術(shù)開發(fā)、勞動力培養(yǎng)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、公私部門投資、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、國際合作與出口管制等7個方面提出未來發(fā)展策略5/system/files/2024-11/hr6216https://qt.eu/news/2024/2024-02-14_new-roadmap-to-position-europe-as-the-quantum-valley-of-the-w6域進(jìn)行協(xié)調(diào)與合作，加快量子技術(shù)從“實(shí)驗(yàn)室”走向“晶圓廠”，發(fā)展歐洲量子生態(tài)系統(tǒng)等舉措，力爭打造一個“量子谷”，成為全球領(lǐng)先組，以解決量子技術(shù)研究與發(fā)展方面的合作問題，主要目標(biāo)是彌合歐盟和美國在研發(fā)方面的差距，協(xié)調(diào)量子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。此外，歐盟和美國申明在后量子密碼學(xué)領(lǐng)域需要加速發(fā)展，旨在確保數(shù)字員會啟動了新一輪“地平線歐洲”（HorizonEurope）10該聲明旨在呼吁歐盟成員國為量子威脅做好準(zhǔn)備，并強(qiáng)7https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/library/european-declaration-quantum-8https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/statem9https://ec.europa.eu/info/funding-tenders/opportunities/docs/2021-2027/horizon/wp-call/2023-2024/wp-7-dtal-industry-and-space_horizon-2023-2024_en.pdf10https://www.bsi.bund.de/SharedDocs/Downloads/EN/BSI/Crypto/PQC-joint-st7歐盟委員會宣布將在《歐盟芯片法案》框架內(nèi)創(chuàng)顛覆性的集成光子學(xué)工藝與技術(shù)進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化，以加速該技術(shù)在工3.其他主要國家/組織重點(diǎn)布局方向，一是發(fā)展量子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，二是為量子技術(shù)創(chuàng)新制定可靠的發(fā)展方案，三是培育量子生態(tài)系統(tǒng)并構(gòu)建跨大西洋量子共同體，四是保護(hù)北約免受量子威脅的影響。摘要中指出，北約成員國將持續(xù)支持量子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的發(fā)展，并將量子技術(shù)納入作戰(zhàn)概念、防科學(xué)研究、工程能力、量子人才、商業(yè)合作等四個戰(zhàn)略方向金計(jì)劃（NQSS）等四個資助計(jì)劃，旨在推進(jìn)新加坡不斷發(fā)展量子11https://www.tue.nl/en/news-and-events/news-overview/05-12-2024-pixeurope-consortian-pilot-line-on-advanced-photonic-integrated-cir12/cps/en/na13.sg/resources/press-releases-factsheets-and-speechegreen-data-centre-ro814，同時(shí)支撐實(shí)現(xiàn)數(shù)字印度、印度制造、技能印和制造業(yè)未來至關(guān)重要的量子信息等技術(shù)16。澳大利亞高級戰(zhàn)略能力加速器（ASCA）的新興和顛覆性技術(shù)項(xiàng)目已與該國大學(xué)和行業(yè)14/videos/young-turks/quantum-technology-skills-in15.uk/government/publications/regulating-quantum-technse-to-recommendations-made-by-the-regulatory-horizons-council/regulating-quantum-technology-applications-government-response-to-the-rhc16/2024/12/02/australia-invests-39-million-in-quantum-andes-to-strengthen-defense-capa9中在積極培育新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域這部分內(nèi)容中提到17，制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開辟量子技術(shù)等新賽道，創(chuàng)建導(dǎo)區(qū)。第二十屆三中全會《中共中央關(guān)于進(jìn)一步全面進(jìn)中國式現(xiàn)代化的決定》在健全推動經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)中指出18，完善推動量子科技等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和治理體系， 引導(dǎo)新興產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。量子科技領(lǐng)域發(fā)展規(guī)劃對推動量子信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展作出具體部署，積極推動量子信提到20，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，開辟量子等未來產(chǎn)業(yè)新賽道。山西省《政府工作報(bào)告》中提到21，瞄準(zhǔn)科技前沿，挖掘優(yōu)勢潛力，布局發(fā)展量子信息等未來產(chǎn)業(yè)，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力。江蘇省工作報(bào)告》中提到22，堅(jiān)持以未來產(chǎn)業(yè)開創(chuàng)產(chǎn)業(yè)未來，圍繞前沿技術(shù)、示范企業(yè)、科創(chuàng)園區(qū)、應(yīng)用場景、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等展開17/y19/zhengce20/gongkai/jihua/zfgzb21/zwyw/szfyw/202401/t2022https://www.jiangsu.整、滾動培育，其中在量子科技方向，加快量子通信、量子計(jì)算、量子精密測量技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化，前瞻布局量子芯片、量子算中提到24，以更高站位推進(jìn)新型工業(yè)化，前瞻布局量子科技等未來產(chǎn)業(yè)。山東省《政府工作報(bào)告》中提到25，加快推進(jìn)新型工業(yè)化，圍繞量子科技等領(lǐng)域，實(shí)施前沿技術(shù)攻關(guān)，推動省級未來產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中提到，將會積極量子信息未來產(chǎn)業(yè)培育以及生態(tài)建設(shè)未來需要持續(xù)加強(qiáng)頂層規(guī)劃并完善各領(lǐng)域布局，致力于23https://fzggw.ah24/xwdt/fjyw/225/art/26/zfwj/ezbf27/sy/whyw/2三、科研進(jìn)展成果1.多技術(shù)路線原型機(jī)關(guān)鍵指標(biāo)持續(xù)提升離子阱、中性原子、光量子和硅半導(dǎo)體等多種技術(shù)路線呈發(fā)展和開放競爭態(tài)勢，各路線優(yōu)劣勢存在差異，目前尚沒有在于擴(kuò)展性好、易操控以及集成電路工藝兼容。近年來，超導(dǎo)路線在量子比特規(guī)模、邏輯門保真度、相干時(shí)間等方面持續(xù)突破。2024年，IBM基于動態(tài)量子電路生成高保真度“魔經(jīng)過魔法態(tài)提純的原始量子比特所能達(dá)到的水平28。中科院推出自子研制出72位超導(dǎo)量子比特芯片“悟空芯”31。IQM實(shí)現(xiàn)保真度為此外，基于超導(dǎo)量子計(jì)算處理器產(chǎn)出的科研成果不斷涌現(xiàn)。深圳量28/10.1038/s41586-023-0629/cm/202404/t2024042830/news/d31/zh/new_detail.html?newI32/newsroom/press-releases/iqm-achieves-new-technol處理器模擬拓?fù)湎辔坏目尚行?3。清華大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)量子處理器上模擬斐波那契任意子編織，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明所得的斐波36，T1增加至98μs，所有物理比特的單比特邏輯門平均錯誤率約為作為量子比特載體，通過激光或微波進(jìn)行相干操控，具備操控精度高、相干時(shí)間長、全連接性等優(yōu)勢。近年來囚禁離子數(shù)量別實(shí)現(xiàn)了99.997%和99.87%的單/雙量子比特邏輯門保真度38。清華33/10.1103/PhysRevLe34/10.1038/s41567-024-35/10.1038/s41534-024-36/10.1038/s41586-024-37/news/quantinuum-extends-its-significant-lead-in-quantum-cg-historic-milestones-for-hardware-fidelity-and-quantum-v38/news/quantinuum-launches-industry-first-trapped-ion-56-quuter-that-challenges-the-worlds-best-supercomputers定性39。OxfordIonics推出新型離子阱量子芯片子的高通光離子阱量子計(jì)算工程機(jī)42。清華大學(xué)在囚禁離子量子模光激發(fā)原子里德堡態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)邏輯門操作或量子模擬演化，近年來，中性原子路線在比特規(guī)模擴(kuò)展和相關(guān)科研實(shí)驗(yàn)等方面原子量子比特陣列操控44。Infleqt靜止的中性原子分別實(shí)現(xiàn)了99.902%和99.35%保真度單/雙量子比39/10.1038/s41586-024-40/announcements/oxford-ionics-breaks-global-quantum-perfor41/10.1038/42/c/8d3q2TQH43https://www.sc44/10.1364/OPTICA.45/news/infleqtion-unveils-5-year-quantum-computing-roadmap-advanc-commercialize-quantum46/news/pasqal-exceeds-1000-atoms-in-quan特門47。中科大構(gòu)建求解費(fèi)米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器“天元”，驗(yàn)證了費(fèi)米子哈伯德模型包括摻雜條件支持室溫工作、相干時(shí)間長、操控簡單等優(yōu)勢，可大致分型光量子計(jì)算和專用光量子計(jì)算兩類，前者是未來實(shí)算的重要發(fā)展方向，后者則有望在求解部分專用問題中展示態(tài)，驗(yàn)證了基于集成光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？蓴U(kuò)展的光量子計(jì)務(wù)51。IDQ與ORCAComputing合作將其單光子檢測技術(shù)融入到硅半導(dǎo)體技術(shù)路線使用量子點(diǎn)中囚禁的單電子或空穴作為量子比特，通過電脈沖實(shí)現(xiàn)量子比特操控和耦合，優(yōu)勢體現(xiàn)在與現(xiàn)代半研發(fā)硅半導(dǎo)體量子計(jì)算芯片新型制造與測試工藝，將自旋量子芯片47/10.4855048/10.1038/s41586-024-07649/ne50/news/quix-quantum-technology-unlocks-key-to-scaling-photonmputing51/52/idq-supports-orca-computing-quantum-ai子點(diǎn)中兩個電子自旋間的自旋封鎖現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了量子比的雙量子比特邏輯門操作55。中科大聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在半導(dǎo)體量子點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)量子干涉與相干俘獲，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了驅(qū)動電場對量子相干態(tài)調(diào)控和奇偶效應(yīng)56。中科大聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研制出具有高度耦合可調(diào)的二維硅基量子點(diǎn)陣列，在硅量子點(diǎn)陣列中實(shí)現(xiàn)了對最近與挑戰(zhàn)差異性較大，并駕齊驅(qū)與持續(xù)競爭的發(fā)種技術(shù)路線最后勝出目前尚不明確，最終的勝2.量子糾錯研究持續(xù)深入并取得諸多進(jìn)展量子糾錯方案一般是利用冗余的量子比特來檢測和糾正量子比錯誤，并恢復(fù)出原始的正確量子態(tài)。這些冗余的量子糾錯碼在環(huán)境53/10.1038/s41586-02454https://q-portal.riken.jp/topic_detail?topic_id=T20240084&l55/10.1038/s41567-02456/10.1021/acs.nanol57/doi/10.1021/acs.nanole更好的硬件基礎(chǔ)，近年來不斷在方案研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方面取58。清華大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)提出一種基于玻色編碼的量子糾錯方案，基于此實(shí)現(xiàn)對于多個邏輯量子比特的糾纏保護(hù)，使糾纏邏輯時(shí)的錯誤率降低至10?5，相較于糾纏物理量子比特8×10?3的錯誤離子阱量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)四維表面碼量子糾錯實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)59/articles/s41560/articles/s41562/1063/10芯片實(shí)驗(yàn)演示了突破量子糾錯閾值能力和未來的糾錯可可將邏輯門錯誤率降低2倍66。發(fā)展，量子糾錯方案研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證持續(xù)深入并取得諸多進(jìn)展，但需要注意，當(dāng)前邏輯量子比特的最低錯誤率距離量子計(jì)算的實(shí)用化要求仍有很遠(yuǎn)的距離?？梢灶A(yù)見，實(shí)用化量子糾錯已成為業(yè)界重點(diǎn)研究和攻關(guān)方向之一，基于量子糾錯實(shí)現(xiàn)長相干時(shí)間、高保真度邏3.量子計(jì)算軟件與云平臺持續(xù)多元化發(fā)展目前正處于差異性發(fā)展的早期階段。由量子64/1065/1066/10.1038/s41586-024-系架構(gòu)已基本形成，如圖2所示。理進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，為不同技術(shù)路線提供應(yīng)用開發(fā)能力、編譯的功能，業(yè)界在上述多個類型軟件均開展布局。其中應(yīng)用軟件不同行業(yè)需求并提供具備行業(yè)特色的功能，編譯軟件是實(shí)現(xiàn)軟譯功能的基礎(chǔ)，資源管理軟件管理分配和調(diào)度計(jì)算資源，測控和密度泛函理論加速等新功能，助力開展化學(xué)和材料科學(xué)研究68。資源管理軟件提供計(jì)算資源監(jiān)管和調(diào)度功能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)量子出量子資源估算器Bartiq，能夠分析估算各類容錯量子算法所需要的計(jì)算資源70。編譯軟件規(guī)范量子編程邊界和實(shí)現(xiàn)量子程序的正確編譯執(zhí)行，并提供成套的語法規(guī)則用以協(xié)調(diào)和約束編譯操作。IBM實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算硬件的控制、處理和運(yùn)算，支持結(jié)果反饋和芯片校準(zhǔn)67https://www.quant68/en-us/quantum-elements/product-over69/zh-cn/azure/quantum/intro-to-resource-estim70/news-import/psiquantum-announces-qref-and-bartiq-open-sourcbetter-tools-libraries-and-datasets71/2024-05-15-IBM-Expands-Qiskit,-Worlds-Most-Performant72/content/www/cn/zh/content-details/816508/intel-q73/news/home/20240313371338/en/Keysight-anate-Infrastructure-Quantum-S74/quantum-e現(xiàn)電路原理圖設(shè)計(jì)、布局構(gòu)建、電磁分析、非線性未統(tǒng)一等因素，當(dāng)前量子計(jì)算軟件處于研發(fā)設(shè)計(jì)與生態(tài)階段，不同類型軟件功能各異，差異化發(fā)展態(tài)勢明顯，服務(wù)模式、便利的接入方式和豐富的應(yīng)用場景領(lǐng)域的關(guān)鍵發(fā)展方向，未來有望成為提供量子計(jì)算服務(wù)的重要應(yīng)用子計(jì)算云平臺，典型云平臺發(fā)展概況如表1所示。75/cn/zh/about/newsroom/news-releases/2024/0227-pr24-036-keysigh-quantumpro-delivering--fir玻色量子和啟科量子等企業(yè)和機(jī)構(gòu)提供的量子處理器80。啟科量子76/enterprise-telecoms/deutsche-telekom-strikes-yet-another-quant77https://quafu.baqi78.c79/laboratory/#/computerManage?la80/api/page/wyqcloud/web/console/#/over1.量子保密通信科研和前沿探索取得新成果術(shù)方案的量子保密通信初步實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。近年來索新型協(xié)議，穩(wěn)步提升樣機(jī)技術(shù)水平，系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)光纖傳輸，有望與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)兼容82。濟(jì)南量子院使用乙炔分子氣室作為本地絕對頻率參考，實(shí)現(xiàn)無需統(tǒng)一光學(xué)頻率參為提升CV-QKD技術(shù)實(shí)用化水平提供可81https://www.qu82/news/2024-04-kilometers-quantum-enc83/10.1103/Phys纖完成了四維混合時(shí)間路徑編碼QKD系統(tǒng)傳輸實(shí)驗(yàn)，可達(dá)到輸?shù)聂敯粜?5。美國斯坦福大學(xué)提出基于真空腔和遠(yuǎn)距離空間透鏡陣列組合的真空光束波導(dǎo)量子信道方案，信道損耗個數(shù)量級，此外還具備高光譜帶寬優(yōu)勢，為無數(shù)千公里級地面?zhèn)鬏斕峁┝艘环N可能性86。德國萊布尼茨漢諾威大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)確定性單光子源取代系統(tǒng)傳輸，可達(dá)到約4.5kbit/s的密鑰成碼率87。測量設(shè)備無關(guān)（MDI）和設(shè)備無關(guān)（DI）等新型協(xié)議的系統(tǒng)，一直84/10.136485/10.1038/s41467-086/10.1103/Phys87/10.1038/s41377-0于熵不確定性原理的源設(shè)備無關(guān)量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（SDI-QRNG）芯片，最高可實(shí)現(xiàn)248.47Gbit/s的裸片比特率91。2.星地量子通信已成為重要研究方向之一基于衛(wèi)星開展空間量子信息科學(xué)研究和應(yīng)用探索，具有提量子通信已逐漸成為突破量子態(tài)遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)一，是探索QKD大規(guī)模組網(wǎng)和應(yīng)用的重要發(fā)展我國于2016年8月率先發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子88/10.1038/s41534-0289/article/10.1088/2058-90/10.1038/s41991/prj/fulltext.cfm?uri=prj-12-7-1379&id量約為22.7千克，在距地面500公里的太陽同步軌道運(yùn)行，系統(tǒng)工 衛(wèi)星（QEYSSat）量子光源載荷研制，計(jì)劃于明年實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的正式3.量子信息網(wǎng)絡(luò)研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證持續(xù)推進(jìn)93https://www.iof.fraunhofer.de/de/presse-medien/pressemitt94/newsroom/speqtral-unveils-tarqis-a-mobile-quantum-optical-ground-stati95/2024/08/20/germanys-qube-cubesat-explores-quantum-key-dist96https://uwaterloo.ca/institute-for-quantum-computing/news/quantum-sources-satellite-missi基于量子隱形傳態(tài)、量子存儲中繼和量子態(tài)轉(zhuǎn)換等技術(shù)構(gòu)協(xié)議研究方面，主要研究方向在于提升量子隱同種離子的兩對超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級分別編碼通訊比特和存儲比特，利用雙色窄線寬激光實(shí)現(xiàn)兩種量子比特之間微秒量級的相干轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了無串?dāng)_的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，為模塊化量子計(jì)算互聯(lián)提供系統(tǒng)簡化方案97。中科大基于多體混合糾纏逆轉(zhuǎn)開放量子系統(tǒng)演化中的相位退相干，提出克服環(huán)境噪聲的高保真度量子隱形傳態(tài)方案并完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，量子態(tài)測量保真度約為90%98。浙江大學(xué)基于蒙特卡洛退火優(yōu)化方法尋找規(guī)避量子混沌行為的最佳耦合參數(shù)，在二維量子網(wǎng)保真度，大幅提升固態(tài)系統(tǒng)量子信息傳輸?shù)男屎捅：诵钠骷矫?，需要在研制高性能、集成化量子態(tài)光源97/10.1038/s41467-023-99/10.1038/s41467-024-提升了量子探測器性能101。瑞士量子電子學(xué)研究所利用光鑷操控光晶格腔中二維原子陣列實(shí)現(xiàn)量子寄存器，可用于多路復(fù)用的原子-子頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)，在城域三節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)獨(dú)立存儲節(jié)點(diǎn)間糾公里的城市暗光纖完成糾纏光子對的頻率轉(zhuǎn)換、光纖傳輸和量哈佛大學(xué)在波士頓地區(qū)光纖線路中實(shí)現(xiàn)兩個金剛石色心量子存儲器100/10.1038/s4102103/10.11104/10.1038/s4105/10.1038/s4106/10.1038/s41.量子精密測量新型技術(shù)方案不斷涌現(xiàn)量方法的精度和靈敏度?；诹孔泳軠y量技術(shù)可以對原子和光子等微觀粒子體系中的量子態(tài)進(jìn)行制備、調(diào)控與觀測，針部物理量的變化，實(shí)現(xiàn)更為精確、細(xì)致且可靠的測量與探測。精密測量技術(shù)方案涵蓋冷原子干涉、核磁/順磁共振、金剛石色心、的探測等。被測物理量的種類繁多，例如頻率、時(shí)間、重力案正在不斷涌現(xiàn)，這些新型方案不僅極大地提升了測量的精度和效率，同時(shí)也拓寬了量子精密測量的邊界，為研究者們提供了更多探大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)提出量子輔助自適應(yīng)光學(xué)成像技術(shù)，利用糾纏光子照明待測樣品，在捕捉傳統(tǒng)圖像信息的同時(shí)完成相關(guān)性測量，用于獲得圖像畸變信息從而進(jìn)行校正，實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用結(jié)構(gòu)相似性指數(shù)測量（SSIM）作為衡量成像清晰度的指標(biāo)，采用這種新型技術(shù)方案的SSIM達(dá)到98.41%，比未校正之前提高了約20.52%107。德國維爾茨107在無需任何外部磁場的條件下顯著提升了電阻測量的準(zhǔn)確性，該成果有望改進(jìn)現(xiàn)有的最先進(jìn)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，并適用于需要更大電流的應(yīng)用領(lǐng)域108。韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所、德國于利希研究中心聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利 量的量子傳感器，空間分辨率達(dá)到亞埃量級，能量分辨率達(dá)到100neV，該技術(shù)與掃描隧道顯微鏡相結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)原子、分子和納米結(jié)構(gòu)的成像109。澳大利亞悉尼理工大學(xué)開發(fā)了基于六角形氮化硼 材料具有更薄且具有彈性的特點(diǎn)使其能夠更貼近樣品，可探測溫度異常以及任意方向磁場，為實(shí)現(xiàn)更廉價(jià)更通用的量子傳感器提供可行性方案110。深圳量子院與中科大等合作利用玻色模式光子數(shù)濾波 器量子控制方法，在高品質(zhì)因子超導(dǎo)微波諧振腔中成功制備高達(dá)望為大光子數(shù)Fork態(tài)制備和開展高精度電磁場的量子精密測量應(yīng)2.量子精密測量助力推進(jìn)基礎(chǔ)科學(xué)研究108/10.109/10.1038/s4110/10.111/10.1038/s4年的發(fā)展，正在逐步展現(xiàn)出其巨大的應(yīng)用潛力。量子精密測量領(lǐng)域的發(fā)展不僅依托于量子物理學(xué)的深厚理論根基，同時(shí)也受益于現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，為研究人員在微觀尺度上推進(jìn)基礎(chǔ)科研、探向包括探測宇宙中的基本常數(shù)變化、檢驗(yàn)量子力學(xué)的基本原理等，例如通過測量原子鐘的頻率變化，可探測到宇宙中的基本常數(shù)的細(xì)微變化，從而檢驗(yàn)物理學(xué)的基本理論。除此之外，量子精密測量還有望用于開展量子力學(xué)與廣義相對論的統(tǒng)一理論等方面的研究，進(jìn)而探索宇宙起源和演化等深層次問題，為粒子物理、天文和宇宙學(xué)力儀，在電磁屏蔽系統(tǒng)內(nèi)搜尋暗光子激發(fā)的測盲區(qū)，同時(shí)利用醫(yī)用屏蔽屋，通過長基線暗物質(zhì)搜尋的靈敏度112。美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室和芝加哥大學(xué)聯(lián)112/10.1038/s4質(zhì)波發(fā)射光子，將暗物質(zhì)探測的掃描速率提高了2.78倍113。中科大摩大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)提出一種利用量子傳感器探測單個引驗(yàn)證了受激和自發(fā)的單引力子過程與大規(guī)模量子聲提高了測量精度和靈敏度，同時(shí)推動了基礎(chǔ)理論發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)3.光鐘指標(biāo)持續(xù)提升，助力秒定義修改113/10.11114/prl/abstract/10115/10.1038/s4的鍶原子光晶格鐘進(jìn)行頻率比對，測量結(jié)果顯示單套光鐘的穩(wěn)定度-18拉多大學(xué)博爾德分校、美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所、斯特拉斯堡和法國國家科學(xué)研究中心聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用可編程原子陣列在光學(xué)原子加州理工學(xué)院與斯坦福大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)基于囚禁在光鑷陣列中的中性鍶-88原子的光鐘系統(tǒng)，同時(shí)輔助量子比特的讀取操作，實(shí)現(xiàn)了?；诿攵x修改路線圖并于2022年國際計(jì)量大會(C線圖中的各項(xiàng)要求的完成程度各異，如圖3所示，未116/article/10.1088/117/prl/abstract/10118/10.1038/s4119/10.1038/s4得更多的話語權(quán)。此外，CCTF還對現(xiàn)有時(shí)間頻率提出了要求，主要包括光頻標(biāo)本身需滿足一定精度要求、光頻了有力支持，同時(shí)也可能改變?nèi)祟惖纳罟ぷ鞣绞??？梢灶A(yù)見，未來隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新應(yīng)用的拓展，量子時(shí)頻基準(zhǔn)將在更多四、應(yīng)用場景探索(一)量子模擬成為探索復(fù)雜量子現(xiàn)象的重要途經(jīng)人工可控的量子系統(tǒng)模擬其他未知或難以操控的解和預(yù)測實(shí)際量子系統(tǒng)中的相互作用與特殊性質(zhì)術(shù)的發(fā)展，量子模擬已逐漸成為研究復(fù)雜量子表性行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用探索已成為研究熱點(diǎn)，如表2所示。通、NobleAI等120/10.1038/s4121/10.1038/s4122/10.10123/inspiration/worlds-first-calculation-of-enzym微軟與美國能源部利用量子計(jì)算將新型電池材料篩選到少數(shù)幾了自旋流體力學(xué)的擴(kuò)散和亞擴(kuò)散行為，為斯塔克線性勢系統(tǒng)中由希爾伯特空間碎片化引起的亞擴(kuò)散行為提供了初步實(shí)驗(yàn)依據(jù)125。劃，目標(biāo)是為等離子體動力學(xué)模擬開發(fā)高效的量子算法126。盧森堡利用量子模擬方法來研究鐵電納米材料，并研究該材料在下一代電子設(shè)備中的使用，以此來提高電子設(shè)備的性能并降低功耗127。量旋代測序技術(shù)在處理重復(fù)基因序列和巨大計(jì)算需求時(shí)的挑戰(zhàn)128。豐田(二)量子人工智能有望應(yīng)用于眾多行業(yè)領(lǐng)域124/2024/01/09/microsoft-puts-azure-quantum-elem125/10.1038/s4126/press-release/riverlane-and-mit-collaborate-for-u-s-dem127https://www.list.lu/en/materials/news/list-and-intel-corporation-announce-collabow-power-electronics/128/prxlife/abstrac129https://www.xanadu.ai/press/toyota-and-xanadu-collaborate-to-pioneer-quantum-materials-simulatio初步提出應(yīng)用案例，如表3所示，未來將持續(xù)加大應(yīng)用探索的深度方法探索量子計(jì)算在提升化學(xué)領(lǐng)域機(jī)器學(xué)習(xí)算法方面的潛力130。的結(jié)合親和力地新型KRAS抑制劑分子131。倫敦帝國理工學(xué)院和谷歌將新型數(shù)學(xué)方法與費(fèi)米子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，尋找量子化學(xué)領(lǐng)域分130/news/university-government-and-industry-researchers-join-forc131https://zapata.ai/news/for-the-first-time-quantum-enhanced-generative-ai-generates-viable-can子狀態(tài)建模的解決方案132。德勤啟動年度量子氣候挑戰(zhàn)賽，具有更快生成肽的能力135。上海交大提出一種基于多任務(wù)學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，利用相鄰量子比特的測量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對量的準(zhǔn)確預(yù)測136。歐洲航天局和羅馬大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)提出一種混合量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（QNN用于提高地球觀測應(yīng)用中機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)的計(jì)算量子計(jì)算框架，二者性能相近但PennyLane(三)量子保密通信應(yīng)用場景探索持續(xù)開展能源、數(shù)據(jù)中心、移動通信等行業(yè)提升信息安全防132/133/de/de/pages/innovation/contents/deloitte-quantum-climate-cha134/rigetti/quantum-enhanced-machine-learning-with-moodys-analytics-135/quantum-enhanced-vaccine-design-on-the-or136/10.1038/s4據(jù)安全傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證，致力于構(gòu)建量子安全加密線路138。美國摩利用量子密鑰為天然氣管網(wǎng)和電力線路等提供加密保護(hù)141。南方電網(wǎng)聯(lián)合中電信量子等企業(yè)，共同開展電力調(diào)度數(shù)據(jù)和輸電線術(shù)融合應(yīng)用探索，提供數(shù)據(jù)傳輸加密的“量子密鑰即服務(wù)”應(yīng)用143。性，為數(shù)據(jù)中心安全通信提供了新的解決方案144。Sparkle、Telsy138/news-and-views/news/media-releases/2023/hsbc-pioneers-qupowered-fx-trading139/technology/news/firm-establishes-quantum-se140/news-and-views/news/media-releases/2023/hsbc-pioneers-qupowered-fx-trading141https://www.iof.fraunhofer.de/en/pressrelease/2024/Project-MANTIS-Pre142http://www.bidding.143/access-to-quantum-secure-communications-made-easier-for-businesses-data-centre-to-data-centre-conne144/luxquanta-collaborates-in-test-of-low-latency-fibre-in-dat(四)NIST發(fā)布PQC標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對量子計(jì)算安全威脅等算法的公鑰密碼體系，造成網(wǎng)絡(luò)信息安全響政治、經(jīng)濟(jì)、社會正常運(yùn)行，并對軍事、密的敏感信息造成“先截獲，后破解”的追溯性威脅。構(gòu)建抗量子密145/qti-telsy-and-sparkle-secure-a-high-capaci146/s?__biz=Mzk0NzczNjA1MQ==&mid=2247532309&idx=4b5c33d340f0ded10b&sour147https://news.sktel148/sx/2024-07-23/detail-incfch歷程如圖4所示。尺寸更小，綜合性能較好但實(shí)現(xiàn)存在一定的復(fù)雜度，更適用于資源豐富的加密場景。此外，為了避免加密應(yīng)用場景對于格149/News/2024/postquantum-cryptography-其簽名尺寸較大、運(yùn)算速度慢，可能成為數(shù)字簽名應(yīng)用的一類補(bǔ)充 務(wù)和服務(wù)器間通信使用基于Kyber的PQC加蘋果公司基于PQC算法和ECC算法共同構(gòu)建的P 150/wp-content/uploads/2024/07/REF_PQC-Report_FINAL_Se151/2024/05/advancing-our-amazing-bet152https://security153/en/products/adaptive-socs-and-fpgas/fpga/spar154/en-us/news-releases/viavi-introduces-performance-ptography-deployments/news/home/202子計(jì)算破解仍有待研究，應(yīng)用推廣仍任重道遠(yuǎn)。未來，QKD應(yīng)用(五)量子精密測量應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證穩(wěn)步推進(jìn)定位導(dǎo)航、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療及資源勘探等多個領(lǐng)量子精密測量目前已成為量子信息領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)路徑多元廣泛且產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程迅速的典范，不同技術(shù)分支的成熟度155/news/security/tuta-mail-adds-new-quant156/pqshield-builds-nist-ready-pqc慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，這標(biāo)志著量子導(dǎo)航技術(shù)向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了一步，此在海軍XVPatrickBlackett實(shí)驗(yàn)船上對量子-經(jīng)典混合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)(六)多國加大量子精密測量應(yīng)用探索投入力度成為推動科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級的重要驅(qū)動力。全球多個157/technology/2023/12/darpa-puts-millions-behind-158.uk/government/news/un-jammable-quantum-tech-take159/press/sandboxaq-announces-aqnavworlds-first-commerion-system-powered-by-ai-and-quantum-to-address-gps-j精密測量項(xiàng)目，資助相關(guān)企業(yè)開展相關(guān)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品轉(zhuǎn)化160。芯器企業(yè)AmethystResearch的超高性能紅外探測器。光學(xué)測量設(shè)備企業(yè)Cryoelectronics則重點(diǎn)開發(fā)基于超導(dǎo)鉭的量子傳感器，通過在極低溫度下工作來提供極高的能量分辨率，有望應(yīng)用于研究宇宙基本粒美國國家科學(xué)基金會公布5個NSF國家量子虛擬實(shí)驗(yàn)室并推動其在頻率計(jì)量、信息通信、定位導(dǎo)航及生物醫(yī)療英國科學(xué)、創(chuàng)新和技術(shù)部(DSIT)設(shè)立“量子催化劑（Quantum掃描儀的開發(fā)，從而應(yīng)用于癲癇以及癡呆癥等疾病的診斷式鐵路軌道監(jiān)控傳感器企業(yè)Monirai統(tǒng)，通過利用量子傳感器節(jié)省成本，同時(shí)提高隧道行駛的自主的監(jiān)測系統(tǒng)，依托其可對城市的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行掃描，161/news/2024/02/06/quantum-catalyst-funding-a162https://www.canada.ca/en/department-national-defence/programs/defence-ideas/elemes/challenge/defence-applications-of-quantum-technolog五、產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析(一)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育處于早期發(fā)展階段數(shù)量已有數(shù)百家，上中下游各環(huán)節(jié)的參與者層出不窮于早期發(fā)展階段，規(guī)?；瘧?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化仍待持續(xù)推進(jìn)業(yè)生態(tài)的底座。由于多路線并行以及發(fā)展前景不確定等降低單一供應(yīng)商可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)。國內(nèi)外對比來看，歐計(jì)算上游企業(yè)數(shù)量多且發(fā)展態(tài)勢更好，在技術(shù)研究和產(chǎn)但部分關(guān)鍵設(shè)備組件的技術(shù)水平、研制成本和市場需求環(huán)節(jié)。原型機(jī)方面，投入超導(dǎo)路線的企業(yè)數(shù)量最多，超過原型機(jī)制造商總數(shù)的三分之一，其次是離子阱、中性原子、光量子和硅半導(dǎo)為技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用探索提供推力。國內(nèi)外對比來看，大部分國家布局多條技術(shù)路線，歐美企業(yè)在企業(yè)總量、原型機(jī)研制、軟件研發(fā)等環(huán)節(jié)。云平臺方面，基于云為用戶提供共享量子資源的方式，有望行業(yè)需求的量子計(jì)算解決方案。國內(nèi)外對比來看，國際科技巨頭推出的量子計(jì)算云平臺在硬件性能、應(yīng)用案例、商用模式等方面處于領(lǐng)先。量子計(jì)算企業(yè)與行業(yè)用戶合作探索量子計(jì)算在重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。我國量子計(jì)算云平臺在硬件性能和商