多圖預(yù)警！《量子信息研究報(bào)告（2023年）》發(fā)布

1月2日消息（劉定洲）近日，中國(guó)信通院正式發(fā)布了《量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報(bào)告（2023年）》。

報(bào)告指出，經(jīng)過(guò)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(kāi)始進(jìn)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(jìn)的發(fā)展階段。至2023年10月，全球29個(gè)國(guó)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。據(jù)公開(kāi)信息不完全統(tǒng)計(jì)，各國(guó)對(duì)量子信息產(chǎn)業(yè)規(guī)劃投資總額超過(guò)280億美元。

以2018年歐盟“量子旗艦計(jì)劃”和美國(guó)《國(guó)家量子倡議 (NOI)》法案為重要標(biāo)志，近五年來(lái)各國(guó)在量子信息領(lǐng)域的規(guī)劃布局持續(xù)加速。2023年6個(gè)國(guó)家相繼發(fā)布量子信息相關(guān)國(guó)家戰(zhàn)略和投資規(guī)劃，計(jì)劃投資總規(guī)模達(dá)到67億美元?？傮w而言，量子信息領(lǐng)域的國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)正日趨激烈。

主要國(guó)家量子信息產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃與投資概況

從專(zhuān)利方面看，量子通信專(zhuān)利的增長(zhǎng)趨勢(shì)較為穩(wěn)定，量子計(jì)算專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)?019年超過(guò)量子通信并持續(xù)保持快速增長(zhǎng)，PQC（后量子加密）專(zhuān)利近年來(lái)開(kāi)始快速增長(zhǎng)，2023年數(shù)量預(yù)計(jì)將達(dá)到200項(xiàng)。在量子計(jì)算硬件技術(shù)路線中，超導(dǎo)路線專(zhuān)利數(shù)量占比超過(guò)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(zhuān)利占比超過(guò)70%，器件、設(shè)備等系統(tǒng)研發(fā)類(lèi)專(zhuān)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(zhuān)利尚未大量涌現(xiàn)。量子測(cè)量領(lǐng)域中，以原子鐘為代表的時(shí)頻基準(zhǔn)方向?qū)＠急冉咏?0%。

量子信息不同技術(shù)方向?qū)＠麛?shù)量對(duì)比

從不同技術(shù)領(lǐng)域看，量子計(jì)算企業(yè)歐美聚集度最高，共有175家，全球占比超過(guò)60%，反映出美國(guó)和歐洲是量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)的活躍地區(qū)。中國(guó)量子計(jì)算領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)共有35家，不及美國(guó)一半。量子通信領(lǐng)域中國(guó)相關(guān)企業(yè)數(shù)量最多，共有42家，美國(guó)僅有13家，歐洲有27家，從一個(gè)側(cè)面反映出不同國(guó)家和地區(qū)在量子通信領(lǐng)域的投資和推動(dòng)力度差異。量子測(cè)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(guò)60%。中國(guó)量子測(cè)量相關(guān)企業(yè)共有22家，約為美國(guó)一半。PQC領(lǐng)域歐美平分秋色，共有相關(guān)企業(yè)47家，中國(guó)PQC企業(yè)數(shù)量?jī)H有4家，數(shù)量差距明顯，未來(lái)PQC技術(shù)產(chǎn)業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)中恐難與歐美比肩。

量子信息各領(lǐng)域企業(yè)及國(guó)家分布情況

從企業(yè)國(guó)家分布看，美國(guó)共有158家量子信息相關(guān)企業(yè)，全球占比超過(guò)四分之一。其中，谷歌、IBM、英特爾等科技企業(yè)已成為量子計(jì)算領(lǐng)域業(yè)界標(biāo)桿，IonQ、Quantinuum、PsiQ、AOSense 等初創(chuàng)企業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)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(shì)。中國(guó)量子信息相關(guān)企業(yè)共有103家，但科技企業(yè)投入推動(dòng)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(guó)家還有加拿大、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本、荷蘭等，在未來(lái)技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也擁有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

從投融資金額規(guī)?？矗^(guò)去5年資本市場(chǎng)對(duì)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(zhǎng)，2021年和2022年均超過(guò)20億美元量級(jí)，超過(guò)了過(guò)去十年的總和。近兩年來(lái)，量子信息初創(chuàng)企業(yè)獲得的投融資數(shù)量和金額開(kāi)始出現(xiàn)一定回落。一方面有全球疫情、經(jīng)濟(jì)衰退和美元加息等宏觀層面影響，另一方面也有量子計(jì)算等初創(chuàng)企業(yè)技術(shù)產(chǎn)品和投資收益未達(dá)市場(chǎng)預(yù)期等具體原因。

全球量子信息初創(chuàng)企業(yè)十大融資事件

其中，從技術(shù)路線來(lái)看，量子計(jì)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(lèi)，一是基于微觀結(jié)構(gòu)形成分立能級(jí)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(lái)，量子計(jì)算科研攻關(guān)全球加速發(fā)展，各方你追我趕競(jìng)爭(zhēng)激烈。其中超導(dǎo)路線受到眾多科研機(jī)構(gòu)、科技巨頭和初創(chuàng)企業(yè)的重視，中性原子路線成為新崛起的一匹黑馬。

報(bào)告評(píng)價(jià)，超導(dǎo)、中性原子和離子阱技術(shù)路線是邁向通用量子計(jì)算的有力競(jìng)爭(zhēng)者，邏輯門(mén)型光量子計(jì)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(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。當(dāng)前量子計(jì)算硬件的性能水平，距離實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？扇蒎e(cuò)通用量子計(jì)算還有很大差距，仍需業(yè)界長(zhǎng)期艱苦努力攻關(guān)。

量子計(jì)算主要技術(shù)路線關(guān)鍵指標(biāo)現(xiàn)狀

報(bào)告還引用Gartner的研究提到，2023年量子計(jì)算翻越了“過(guò)高期望”頂點(diǎn)，距離“生產(chǎn)力高原”仍需超過(guò)十年。如果NISQ（含噪聲的中等規(guī)模量子）平臺(tái)在未來(lái)數(shù)年內(nèi)一直無(wú)法實(shí)現(xiàn)“殺手級(jí)”應(yīng)用落地突破，則量子計(jì)算技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展恐將面臨“幻滅之谷”的低潮期。

2023年Gartner量子計(jì)算技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)

量子計(jì)算發(fā)展演進(jìn)可大致分為三個(gè)階段，一是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性驗(yàn)證 (已完成 )，二是能夠在若干具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的計(jì)算難題中展現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性并帶來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的專(zhuān)用量子計(jì)算機(jī)(下一步重點(diǎn)攻關(guān)目標(biāo) )；三是大規(guī)模可容錯(cuò)通用量子計(jì)算機(jī) (遠(yuǎn)期目標(biāo)，尚無(wú)實(shí)現(xiàn)時(shí)間預(yù)期 )。要實(shí)現(xiàn)“殺手級(jí)”應(yīng)用突破，關(guān)鍵還在于提升量子處理器的硬件性能。

根據(jù)業(yè)界專(zhuān)家分析，專(zhuān)用量子計(jì)算機(jī)“殺手級(jí)應(yīng)用”突破，也可大致分為三個(gè)階段。以超導(dǎo)路線為例，一是相干操控比特?cái)?shù)達(dá)數(shù)百位規(guī)模，邏輯門(mén)保真度達(dá)99.9%以上時(shí)，可在運(yùn)算復(fù)雜度和精度要求不高的組合優(yōu)化場(chǎng)景中率先落地，有望未來(lái)3-5年實(shí)現(xiàn)；二是相干操控比特?cái)?shù)達(dá)數(shù)千位規(guī)模，邏輯門(mén)保真度達(dá)99.99%以上時(shí)，可實(shí)現(xiàn)量子模擬在多個(gè)領(lǐng)域的落地應(yīng)用，有望未來(lái)5-10年實(shí)現(xiàn)，三是相干操控比特?cái)?shù)達(dá)數(shù)萬(wàn)位規(guī)模，邏輯門(mén)保真度滿足量子糾錯(cuò)要求時(shí)可在密碼分析等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響，預(yù)計(jì)還需10年以上。

量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈代表企業(yè)

在量子通信方面，量子保密通信企業(yè)與通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商合作開(kāi)展技術(shù)驗(yàn)證和應(yīng)用探索已漸成趨勢(shì)，在企業(yè)合作和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面取得一定進(jìn)展。中國(guó)移動(dòng)與國(guó)科量子聯(lián)合組建了信通數(shù)智量子科技有限公司，中國(guó)電信與科大國(guó)盾聯(lián)合組建了中電信量子科技有限公司。包含8個(gè)核心節(jié)點(diǎn)和159個(gè)接入節(jié)點(diǎn)，總長(zhǎng)度達(dá)到1147km的合肥量子保密通信城域網(wǎng)建成，為市、區(qū)兩級(jí)黨政機(jī)關(guān)的電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供量子安全接入和數(shù)據(jù)傳輸加密服務(wù)。2023年中國(guó)電信進(jìn)一步投資30億元在安徽成立了中電信量子信息科技集團(tuán)有限公司，推動(dòng)量子通信產(chǎn)業(yè)化，并布局量子計(jì)算和量子測(cè)量等領(lǐng)域能力開(kāi)發(fā)。歐盟多國(guó)在歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施 (EuroQCI) 計(jì)劃的資金支持下，開(kāi)始啟動(dòng)量子通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。西班牙Madrid Quantum項(xiàng)目將建設(shè)覆蓋馬德里大都市區(qū)量子通信城域網(wǎng)，法國(guó)、愛(ài)爾蘭和丹麥等國(guó)也開(kāi)始建設(shè)量子通信試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)并開(kāi)展相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品測(cè)試。

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