隨著(zhù)人類(lèi)對于量子力學(xué)原理的認識、理解和研究不斷深入，以及對于微觀(guān)物理體系的觀(guān)測和調控能力不斷提升，以微觀(guān)粒子系統為操控對象，借助其中的量子疊加、量子糾纏等量子物理現象進(jìn)行信息獲取、處理和傳輸的量子信息技術(shù)應運而生并蓬勃發(fā)展。量子信息技術(shù)主要包含量子計算、量子通信和量子測量三大領(lǐng)域，有望在提升運算處理速度、信息安全保障能力、測量精度和靈敏度等方面突破經(jīng)典計算瓶頸。量子信息技術(shù)已經(jīng)成為信息通信技術(shù)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)注焦點(diǎn)之一，在未來(lái)國家科技發(fā)展、新興產(chǎn)業(yè)培育、國防和經(jīng)濟建設等領(lǐng)域，將產(chǎn)生基礎共性乃至顛覆性重大影響。量子計算是遵循量子力學(xué)規律進(jìn)行信息處理的新型計算范式，以量子比特為基本單元，具有為某些計算困難問(wèn)題提供加速的能力，是未來(lái)算力跨越式發(fā)展的重要方向之一，有望滿(mǎn)足量子模擬、量化金融、組合優(yōu)化、人工智能等領(lǐng)域日漸增長(cháng)的算力需求。
近年來(lái)，全球多個(gè)國家與地區持續加強量子計算領(lǐng)域的規劃布局，不斷投入資金支持。量子計算領(lǐng)域熱度不斷升高，科研創(chuàng )新活躍，超導和光量子路線(xiàn)實(shí)現量子計算優(yōu)越性試驗驗證，實(shí)用化應用探索多方展開(kāi)，產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐步構建，全方位多元化的發(fā)展格局正在形成。本文重點(diǎn)梳理分析量子計算最新研究進(jìn)展、應用探索開(kāi)展態(tài)勢和產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育等，并對量子計算未來(lái)發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。
1 主流技術(shù)路線(xiàn)研究進(jìn)展
量子計算歷經(jīng)數十年發(fā)展，多方面研究與探索同步開(kāi)展，逐漸形成集理論研究、樣機研制、應用探索和產(chǎn)業(yè)培育為一體的體系化發(fā)展格局。近年來(lái)，量子計算在技術(shù)研究、樣機研制、軟件開(kāi)發(fā)、算法研究等方面取得諸多進(jìn)展，重要成果層出不窮，而技術(shù)路線(xiàn)選擇是樣機研制中的重中之重。量子硬件通過(guò)制備、操作和測量量子比特，并基于單比特疊加和多比特糾纏的耦合與狀態(tài)演化實(shí)現高效并行計算模擬等功能，是量子計算樣機研發(fā)攻關(guān)亟待突破的問(wèn)題。超導、離子阱、光量子、硅基量子點(diǎn)和超冷原子等技術(shù)路線(xiàn)處于并行發(fā)展和開(kāi)放競爭狀態(tài)，尚未呈現融合收斂趨勢，近年亮點(diǎn)進(jìn)展頗多，競爭較為激烈。此外，金剛石氮-空位（NV）色心路線(xiàn)、拓撲路線(xiàn)等也取得進(jìn)展，目前仍處于基礎研究階段，未來(lái)發(fā)展值得期待。下面對主流技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行總結和分析。
1.1 超導
超導技術(shù)路線(xiàn)是發(fā)展相對迅速的一種路線(xiàn)，核心器件為二能級系統超導約瑟夫森結，已衍生出Transmon、Xmon、Fluxonium等多種新型超導量子比特，具有可設計、可擴展、易控制、易耦合等優(yōu)勢。近年來(lái)，超導技術(shù)路線(xiàn)在量子比特數量和保真度方面均有一定突破。2022年，Rigetti推出80量子比特Aspen-M系統，IBM發(fā)布433量子比特芯片Osprey。美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室在超導量子信息處理器中進(jìn)行三量子比特高保真iToffoli本機門(mén)首次試驗演示，保真度達98.26%，阿里巴巴在新型Fluxoniu系統中實(shí)現99.72%的雙比特門(mén)操控精度。
超導技術(shù)路線(xiàn)主要瓶頸在于極低溫制冷環(huán)境帶來(lái)的工程挑戰，需要新穎和高度集成化的測控系統支持大規模量子比特操控，以及結合材料科學(xué)等提高相干壽命和保真度等。超導技術(shù)路線(xiàn)是實(shí)現通用量子計算有力競爭者之一，已獲得諸多科研機構、科技企業(yè)和初創(chuàng )公司支持，比特數量穩步提升，每秒電路層操作數等指標占優(yōu)。
1.2 離子阱
離子阱技術(shù)路線(xiàn)是另一種受關(guān)注程度較高的路線(xiàn)，基本原理是利用電荷與磁場(chǎng)間的交互作用力形成勢阱，從而操控帶電粒子構建二能級量子比特，具有無(wú)需極低溫冷卻、量子比特物理全同、相干時(shí)間長(cháng)等優(yōu)勢。近年離子阱技術(shù)路線(xiàn)研究進(jìn)展主要體現在保真度提升和全連接比特數增長(cháng)等方面。2022年，Quantinuum提升Model H1系統量子體積至8 192。IonQ離子阱量子處理器保真度達99.96%，并推出32 Qubit離子阱量子計算機IonQ Forte。2023年，Quantinuum的H1-1系統量子體積提升至32 768。華翊博奧（北京）量子科技有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“華翊量子”）推出37 Qubit離子阱量子計算原型機。
離子阱技術(shù)路線(xiàn)主要瓶頸挑戰在于離子囚禁時(shí)間有限，捕獲離子的狀態(tài)制備時(shí)間和量子門(mén)操作時(shí)間較長(cháng)，單比特多路激光讀寫(xiě)需求和線(xiàn)性阱尺度規模制約比特數擴展等。離子阱技術(shù)路線(xiàn)是通用量子計算另一個(gè)有力競爭者，未來(lái)樣機研發(fā)在真空、激光、微波和電子學(xué)等多個(gè)工程領(lǐng)域需持續攻關(guān)。
1.3 光量子
光量子技術(shù)路線(xiàn)原理是利用光子的多種自由度（例如偏振、相位和時(shí)間位置等）進(jìn)行量子態(tài)編碼和量子位構建。主要優(yōu)勢在于，與周?chē)h(huán)境相互作用弱、可常溫工作、相干時(shí)間長(cháng)、保真度較高。近年光量子路線(xiàn)科研進(jìn)展主要是量子優(yōu)越性證明、光子糾纏操控試驗等。2022年，Xanadu[5]在光量子計算機Borealis上完成216 光子高斯玻色采樣試驗。德國馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所展示雙光子CNOT門(mén)并實(shí)現14 光子糾纏操控。
光量子技術(shù)路線(xiàn)主要瓶頸挑戰在于不同光子態(tài)之間構建雙量子比特門(mén)和實(shí)現邏輯操作，以及高品質(zhì)光源與光子探測性能待提升等。未來(lái)基于集成光學(xué)芯片的光量子計算方案或將成為發(fā)展演進(jìn)的重要方向。
1.4 硅基量子點(diǎn)
硅基量子點(diǎn)技術(shù)路線(xiàn)的基本原理是在硅或砷化鎵等半導體材料制備門(mén)控量子點(diǎn)來(lái)編碼量子比特。優(yōu)勢在于，可擴展性好、門(mén)操作速度快、與成熟集成電路工藝相兼容。近年亮點(diǎn)成果在于量子比特數量和保真度的提升。2022年，《自然》雜志發(fā)表三種不同實(shí)現方案的硅基量子處理器雙量子比特門(mén)保真度達到99%以上。另外，Intel實(shí)現12位硅自旋量子比特。
硅基量子點(diǎn)技術(shù)路線(xiàn)主要瓶頸挑戰在于噪聲影響明顯，保真度較低，需要提純材料以延長(cháng)相干壽命，量子位間存在干擾與串擾等。由于硅基量子點(diǎn)技術(shù)路線(xiàn)與經(jīng)典電子學(xué)可兼容，經(jīng)典電子學(xué)的發(fā)展很有可能提升量子處理器擴展性。未來(lái)， 克服電子自旋易受電磁環(huán)境影響將是硅基量子點(diǎn)科研攻關(guān)的主要目標。
1.5 超冷原子
超冷原子技術(shù)路線(xiàn)通過(guò)被稱(chēng)為光鑷的緊密聚焦激光束陣列，約束超冷原子在超高真空中懸浮，并基于此構建二能級系統。優(yōu)勢在于長(cháng)相干時(shí)間和超高維列陣構建能力。近年在超高維列陣構建能力與量子模擬方向得到應用。2022年，美國芝加哥大學(xué)實(shí)現512 位雙元素二維原子陣列。Pasqal捕獲324 位量子比特的超冷原子大型量子處理器陣列。
超冷原子技術(shù)路線(xiàn)主要挑戰是需要克服激光控制系統復雜性影響，進(jìn)一步提升邏輯門(mén)操控能力和保真度等。超冷原子技術(shù)路線(xiàn)適用于求解量子哈密頓量和模擬量子處理，未來(lái)不但可用于研究和解決凝聚態(tài)物質(zhì)中諸多物理問(wèn)題的典型模型，還有望用于模擬研究分析量子化學(xué)、多體物理、凝聚態(tài)物理、核物理等諸多復雜體系和現象。
總體而言，量子計算樣機研制已成為全球主要國家和地區在前沿科技領(lǐng)域攻關(guān)突破的重點(diǎn)方向之一，不同技術(shù)路線(xiàn)具有自身的獨特優(yōu)勢，超導與離子阱持續領(lǐng)跑，光量子實(shí)現量子計算優(yōu)越性試驗驗證，硅基量子點(diǎn)與超冷原子的發(fā)展值得期待，技術(shù)路線(xiàn)發(fā)展整體仍呈現多元并行的態(tài)勢，尚未實(shí)現技術(shù)收斂。
2 應用探索方向概況
量子計算硬件的飛速發(fā)展使得含噪聲的中型量子（Noisy Intermediate-Scale Quantum，NISQ）時(shí)代已然來(lái)臨，以量子計算機為基礎開(kāi)展的應用場(chǎng)景探索，已逐漸成為業(yè)界的研究熱點(diǎn)，旨在為諸多行業(yè)提供更高效的量子計算解決方案。近年來(lái)，應用探索主要集中在量子模擬、量子組合優(yōu)化以及量子線(xiàn)性代數等方向，代表性行業(yè)應用探索情況如表1所示。
表1 量子計算行業(yè)應用探索概況
2.1 量子模擬
量子模擬能夠在原子尺度模擬微觀(guān)系統相互作用，對微觀(guān)世界行為產(chǎn)生洞察力，對科學(xué)研究、工業(yè)制造和社會(huì )發(fā)展均有望產(chǎn)生巨大影響，近年來(lái)已成為研究熱點(diǎn)。2022年，IBM展示“Entanglement Forging”技術(shù)用于量子模擬并使得量子比特數量減半。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)搭建超冷鋰-鏑原子量子模擬平臺實(shí)現均勻費米氣體的制備。Google實(shí)現16 bit費米子量子蒙特卡羅模擬。
量子模擬應用探索主要集中在物理模型、化學(xué)工業(yè)、生物制藥、材料研究等領(lǐng)域，使用量子計算機模擬量子系統的運行狀態(tài)，具備真實(shí)接近系統自然狀態(tài)原貌的優(yōu)勢，目前正在從提供物理現象的定性演示向為應用問(wèn)題提供解決方案的方向發(fā)展。
2.2 量子組合優(yōu)化
數學(xué)中的優(yōu)化問(wèn)題，簡(jiǎn)而言之即利用數學(xué)方法尋找離散事件中的最優(yōu)解或進(jìn)行最優(yōu)的編排、分組，組合優(yōu)化問(wèn)題是目前算法中最熱門(mén)的問(wèn)題之一，搜索空間往往隨著(zhù)搜索規模呈指數級增長(cháng)，導致有效時(shí)間內難以求解,或難以獲得全局性最優(yōu)解。目前，在涉及復雜多變量組合優(yōu)化的量化金融、交通規劃、氣象預測等領(lǐng)域，量子計算應用探索也在廣泛開(kāi)展。2022年，Multiverse Computing推出奇點(diǎn)投資組合混合求解器用于量化投資優(yōu)化分析。Quantum-South發(fā)布基于量子計算的航空貨運優(yōu)化應用程序。PsiQuantum啟動(dòng)Qlimate計劃旨在提供氣候相關(guān)計算問(wèn)題的量子解決方案。
量子組合優(yōu)化有助于提升尋找優(yōu)化方案的效率和準確性，對諸多復雜數學(xué)問(wèn)題進(jìn)行高效計算，具有將計算時(shí)間大幅縮小以實(shí)現實(shí)時(shí)優(yōu)化等優(yōu)勢，未來(lái)需要持續加大應用探索的深度和廣度，實(shí)現更多行業(yè)領(lǐng)域的量子組合優(yōu)化案例。
2.3 量子線(xiàn)性代數
量子線(xiàn)性代數包含多種量子技術(shù)和方法，主要應用于量子機器學(xué)習、密碼破譯、信用評分等領(lǐng)域。其中，量子機器學(xué)習通過(guò)構建新型數據處理模型，將傳統機器學(xué)習算法中的部分關(guān)鍵步驟由經(jīng)過(guò)驗證的量子算法代替，有望提升目前機器學(xué)習算法處理大數據的計算效率。2022年，Google使用40位超導量子處理器驗證量子主成分分析過(guò)程中的原理性?xún)?yōu)勢。美國哈佛大學(xué)利用里德堡原子陣列構建量子遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的認知任務(wù)學(xué)習試驗。
量子線(xiàn)性代數利用量子計算的高效、解決復雜數學(xué)問(wèn)題的能力，分析求解多行業(yè)領(lǐng)域的復雜數學(xué)問(wèn)題，具有提升復雜數學(xué)問(wèn)題計算效率等優(yōu)勢。
綜上所述，量子計算相關(guān)領(lǐng)域的應用探索正在逐漸深入，總體處于發(fā)展的早期階段，在應用落地和產(chǎn)出實(shí)際價(jià)值方面仍面臨挑戰。未來(lái)應用探索的攻關(guān)方向主要集中在量子比特集成規模、應用算法設計等方面，并需要在加強量子計算與已有應用場(chǎng)景結合的同時(shí)，探索更多具有潛力的應用方向，并通過(guò)理論及試驗等方式判斷實(shí)際應用中量子計算相較于經(jīng)典計算的優(yōu)勢。
3 產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育進(jìn)展
近年來(lái)，量子計算領(lǐng)域熱度不斷升高，已成為全球前沿技術(shù)領(lǐng)域投資焦點(diǎn)之一，且投入力度不斷加大。與此同時(shí)，產(chǎn)業(yè)生態(tài)構建培育也成為近期熱點(diǎn)，各國和地區企業(yè)、研究機構不斷通過(guò)成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等方式，逐步培育量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統。
3.1 市場(chǎng)融投資
量子信息領(lǐng)域市場(chǎng)融投資近兩年來(lái)呈爆發(fā)式增長(cháng)趨勢，量子信息領(lǐng)域企業(yè)獲得市場(chǎng)高度關(guān)注以及大量資金支持，且投資高度集中于量子計算領(lǐng)域（見(jiàn)表2）。量子計算初創(chuàng )企業(yè)在歐洲和美國聚集度和關(guān)注度更高。大量的資金涌入既為量子計算樣機硬件研發(fā)、軟件開(kāi)發(fā)、應用探索等方向提供創(chuàng )新支持和資源保障，也引發(fā)了技術(shù)炒作、夸大宣傳和行業(yè)泡沫等不同觀(guān)點(diǎn)和爭議。
表2 國內外量子計算企業(yè)融投資概況
2022年，美國Scorpion Capital發(fā)布對量子計算上市公司IonQ的做空報告，指出其量子計算產(chǎn)品與應用局限，以及管理運行方面的問(wèn)題，質(zhì)疑其交付能力與商業(yè)模式。英國牛津大學(xué)學(xué)者指出，資金涌入導致量子計算成就和前景夸大宣傳，行業(yè)泡沫不容忽視。以上觀(guān)點(diǎn)也引發(fā)業(yè)界回應，從技術(shù)發(fā)展成就、科技巨頭投入和應用探索前景等方面展開(kāi)討論，各方對行業(yè)泡沫爭議的看法觀(guān)點(diǎn)不一。
量子計算是未來(lái)科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革的重要變量之一，已成為全球各國學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和利益攸關(guān)方的普遍共識，近年來(lái)在技術(shù)研究和樣機研制等方面取得一系列重要進(jìn)展，但樣機比特數量、質(zhì)量和操控速度等性能指標仍有很大提升空間，軟硬件技術(shù)發(fā)展遠未成熟，應用探索與產(chǎn)業(yè)培育尚處起步階段。泡沫質(zhì)疑是量子計算發(fā)展過(guò)程中的必經(jīng)之路，也是量子計算在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界反差氛圍中產(chǎn)生的必然結果。在政策與資金不斷涌入時(shí)，對量子計算領(lǐng)域的捧殺需要保持清醒和警惕。在無(wú)人區探索和技術(shù)應用成果的短期交付達不到預期時(shí)，對量子計算領(lǐng)域的發(fā)展需要保持戰略定力與信心，避免對未來(lái)構建技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭力產(chǎn)生不利影響。
3.2 生態(tài)培育
近年來(lái)，量子計算領(lǐng)域熱度不斷升高，各國和地區相繼出臺戰略政策以推動(dòng)國內外科技公司和初創(chuàng )企業(yè)的發(fā)展。目前，全球已有數百家量子計算企業(yè)，研究覆蓋量子計算軟硬件、基礎配套、應用探索、用戶(hù)培育等多個(gè)方面，產(chǎn)業(yè)集聚度以美國和歐洲最高，量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系正在逐步構建。
美國占據全球量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢，以科技公司Google、Microsoft、IBM、Intel、Honeywell、HP，以及初創(chuàng )企業(yè)IonQ、Rigetti等眾多具備較強技術(shù)實(shí)力和資金支持的企業(yè)為首，加速世界量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從量子計算產(chǎn)業(yè)上層的應用服務(wù)、軟件開(kāi)發(fā)到下層量子處理器研發(fā)和支撐系統配套研發(fā)等各層面，均有企業(yè)深入參與。企業(yè)積極進(jìn)行量子計算原型機及軟件算法相關(guān)研發(fā)，積極與科研背景強大的科研院所和高校開(kāi)展廣泛合作，對量子計算成果轉化和加速發(fā)展助力明顯。
歐洲各國及地區也紛紛支持量子計算領(lǐng)域發(fā)展，積極制定量子計算發(fā)展戰略，部署諸多研究項目。歐洲量子企業(yè)大多為初創(chuàng )企業(yè)，代表性企業(yè)包括IQM、Atos、Qu&Co等，近年呈加速發(fā)展態(tài)勢。歐洲量子計算企業(yè)與美國等企業(yè)之間合作緊密，各企業(yè)通過(guò)與其他量子企業(yè)合作、與產(chǎn)業(yè)界企業(yè)合作等方式取得諸多研究進(jìn)展與成果。除美國和歐洲大力發(fā)展量子計算外，加拿大、澳大利亞、日本、新加坡等也涌現出一批量子初創(chuàng )企業(yè)?？傮w而言，國際企業(yè)具有較強的技術(shù)實(shí)力，全方位推動(dòng)基礎科學(xué)研究、應用場(chǎng)景探索和產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育等方面的發(fā)展，激烈競爭的同時(shí)保持分工協(xié)作，有力推動(dòng)量子計算的加速發(fā)展。國內的多家科技公司也致力于量子計算的研究，包括華為、百度、阿里巴巴、騰訊等。近年來(lái)，通過(guò)與科研院所合作或聘請知名科學(xué)家等方式成立相關(guān)實(shí)驗室，在硬件、軟件、算法、應用和量子計算云平臺等方面積極布局。除此之外，國內的量子初創(chuàng )企業(yè)也正大力推進(jìn)量子計算各環(huán)節的研究與應用，代表性初創(chuàng )企業(yè)包括本源量子計算科技（合肥）股份有限公司、國開(kāi)啟科量子技術(shù)（北京）有限公司、華翊量子、深圳量旋科技有限公司、上海圖靈智算量子科技有限公司等。我國科技企業(yè)在樣機研制、應用推動(dòng)及產(chǎn)業(yè)培育等方面與國際企業(yè)相比存在差距，但正在積極追趕，產(chǎn)業(yè)培育等工作逐步得到重視和加強。
通過(guò)成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等方式發(fā)展和完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統，已逐漸成為近期發(fā)展熱點(diǎn)。近年來(lái)，多個(gè)國家及地區均成立量子計算領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，成員單位涵蓋量子信息領(lǐng)域企業(yè)、眾多研究機構以及各應用領(lǐng)域重點(diǎn)企業(yè)。IBM成立的IBM Q Network目前已有包含政府及科研機構、初創(chuàng )企業(yè)、行業(yè)應用合作伙伴等在內百余家成員，覆蓋航空、銀行、能源等應用領(lǐng)域。Microsoft發(fā)起Microsoft Quantum Network與Northwest Quantum Nexus，主要包括解決方案合作方、下游潛在客戶(hù)及研究機構三類(lèi)成員，致力于推進(jìn)量子計算發(fā)展并探討實(shí)際應用。日本24 家企業(yè)聯(lián)合成立量子戰略產(chǎn)業(yè)革命聯(lián)盟，旨在評估與量子計算相關(guān)的基本原則與法律，并就其適用性和必要產(chǎn)業(yè)結構提出建議。德國10 家企業(yè)成立量子技術(shù)與應用聯(lián)盟，旨在明確現階段可能實(shí)現的行業(yè)應用，評估量子計算工業(yè)化實(shí)施潛力。芬蘭建立量子計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟項目BusinessQ，目標在于擴大量子計算對芬蘭工業(yè)與商業(yè)的影響。加拿大成立量子產(chǎn)業(yè)部，旨在加速技術(shù)創(chuàng )新、實(shí)現人才轉化及推進(jìn)量子計算商業(yè)化進(jìn)程。我國本源量子建立本源量子計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，加速技術(shù)開(kāi)發(fā)和探索應用落地。中國信息通信研究院聯(lián)合國內量子信息領(lǐng)域高校、科研機構和企業(yè)發(fā)起量子信息網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，組織推動(dòng)論壇交流、案例征集、報告研究、驗證測評等工作。
全球量子計算企業(yè)數量不斷增多，呈加速發(fā)展態(tài)勢，整體數目已超百家，量子計算領(lǐng)域研究覆蓋量子計算軟硬件、基礎配套和應用探索等多個(gè)方面，產(chǎn)業(yè)集聚度仍以北美和歐洲最高，量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系正在逐步構建。相較美國和歐洲而言，我國企業(yè)在技術(shù)研發(fā)水平與整體產(chǎn)業(yè)生態(tài)構建等方面仍有提升空間，未來(lái)需要組織開(kāi)展產(chǎn)業(yè)需求、供應鏈建設等方面深入交流，探索科研、工程和產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域的分工合作協(xié)同機制，突破和掌握核心使能技術(shù)，為用戶(hù)習慣培養和產(chǎn)業(yè)生態(tài)構建奠定基礎。
4 未來(lái)發(fā)展趨勢展望
總體而言，量子計算技術(shù)研究處于早期快速發(fā)展階段，多種技術(shù)路線(xiàn)呈現多元化開(kāi)放性的競爭態(tài)勢，這種競爭態(tài)勢短期內將持續存在。量子計算應用探索在諸多行業(yè)廣泛開(kāi)展，距離應用落地尚有一定距離，相關(guān)探索必將是一個(gè)長(cháng)期過(guò)程。量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在逐步構建，處于早期培育階段，產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展勢頭良好，未來(lái)將持續探索合適的商業(yè)模式。
在技術(shù)研究方面，量子計算研究發(fā)展迅速，不斷取得突破性進(jìn)展，硬件研制、軟件算法、量子糾錯、支撐保障等方面取得一系列重要成果。量子計算仍處于早期快速發(fā)展階段，各研究領(lǐng)域仍存在較多亟需解決的問(wèn)題。在硬件研制方面，需要在可擴展性、操作復雜度、噪聲抑制能力和集成化水平等方面重點(diǎn)突破，集中力量加強研發(fā)攻關(guān)。在軟件算法方面，需要在注重軟件本身的研究與開(kāi)發(fā)的基礎上，重視應用生態(tài)的培育以及用戶(hù)習慣的培養。在量子糾錯方面，需要結合理論研究與樣機試驗，進(jìn)一步設計和改進(jìn)糾錯程序，同時(shí)降低糾錯所需的資源開(kāi)銷(xiāo)。在支撐保障方面，需要明確不同路線(xiàn)量子計算機所需支撐保障系統面臨的挑戰，重點(diǎn)攻關(guān)稀釋制冷機、測控系統、真空腔等關(guān)鍵部分。
在應用探索方面，基于NISQ樣機開(kāi)展量子算法研究和應用場(chǎng)景探索，逐漸成為業(yè)界研究熱點(diǎn)，涵蓋化學(xué)模擬、量化金融、交運航空、人工智能、氣象預測等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。量子計算應用成果層出不窮，但已發(fā)布成果大多偏向于預研性質(zhì)，處于原理性與可行性驗證的探索階段，量子計算距離應用實(shí)際落地和產(chǎn)生變革性?xún)r(jià)值仍有一定距離。近期，數學(xué)工程與先進(jìn)計算國家重點(diǎn)實(shí)驗室、清華大學(xué)等提出亞線(xiàn)性資源量子經(jīng)典混合大數分解算法，有望推動(dòng)NISQ量子樣機的實(shí)際應用。在具有實(shí)用價(jià)值的問(wèn)題上，明確展現量子優(yōu)越性是下一步努力的目標。
在產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育方面，以美國、中國、歐洲、加拿大等為首的各國和地區企業(yè)紛紛開(kāi)啟量子計算上下游各環(huán)節的系列研究與產(chǎn)品研發(fā)，全球量子計算生態(tài)體系正在逐步構建。量子計算產(chǎn)業(yè)推進(jìn)處于早期階段，產(chǎn)業(yè)力量不斷壯大的同時(shí)，發(fā)展仍具有一定的不確定性，產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)構建需要業(yè)界共同研究探討和持續推進(jìn)。未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵主要集中在生態(tài)系統構建、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、開(kāi)源社區、市場(chǎng)投融資等方面，通過(guò)整合多方力量構建具有競爭力的量子計算產(chǎn)業(yè)。
5 結束語(yǔ)
量子計算領(lǐng)域是目前各方關(guān)注與期望的焦點(diǎn)，全球主要國家及地區紛紛加大公共研發(fā)資金的支持投入力度?？茖W(xué)研究和技術(shù)研發(fā)亮點(diǎn)紛呈，多種技術(shù)路線(xiàn)并行發(fā)展，量子計算優(yōu)越性獲得試驗驗證，量子糾錯研究欣欣向榮。行業(yè)應用探索廣泛開(kāi)展，多領(lǐng)域應用探索蓄勢待發(fā)。產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新與投融資增長(cháng)迅速，發(fā)展趨勢強勁。未來(lái)業(yè)界需要結合量子計算關(guān)鍵技術(shù)、應用與產(chǎn)業(yè)生態(tài)的現狀與需求，持續加強基礎科研攻關(guān)，開(kāi)展行業(yè)應用探索，促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研、用協(xié)同，培育產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統，多措并舉，共同聚力推動(dòng)量子計算領(lǐng)域發(fā)展。
