多圖預(yù)警！《量子信息研究報告（2023年）》發(fā)布

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

報告指出，經(jīng)過四十余年發(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個國家和地區(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)公開信息不完全統(tǒng)計，各國對量子信息產(chǎn)業(yè)規(guī)劃投資總額超過280億美元。

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

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

從專利方面看，量子通信專利的增長趨勢較為穩(wěn)定，量子計算專利申請在2019年超過量子通信并持續(xù)保持快速增長，PQC（后量子加密）專利近年來開始快速增長，2023年數(shù)量預(yù)計將達(dá)到200項。在量子計算硬件技術(shù)路線中，超導(dǎo)路線專利數(shù)量占比超過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)專利占比超過70%，器件、設(shè)備等系統(tǒng)研發(fā)類專利數(shù)量眾多，量子信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟度不足，相關(guān)專利尚未大量涌現(xiàn)。量子測量領(lǐng)域中，以原子鐘為代表的時頻基準(zhǔn)方向?qū)＠急冉咏?0%。

量子信息不同技術(shù)方向?qū)＠麛?shù)量對比

從不同技術(shù)領(lǐng)域看，量子計算企業(yè)歐美聚集度最高，共有175家，全球占比超過60%，反映出美國和歐洲是量子計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)的活躍地區(qū)。中國量子計算領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)共有35家，不及美國一半。量子通信領(lǐng)域中國相關(guān)企業(yè)數(shù)量最多，共有42家，美國僅有13家，歐洲有27家，從一個側(cè)面反映出不同國家和地區(qū)在量子通信領(lǐng)域的投資和推動力度差異。量子測量領(lǐng)域也是歐美企業(yè)數(shù)量最多，共有80家，全球占比超過60%。中國量子測量相關(guān)企業(yè)共有22家，約為美國一半。PQC領(lǐng)域歐美平分秋色，共有相關(guān)企業(yè)47家，中國PQC企業(yè)數(shù)量僅有4家，數(shù)量差距明顯，未來PQC技術(shù)產(chǎn)業(yè)全球競爭中恐難與歐美比肩。

量子信息各領(lǐng)域企業(yè)及國家分布情況

從企業(yè)國家分布看，美國共有158家量子信息相關(guān)企業(yè)，全球占比超過四分之一。其中，谷歌、IBM、英特爾等科技企業(yè)已成為量子計算領(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。中國量子信息相關(guān)企業(yè)共有103家，但科技企業(yè)投入推動力度，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)量較多的國家還有加拿大、英國、德國、法國、日本、荷蘭等，在未來技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也擁有較強競爭力。

從投融資金額規(guī)?？?，過去5年資本市場對量子信息領(lǐng)域企業(yè)的投資同樣經(jīng)歷了一輪爆發(fā)式增長，2021年和2022年均超過20億美元量級，超過了過去十年的總和。近兩年來，量子信息初創(chuàng)企業(yè)獲得的投融資數(shù)量和金額開始出現(xiàn)一定回落。一方面有全球疫情、經(jīng)濟衰退和美元加息等宏觀層面影響，另一方面也有量子計算等初創(chuàng)企業(yè)技術(shù)產(chǎn)品和投資收益未達(dá)市場預(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)路線來看，量子計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，一是基于微觀結(jié)構(gòu)形成分立能級系統(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，量子計算科研攻關(guān)全球加速發(fā)展，各方你追我趕競爭激烈。其中超導(dǎo)路線受到眾多科研機構(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。

報告評價，超導(dǎo)、中性原子和離子阱技術(shù)路線是邁向通用量子計算的有力競爭者，邏輯門型光量子計算和硅半導(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爭實力。當(dāng)前量子計算硬件的性能水平，距離實現(xiàn)大規(guī)?？扇蒎e通用量子計算還有很大差距，仍需業(yè)界長期艱苦努力攻關(guān)。

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

報告還引用Gartner的研究提到，2023年量子計算翻越了“過高期望”頂點，距離“生產(chǎn)力高原”仍需超過十年。如果NISQ（含噪聲的中等規(guī)模量子）平臺在未來數(shù)年內(nèi)一直無法實現(xiàn)“殺手級”應(yīng)用落地突破，則量子計算技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展恐將面臨“幻滅之谷”的低潮期。

2023年Gartner量子計算技術(shù)成熟度預(yù)測

量子計算發(fā)展演進(jìn)可大致分為三個階段，一是實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性驗證 (已完成 )，二是能夠在若干具有實際應(yīng)用價值的計算難題中展現(xiàn)量子計算優(yōu)越性并帶來社會經(jīng)濟價值的專用量子計算機(下一步重點攻關(guān)目標(biāo) )；三是大規(guī)?？扇蒎e通用量子計算機 (遠(yuǎn)期目標(biāo)，尚無實現(xiàn)時間預(yù)期 )。要實現(xiàn)“殺手級”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)界專家分析，專用量子計算機“殺手級應(yīng)用”突破，也可大致分為三個階段。以超導(dǎo)路線為例，一是相干操控比特數(shù)達(dá)數(shù)百位規(guī)模，邏輯門保真度達(dá)99.9%以上時，可在運算復(fù)雜度和精度要求不高的組合優(yōu)化場景中率先落地，有望未來3-5年實現(xiàn)；二是相干操控比特數(shù)達(dá)數(shù)千位規(guī)模，邏輯門保真度達(dá)99.99%以上時，可實現(xiàn)量子模擬在多個領(lǐng)域的落地應(yīng)用，有望未來5-10年實現(xiàn)，三是相干操控比特數(shù)達(dá)數(shù)萬位規(guī)模，邏輯門保真度滿足量子糾錯要求時可在密碼分析等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響，預(yù)計還需10年以上。

量子計算產(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)運營商合作開展技術(shù)驗證和應(yīng)用探索已漸成趨勢，在企業(yè)合作和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面取得一定進(jìn)展。中國移動與國科量子聯(lián)合組建了信通數(shù)智量子科技有限公司，中國電信與科大國盾聯(lián)合組建了中電信量子科技有限公司。包含8個核心節(jié)點和159個接入節(jié)點，總長度達(dá)到1147km的合肥量子保密通信城域網(wǎng)建成，為市、區(qū)兩級黨政機關(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，推動量子通信產(chǎn)業(yè)化，并布局量子計算和量子測量等領(lǐng)域能力開發(fā)。歐盟多國在歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施 (EuroQCI) 計劃的資金支持下，開始啟動量子通信實驗網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。西班牙Madrid Quantum項目將建設(shè)覆蓋馬德里大都市區(qū)量子通信城域網(wǎng)，法國、愛爾蘭和丹麥等國也開始建設(shè)量子通信試驗網(wǎng)絡(luò)并開展相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品測試。

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