多圖預警！《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《量子信息技術發(fā)展與應用研究報告（2023年）》。

報告指出，經過四十余年發(fā)展，量子信息領域逐步從基礎研究走向基礎與應用研究并重，開始進入科技攻關、工程研發(fā)應用探索和產業(yè)培育一體化推進的發(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)》法案為重要標志，近五年來各國在量子信息領域的規(guī)劃布局持續(xù)加速。2023年6個國家相繼發(fā)布量子信息相關國家戰(zhàn)略和投資規(guī)劃，計劃投資總規(guī)模達到67億美元?？傮w而言，量子信息領域的國際科技競爭正日趨激烈。

主要國家量子信息產業(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)量預計將達到200項。在量子計算硬件技術路線中，超導路線專利數(shù)量占比超過50%，光量子和中性原子路線技術創(chuàng)新熱度高于離子阱和硅半導體。量子通信領域中量子密鑰分發(fā)技術專利占比超過70%，器件、設備等系統(tǒng)研發(fā)類專利數(shù)量眾多，量子信息網(wǎng)絡技術成熟度不足，相關專利尚未大量涌現(xiàn)。量子測量領域中，以原子鐘為代表的時頻基準方向專利占比接近50%。

量子信息不同技術方向專利數(shù)量對比

從不同技術領域看，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業(yè)生態(tài)的活躍地區(qū)。中國量子計算領域相關企業(yè)共有35家，不及美國一半。量子通信領域中國相關企業(yè)數(shù)量最多，共有42家，美國僅有13家，歐洲有27家，從一個側面反映出不同國家和地區(qū)在量子通信領域的投資和推動力度差異。量子測量領域也是歐美企業(yè)數(shù)量最多，共有80家，全球占比超過60%。中國量子測量相關企業(yè)共有22家，約為美國一半。PQC領域歐美平分秋色，共有相關企業(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技術產業(yè)全球競爭中恐難與歐美比肩。

量子信息各領域企業(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)已成為量子計算領域業(yè)界標桿，IonQ、Quantinuum、PsiQ、AOSense 等初創(chuàng)企業(yè)創(chuàng)新驅動能力突出，在量子信息技術產業(yè)中擁有較為明顯的先發(fā)優(yōu)勢。中國量子信息相關企業(yè)共有103家，但科技企業(yè)投入推動力度，供應鏈企業(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，在未來技術產業(yè)發(fā)展中也擁有較強競爭力。

從投融資金額規(guī)模看，過去5年資本市場對量子信息領域企業(yè)的投資同樣經歷了一輪爆發(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)技術產品和投資收益未達市場預期等具體原因。

全球量子信息初創(chuàng)企業(yè)十大融資事件

其中，從技術路線來看，量子計算硬件目前有多種技術路線，處于并行發(fā)展階段，大致可以分為兩大類，一是基于微觀結構形成分立能級系統(tǒng)的“人造粒子”路線，如超導和硅半導體，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，量子計算科研攻關全球加速發(fā)展，各方你追我趕競爭激烈。其中超導路線受到眾多科研機構、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、中性原子和離子阱技術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體技術路線需要取得重大技術和工程突破才能保持競爭實力。當前量子計算硬件的性能水平，距離實現(xiàn)大規(guī)模可容錯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。

量子計算主要技術路線關鍵指標現(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)年內一直無法實現(xiàn)“殺手級”應用落地突破，則量子計算技術產業(yè)發(fā)展恐將面臨“幻滅之谷”的低潮期。

2023年Gartner量子計算技術成熟度預測

量子計算發(fā)展演進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)越性并帶來社會經濟價值的專用量子計算機(下一步重點攻關目標 )；三是大規(guī)模可容錯通用量子計算機 (遠期目標，尚無實現(xiàn)時間預期 )。要實現(xiàn)“殺手級”應用突破，關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“殺手級應用”突破，也可大致分為三個階段。以超導路線為例，一是相干操控比特數(shù)達數(shù)百位規(guī)模，邏輯門保真度達99.9%以上時，可在運算復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)達數(shù)千位規(guī)模，邏輯門保真度達99.99%以上時，可實現(xiàn)量子模擬在多個領域的落地應用，有望未來5-10年實現(xiàn)，三是相干操控比特數(shù)達數(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域產生重要影響，預計還需10年以上。

量子計算產業(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)絡運營商合作開展技術驗證和應用探索已漸成趨勢，在企業(yè)合作和網(wǎng)絡建設方面取得一定進展。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)兩級黨政機關的電子政務網(wǎng)絡提供量子安全接入和數(shù)據(jù)傳輸加密服務。2023年中國電信進一步投資30億元在安徽成立了中電信量子信息科技集團有限公司，推動量子通信產業(yè)化，并布局量子計算和量子測量等領域能力開發(fā)。歐盟多國在歐洲量子通信基礎設施 (EuroQCI) 計劃的資金支持下，開始啟動量子通信實驗網(wǎng)絡和基礎設施建設。西班牙Madrid Quantum項目將建設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量子通信試驗網(wǎng)絡并開展相關技術產品測試。

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