量子信息技术产业发展报告（2023年）.docx

《量子信息技术产业发展报告（2023年）.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《量子信息技术产业发展报告（2023年）.docx（56页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、一.总体发展态势1（一）三大领域发展态势1（二）热点话题事件3二政策布局投资8（一）国际政策布局8（二）国内政策布局15三.科研进展成果17（一）量子计算11（二）量子通信27（三）量子测量34四.应用场景探索39（一）量子模拟助力探索微观系统性质与规律39（一）量子组合优化提升搜索最佳方案准确性41（一）多方合作开展量子保密通信应用探索43（一）首批PQC标准草案发布，应用存在难度44（一）量子探测成像助力环境监测与生物医疗47（一）量子测量推动调整能源结构与双碳达标48五.产业发展分析50（一）量子计算产业生态培育仍处初期阶段50（一）量子保密通信领域产业化持续探索51（三）量子测量产业链

2、基本形成，大规模商用仍存挑战六未来趋势展望56图目录图1量子计算技术体系框架25图2美国NIST后量子加密（PQC）算法标准化历程47图3量子计算产业生态与国内外代表性企业概况53图3量子通信产业总体视图55图4量子测量产业链与代表性企业概况58表目录表1全球量子信息领域战略规划和投资情况（不完全统计）3表2国内外代表性量子计算云平台发展概况27表32023年全球量子信息网络代表性科研成果31表4量子模拟行业应用探索概况41表5量子组合优化行业应用探索概况43一、总体发展态势上世纪量子力学创立和发展，开启了人类对微观物理世界的认识。通过对光电效应、受激辐射光放大、固体能带与能级跃迁等现象和规律

3、的阐释与利用，诞生了以半导体、激光器和传感器为代表的信息测量、传输与处理技术，成为从工业社会迈向信息社会的核心驱动力。本世纪量子调控技术研究和发展，将进一步深化人类对微观物理世界的理解。通过开发新材料、构筑新结构、发现新物态和研发新测控手段，对量子叠加、量子纠缠、量子隧穿等新颖物理现象加以利用，并与通信、信息、材料和能源等领域交叉融合而形成的量子科技，有望成为未来重大技术范式变革和颠覆式创新应用的新源泉。量子信息技术是量子科技重要组成部分，以量子力学原理为基础，通过对微观量子系统中物理状态的制备、调控和观测，实现信息感知、计算和传输。未来，量子信息技术有望在前沿科学、信息通信和数字经济等诸多领

4、域引发颠覆性技术创新和改变游戏规则的变革性应用。（一）三大领域发展态势量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域，在提升计算困难问题运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面，具备超越经典信息技术的潜力。量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，能在某些计算困难问题上提供指数级加速，是未来计算能力跨越式发展的重要方向。现阶段超导、离子阱、光量子、硅半导体、中性原子等技术路线竞相争鸣，已迈入中等规模含噪声量子处理器阶段，大规模可容错通用量子计算机仍是需要长期探索和集中攻关的目标。量子计算应用场景探索持续开展，但“杀手级”应用尚未出现，产业生

5、态发展稳步推进。量子通信基于量子叠加态或纠缠效应，在经典通信辅助下实现密钥分发或信息传输，理论协议层面具有信息论可证明安全性。基于量子密钥分发和量子安全直接通信等技术方案的量子保密通信系统初步实用化，在新型协议研究和实验系统研制等方面取得阶段性成果，样机产品研制和示范应用探索持续开展，应用探索与产业发展均面临诸多挑战。量子信息网络是未来重点发展方向之一，国内外在基础科研探索和系统原型实验等方面取得一定进展，但距离实用化仍有较大差距。量子测量对外界物理量变化导致的微观系统量子态变化进行调控和观测，实现精密传感测量，在精度、灵敏度和稳定性等核心指标相较传统技术具有数量级提升。当前量子测量技术与应用

6、发展的主要方向包括用于新一代定位/导航/授时的光学原子钟、光学时频传输、原子陀螺仪与重力仪等，以及用于高灵敏度检测与目标识别的光量子雷达、磁场精密测量、物质痕量检测等。主要应用场景涵盖国防军工、航空航天、地质/资源勘测和生物医疗等诸多领域，多类型量子测量样机和产品进入实用化与产业化阶段。（二）热点话题事件1.全球多国发布国家量子战略量子信息技术作为对传统技术体系产生冲击、进行重构的一项重大颠覆性创新，有望在未来引领新一轮科技革命和产业变革方向，已成为全球科技竞争关注焦点之一。2018年，欧盟发布“量子旗舰计划”，美国发布国家量子倡议（NQI）法案，这两项战略规划的推出正式开启了国家层面支撑量子

7、信息技术领域发展的序幕，近五年来全球各国在量子信息领域的规划布局持续加速。截至2023年12月，已有30个国家和地区相继制定了量子信息领域的战略规划或法案，总计投资额已超过280亿美元（根据公开信息不完全统计），全球量子信息领域战略规划和投资情况如表1所示。2023年，共有7个国家相继发布量子信息领域国家层面的战略规划，计划投资总额达到67亿美元。表1全球量子信息领域战略规划和投资情况（公开信息统计）时间国家/地区战略规划/法案投资规模（美元）2014英国国家量子技术计划10年投资约12.15亿2018日本光量子跃迁旗舰计划投资约1.2亿/年2018欧盟量子旗舰计划10年投资约11亿2018美

8、国国家量子信息科学战略国家量子倡议（NQD法案计划5年投资12.75亿，实际投资已达37.38亿2018德国量子技术从科研到市场投资约7.1亿2019荷兰量子技术发展国家计划7年投资约7.4亿2019以色列国家量子技术计划5年投资约3.3亿2019俄罗斯国家量子行动计划5年投资约5.3亿2020法国国家量子技术投资计划投资约19.6亿2021德国量子系统研究计划5年投资约21.7亿2022法国国家量子计算平台投资约1.85亿时间国家/地区战略规划/法案投资规模（美元）2022美国芯片与科学法案4个量子项目1.53亿/年2023加拿大国家量子战略投资约2.7亿2023英国国家量子战略（NQS）1

9、0年投资31.8亿2023澳大利亚国家量子战略投资约6.4亿2023丹麦国家量子技术战略5年投资约1亿2023韩国量子科技发展战略2035年前投资17.9亿2023印度国家量子任务2030年前投资7.2亿2023爱尔兰量子信息领域国家战略全球各国量子信息战略规划具有普遍共识和共性举措。一是在量子信息三大领域中，均以量子计算为头号发展目标。二是均在科研、应用、产业、供应链、人才和生态等方面开展全方位布局。三是在科研、应用、产业化等方面提出分阶段目标和推进举措。总体而言，量子信息领域从基础科研探索，转向集科研攻关、工程研发、应用开发、产业培育为一体的体系化竞争。量子信息领域的国际科技竞争正日趋白热

10、化，全球主要国家采取各种措施全面加大布局投入，竞相争夺量子信息技术制高点。2 .量子纠错研究进展亮点纷呈量子计算未来有望引领新一轮科技革命和产业变革，前提是量子计算机性能可满足实际应用的需求。量子纠错作为可容错量子信息处理中必不可少的环节，需要大量的开销资源，还可能由于纠错编码的复杂性、不可逆性和环境噪声等影响造成“越纠越错”的尴尬局面，也即量子纠错之后的效果远未达到不采用纠错情况下的最优值，无法真正实现纠错编码规模与相干时间、错误率等性能指标的正增益。近年来随着量子计算硬件及算法的不断发展，量子纠错技术研究持续保持热度，多类型的突破性成果不断涌现。2023年，Google、耶鲁大学、南方科大

11、等多项实验验证表明量子纠错首次突破了盈亏平衡点，实现越纠越对。此外，自然同期发表三篇中性原子量子计算纠错的最新成果，加州理工、普林斯顿大学、哈佛大学等多项实验验证展示了量子纠错新方案，为持续提升逻辑门保真度等关键指标奠定基础。上述成果均代表着量子纠错技术向前迈进了一大步，也意味着距离实现实用化可扩展通用量子计算更进一步。可以预见，未来经过业界的持续努力，量子纠错领域将产出更多突破性成果。3 .国内外加速布局量子计算云平台量子计算云平台是集成量子计算软硬件能力，面向用户提供服务，支撑算法研究，展开应用探索和产业生态的重要汇聚点，已成为推动应用探索和产业化发展的重要驱动力。科技巨头、初创企业与研究

12、机构为抢占应用产业生态核心地位，加大量子计算云平台建设投入和推广力度，全球已有数十家公司和研究机构推出了不同类型量子计算云平台。近年来，已部署量子计算云平台的国内外企业机构，例如IBM、亚马逊、谷歌、微软、华为、百度、本源量子、弧光量子、北京量子院等，在原有云平台基础上不断迭代开发新的硬件后端、应用案例以及服务模式。此外，2023年，多家企业和机构纷纷上线了各自的量子计算云平台，主要包括日本量子计算联合研究小组的超导量子计算机云平台，中科大与国盾量子的“祖冲之号”量子计算云平台，中国移动与中国电科等共建的“五岳”量子计算云平台，本源量子等共建的量超融合计算平台，中国电信的“天衍”量子计算云平台

13、等。总的来说，国内外诸多研究机构和企业布局推出了量子计算云平台产品和服务，依托云平台加快推动量子计算算法研究、应用探索和产业生态建设已逐渐成为业界共识。4 .QKD实验系统性能指标再创新高量子密钥分发（QKD）基于量子力学基本原理，可在用户间进行安全的对称密钥分发，结合“一次一密”的加密方式，在理论协议层面具备信息论安全性，基于QKD的保密通信称为量子保密通信。近年来QKD的实验系统研究不断突破传输距离和密钥成码率的记录，为未来进一步推广应用和推进产业化发展奠定基础。在传输距离方面，中科大联合团队首次实现千公里级无中继光纤量子密钥分发实验，创造了1002公里的单跨段光纤传输最远距离，对应密钥成

14、码率0.0034bps,对系统参数进行优化后，在200公里光纤距离下获得47.06kbps成码率，该研究成果验证了远距离下双场量子密钥分发方案的可行性，并验证了在城际光纤距离下可实现高成码率的量子密钥分发。在密钥成码率方面，中科大联合团队实现百兆比特率量子密钥分发实验，实现了10公里标准光纤信道下115.8MbPS的密钥成码率，相较之前纪录提高了约一个数量级，实验系统稳定运行超过50个小时，该研究成果表明，QKD可实现百兆比特率的实时密钥分发，有望满足高带宽通信加密需求，对未来应用推广具有重要意义。5 .量子测量持续突破经典测量极限精密测量技术作为从物理世界获取信息的主要途径，在信息技术中起着

15、至关重要的作用。精密测量的本质是测量系统与待测物理量的相互作用，通过测量系统性质的变化表征待测物理量的大小。经典测量方法的精度往往受限于衍射极限、散粒噪声和海森堡极限等因素，测量精度的提升面临一定困难。量子测量在此背景下应运而生，其基于微观粒子系统和量子力学特性实现对物理量进行高精度的测量，可以突破经典力学框架下的测量极限，从而实现更加准确、精细和可靠的测量。近年来量子测量持续突破经典测量的物理极限，在不同测量领域展示了量子优势。代表性样机产品涉及量子干涉仪、量子磁梯度仪、微波量子雷达等多种类型，被测物理量则涵盖了磁场、频率、相位、光谱等多个方向。此类研究成果表明，基于量子测量的解决方案不仅在理论上能够突破标准量子极限，同时验证了其性能优于当前已有的同类型经典测量设备的最高水平，这为开拓可实用的量子测量技术打开了新的空间。未来随着量子测量技术的发展，不同领域的量子测量样机产品将会实现更大的量子优势。二、政策布局投资（一）国际政策布局欧美多国持续在量子科技领域提供政策资金支持，围绕战略规划、政策措施、组织机制前沿研