中国信息通信研究院 量子信息技术发展与应用研究报告(2018年) 美国大力投入量子计算领域,取得系列重要成果并建立领先优势 科研领域顶尖人才聚集,加州大学、马里兰大学、哈佛大学和耶鲁大 学等研究机构取得大量原创开拓性成果。谷歌、IBM、英特尔和微软 等科技巨头近年来大举进军量子计算领域,发展模式如图2所示。 科技巨头:通过高额利润贴补研发开支, 依靠研发成果进一步稳固和强化优势地位 初创企业:某领域掌握核心技术 研究机构:前沿研究,与企 进行特色或细分领域的产品研发 业合作或创业进行成果转化 模式1: 模式2 模式 科技巨头+研究机构 商业资本+初创企业 科技巨头+扔创企业‖政府+其他 Google +(P 动ARUs NANS+ Goog (nteD+TU Delft a Microsoft TU Delf Dwave 来源:中国信息通信研究院根据文献及公开信息整理 图2美欧领先国家量子计算发展模式 美国已形成政府、科研机构、产业和投资力量多方协同的良好局 面。 Rigetti computing、lonQ和 Qubitek等初创公司极具创新活力, 涵盖芯片、硬件、软件和云平台等多个领域。2013年谷歌联合美国 国家航空航天局成立人工智能实验室,与 D-Wave合作开展量子退火 模拟专用机研究;2014年谷歌与美国加州大学圣塔芭芭拉分校顶尖 科研团队合作,共同进行通用量子计算机研发;2017年谷歌与创业 公司 Rigetti Computing合作推出开源量子计算软件平台。荷兰代尔夫 特理工大学和应用科学研究组联合成立的 QUTech研究所在超导、半 导体硅量子点和拓扑路线均有布局,并与英特尔、微软等紧密合作。 英国、奥地利在离子阱量子计算领域均有布局。澳大利亚集中研究半 导体量子计算技术路线。此外,美欧日澳等国家通过联合研究和成果
中国信息通信研究院 量子信息技术发展与应用研究报告（2018 年） 7 美国大力投入量子计算领域，取得系列重要成果并建立领先优势。 科研领域顶尖人才聚集，加州大学、马里兰大学、哈佛大学和耶鲁大 学等研究机构取得大量原创开拓性成果。谷歌、IBM、英特尔和微软 等科技巨头近年来大举进军量子计算领域，发展模式如图 2 所示。 来源：中国信息通信研究院根据文献及公开信息整理 图 2 美欧领先国家量子计算发展模式 美国已形成政府、科研机构、产业和投资力量多方协同的良好局 面。Rigetti computing、IonQ 和 Qubitek 等初创公司极具创新活力， 涵盖芯片、硬件、软件和云平台等多个领域。2013 年谷歌联合美国 国家航空航天局成立人工智能实验室，与 D-Wave 合作开展量子退火 模拟专用机研究；2014 年谷歌与美国加州大学圣塔芭芭拉分校顶尖 科研团队合作，共同进行通用量子计算机研发；2017 年谷歌与创业 公司 Rigetti Computing 合作推出开源量子计算软件平台。荷兰代尔夫 特理工大学和应用科学研究组联合成立的 QUTech 研究所在超导、半 导体硅量子点和拓扑路线均有布局，并与英特尔、微软等紧密合作。 英国、奥地利在离子阱量子计算领域均有布局。澳大利亚集中研究半 导体量子计算技术路线。此外，美欧日澳等国家通过联合研究和成果
量子信息技术发展与应用研究报告(2018年) 中国信息通信研究院 共享,形成并不断强化的联盟优势。 2产业巨头开展全球合作,推动技术与应用加速发展 目前,量子计算技术的研究与应用探索广受重视,成为新兴技术 领域热点,并已经初具产业生态,如图3所示。 构 科技巨头 初创企业 传统制造企业 rigetti DWaU【 .Microsoft 妻②! O IONG amazon fa Bai@es Tencent HR xE TO HITACHI o Ranch 航空航天行业 军工行业 盒融行业 石化工 资询机构 AIRBUS“ accenture BARCLAYS 生态应 汽车行业日福式 SAMSUNG DAIMLER M NAGASE 来源:中国信息通信研究院根据文献及公开信息整理 图3量子计算初具产业生态 谷歌、IBM、英特尔和微软等科技巨头已成为推动量子计算原理 样机研发加速发展的重要力量。从技术路线来看,谷歌和IBM致力 于超导体系, Intel同时涉猎硅半导体和超导体系,微软布局全新的拓 扑路线。从发展模式来看,几大巨头在全球范围内联动优势资源展开 广泛合作。英特尔与荷兰 QuTech研究所、德国马普量子光学中心 美国国家标准技术研究院等硏究机构联合推进硅半导体量子计算。微 软与荷兰α uTech研究所、丹麦玻尔研究所等合作研究拓扑量子计算。 IBM对金融、汽车、电子、材料等不同应用领域的全球合作伙伴开放 量子计算云平台,推动产业应用,量子计算初具产业生态 从研究成果来看,Goge、IBM等产业巨头加入超导量子比特技 术研究后,量子比特数量迭代速度明显加快,尤其近三年由9位拓展
量子信息技术发展与应用研究报告（2018 年） 中国信息通信研究院 8 共享，形成并不断强化的联盟优势。 2.产业巨头开展全球合作，推动技术与应用加速发展 目前，量子计算技术的研究与应用探索广受重视，成为新兴技术 领域热点，并已经初具产业生态，如图 3 所示。 来源：中国信息通信研究院根据文献及公开信息整理 图 3 量子计算初具产业生态 谷歌、IBM、英特尔和微软等科技巨头已成为推动量子计算原理 样机研发加速发展的重要力量。从技术路线来看，谷歌和 IBM 致力 于超导体系，Intel 同时涉猎硅半导体和超导体系，微软布局全新的拓 扑路线。从发展模式来看，几大巨头在全球范围内联动优势资源展开 广泛合作。英特尔与荷兰 QuTech 研究所、德国马普量子光学中心、 美国国家标准技术研究院等研究机构联合推进硅半导体量子计算。微 软与荷兰 QuTech 研究所、丹麦玻尔研究所等合作研究拓扑量子计算。 IBM 对金融、汽车、电子、材料等不同应用领域的全球合作伙伴开放 量子计算云平台，推动产业应用，量子计算初具产业生态。 从研究成果来看，Google、IBM 等产业巨头加入超导量子比特技 术研究后，量子比特数量迭代速度明显加快，尤其近三年由 9 位拓展
中国信息通信研究院 量子信息技术发展与应用研究报告(2018年) 至72位,实现了8倍迅速提升,如图4所示。尽管几家公司在量子 比特数量的成果中未披露全部技术细节,引发一定争议,但不可否认 的是量子计算近年来在科技巨头的推动下发展速度十分迅速 2017年IBM 超导量子比特位数 2018年 G。。gle72位 2010年 2015年 立2004年 UcsB4位 G。。gle9位 Delf1位 2013年 G。。gles位 2005 2010 来源:中国信息通信研究院根据文献及公开信息整理 图4量子计算物理比特位数发展趋势 从专利申请量来看,如图5所示,量子计算2000年之前专利量 较少,2001-2011年期间专利量开始出现增长,近年来进入快速增长 期。全球专利申请主要来自美、中、日、韩、欧等国,中国受理的专 利申请数量近年来快速增长,一方面是由于国内高校和科研单位越来 越重视知识产权,另一方面也源于国外公司的在华专利布局。 量子计算技术专利年度申请量 ∞∞ iiiI 美国■中国m日本m韩国■欧洲 来源:中国信息通信研究院知识产权中心 图5量子计算技术专利申请情况 3.我国近年来研究发展较快,与欧、美尚有一定差距
中国信息通信研究院 量子信息技术发展与应用研究报告（2018 年） 9 至 72 位，实现了 8 倍迅速提升，如图 4 所示。尽管几家公司在量子 比特数量的成果中未披露全部技术细节，引发一定争议，但不可否认 的是量子计算近年来在科技巨头的推动下发展速度十分迅速。 来源：中国信息通信研究院根据文献及公开信息整理 图 4 量子计算物理比特位数发展趋势 从专利申请量来看，如图 5 所示，量子计算 2000 年之前专利量 较少，2001-2011 年期间专利量开始出现增长，近年来进入快速增长 期。全球专利申请主要来自美、中、日、韩、欧等国，中国受理的专 利申请数量近年来快速增长，一方面是由于国内高校和科研单位越来 越重视知识产权，另一方面也源于国外公司的在华专利布局。 来源：中国信息通信研究院知识产权中心 图 5 量子计算技术专利申请情况 3.我国近年来研究发展较快，与欧、美尚有一定差距
量子信息技术发展与应用研究报告(2018年) 中国信息通信研究院 我国量子计算以科硏机构为主,在量子计算基础理论、物理实现 体系、软件算法等领域均有研究布局,中国科学技术大学、清华大学 浙江大学等研究机构近年来取得一系列具有国际先进水平的研究成 果,为我国量子计算发展奠定了坚实基础。从各国高水平SCI论文总 量和热点论文来看,美国位列第一,我国、德国分列第二和第三位; 在被引次数方面,我国紧随美国、德国和英国之后。在代表性研究成 果方面,中科大、浙江大学等联合实现了11位超导量子比特纠缠, 中科大分别实现了光量子体系18比特纠缠和半导体体系3比特逻辑 门,清华大学实现了相干时间最长的离子阱体系量子储存。阿里巴巴 腾讯、百度和华为等科技公司开始关注和投资量子计算领域,阿里与 中科大联合发布量子计算云平台,华为宣布了由量子计算模拟器和编 程框架组成的云平台,但总体而言进入较晚、参与度有限,在产品工 程化及应用推动方面与美国科技巨头存在明显差距。国内首家量子计 算初创企业合肥本源量子2017年成立,为研究和应用注入了新动力。 我国在量子计算领域虽已取得一定成绩,但在关键技术指标、重大创 新成果、发展模式与体制、产业基础与应用、人才引进和培养等方面 仍存在一些不容忽视的问题与挑战,与美国存在较大差距。 (三)我国发展应用面临的问题与挑战 关键技术尚未突破,算力优势仍待证明 量子计算技术研究与应用仍处于发展早期阶段,大规模量子比特 物理实现、量子纠错编码、量子算法软件等关键技术仍处于艰难的研
量子信息技术发展与应用研究报告（2018 年） 中国信息通信研究院 10 我国量子计算以科研机构为主，在量子计算基础理论、物理实现 体系、软件算法等领域均有研究布局，中国科学技术大学、清华大学、 浙江大学等研究机构近年来取得一系列具有国际先进水平的研究成 果，为我国量子计算发展奠定了坚实基础。从各国高水平 SCI 论文总 量和热点论文来看，美国位列第一，我国、德国分列第二和第三位； 在被引次数方面，我国紧随美国、德国和英国之后。在代表性研究成 果方面，中科大、浙江大学等联合实现了 11 位超导量子比特纠缠， 中科大分别实现了光量子体系 18 比特纠缠和半导体体系 3 比特逻辑 门，清华大学实现了相干时间最长的离子阱体系量子储存。阿里巴巴、 腾讯、百度和华为等科技公司开始关注和投资量子计算领域，阿里与 中科大联合发布量子计算云平台，华为宣布了由量子计算模拟器和编 程框架组成的云平台，但总体而言进入较晚、参与度有限，在产品工 程化及应用推动方面与美国科技巨头存在明显差距。国内首家量子计 算初创企业合肥本源量子 2017 年成立，为研究和应用注入了新动力。 我国在量子计算领域虽已取得一定成绩，但在关键技术指标、重大创 新成果、发展模式与体制、产业基础与应用、人才引进和培养等方面 仍存在一些不容忽视的问题与挑战，与美国存在较大差距。 （三）我国发展应用面临的问题与挑战 1.关键技术尚未突破，算力优势仍待证明 量子计算技术研究与应用仍处于发展早期阶段，大规模量子比特 物理实现、量子纠错编码、量子算法软件等关键技术仍处于艰难的研