量子科技研究报告：计算与通信的革命（27页）

行业报告下载 2020年12月17日 06:32 管理员

量子计算还处于原型机研发阶段，技术上仍面临多项挑战。从技术的维度出发量子计算机面临以下四方面的问题。1）扩展性。在进行量子计算的时候，要保持量子比特处于相干态中，而且随着量子比特数量增加，保持相干态变得越来越难，进行量子比特的进一步扩展困难重重。2）相干时间短。在极其短暂的时间段内，完成一定逻辑操作，对于量子逻辑门之间的切换速度要求非常高。退相干相对于量子门操作时间要足够长，以保证在系统退相干之前能够完成整个量子计算的过程。3）去相干纠错。量子计算机因为无法避免量子比特退相干出错，引入了纠错机制；而由于去相干的纠错机制，目前还无法实现 1 个真正的能够容错的满足量子计算的逻辑比特。4）输入和末态的测量。要能够把量子比特初始化为一个标准态，即要求量子计算的输入态是已知的，同时具备对量子计算末态进行测量的能力。量子计算存在多种技术路线，目的是制作出最基本的物理实现粒子。目前实现量子计算存在多种技术路线，主要包括离子阱、量子点、拓扑量子、核自旋/电子自旋、超导体系等。无论采用何种物理机制，目的都是为了制作出纠缠态的最基本粒子。但总体上仍然处于探索性研究阶段，哪一个方案是最优方案还没有尘埃落定。

一方面要高度关注目前看来非常有竞争力的方案，另一方面要保持一个相对宽广的研究面，支持不同方案的自由探索和相互竞争，做到点面兼顾。超导量子计算路线具有相对优势。就目前而言，谷歌、IBM、英特尔等企业均在积极开展超导量子比特实验研究，超导量子电路具有一定相对优势。超导量子计算利用超低温“冻结”粒子的运动进而实现粒子状态的控制。由于超导量子电路的能级结构可通过外加电磁信号进行调控，电路的设计定制的可控性强，。同时，得益于基于现有的成熟集成电路工艺，超导量子电路具有多数量子物理体系难以比拟的可扩展性。国际上的研究显示，利用超导器件，有望在不远的将来，演示量子技术在计算方面的优势，率先实现 “量子霸权”。产业化处于初期阶段，若实现突破未来市场规模空前。量子计算在核心挑战没有突破之前，市场主要集中于研发阶段，其空间有限，不过量子计算是一个快速增长的市场。根据 IDC 的预测，到 2027 年，全球量子计算市场规模将达到 107 亿美元，与 2017 年相比，10 年内增长超过 40 倍。而前期的商业模式最有可能以云服务的方式来实现。量子和传统计算的异构解决方案将是实现过渡的主要方式，即将量子和古典计算结合成一个 “混合量子/古典”层来加速计算，应用程序可以通过 API 选择量子计算（或传统计算）作为计算层。这种方法使应用程序能够分时共享基于云的量子计算资源，这些资源将由公共云服务提供商提供。如果基于逻辑量子比特的制造和集成能力达到基础量子计算所需的最低要求，实现突破，BCG 预计，到 2030 年，量子计算的应用市场规模有望达到 500 多亿美元。