量子计算行业报告：量子计算机、量子云计算平台、量子算法（22页）

行业报告下载 2024年04月08日 09:19 管理员

量子通信产业发展的核心是突破量子纠错突破平衡点，实现通用量子计算。据信通院、量子信息网络产业联盟，未来，通用量子计算发展的近期或中期重要目标主要有两个：一是提升量子硬件性能和纠错编码能力，实现量子逻辑比特操控；二是在 NISQ 样机平台，探索具有实际应用价值和量子加速优势的“杀手级”应用。其中，量子态的不可克隆性、相干性以及差错连续性等决定了量子纠错（QEC）与经典纠错有本质差异，量子比特当前产生的错误率比经典比特更高，错误类型也更加广泛；QEC 是通过使用多个物理比特编码一个逻辑比特，通过增加信息编码空间的冗余度，使受到环境噪声或退相干影响的量子态可以被识别和区分，并通过纠错操作恢复出原始量子态，使量子计算具备理论可行性的底层解决方案，也是支持大规模量子逻辑门操作，实现通用量子计算的必要环节。当前全球范围内针对量子计算机，已经形成超导、离子阱、光量子、中性原子、半导体量子等主要技术路线，以及以量子门数量、量子体积、量子比特数量等核心指标构成的性能评价体系，据信通院、ICV 数据： 1）超导：基于超导约瑟夫森结构造扩展二能级系统，具有可扩展、易操控和集成电路工艺兼容等优势，超导量子计算处理器比特规模和保真度等指标逐年稳步提升，在纠缠态制备、拓扑物态模拟等科研实验方面取得诸多进展，是量子计算领域业界关注度最高的发展方向，代表厂商为 IBM，2023 年 IBM 发布了首款超过 1000 量子比特的量子计算处理器 Condor，其拥有 1121 量子比特； 2）离子阱：利用电荷与磁场间所产生的交互作用力约束带电离子，通过激光或微波进行相干操控，具有比特天然全同、操控精度高和相干时间长等优点，离子阱路线未来发展需要突破比特规模扩展、高集成度测控和模块化互联等技术瓶颈，未来能否在量子计算技术路线竞争中占据优势仍有待进一步观察，代表厂商 Quantinuum 的相关产品量子体积指标达到 524288，成为业界最新纪录； 3）光量子：利用可利用光子的偏振、相位等自由度进行量子比特编码，具有相干时间长、室温运行和测控相对简单等优点，可分为逻辑门型光量子计算和专用光量子计算两类，以玻色采样和相干伊辛等为代表的专用光量子计算近年来的研发成果较多，代表厂商中科大的“九章三号”成功构建了 255 个光子； 4）中性原子：利用光镊或光晶格囚禁原子，激光激发原子里德堡态进行逻辑门操作或量子模拟演化，相干时间和操控精度等特性与离子阱路线相似，在规模化扩展方面更具优势，未来有望在量子模拟等方面率先突破应用，中性原子路线近年来在比特数目扩展和量子纠错等方面进展迅速，有望成为技术路线竞争中的后起之秀，代表尝试 Atom Computing 公司 2023 年发布 1225 原子阵列中性原子量子计算原型机，成为首个突破千位量子比特的系统； 5）半导体（硅路线）：利用量子点中囚禁单电子或空穴构造量子比特，通过电脉冲实现对量子比特的驱动和耦合，具有制造和测控与集成电路工艺兼容等优势，代表厂商英特尔发布了一种在主流 CMOS 工艺技术上构建的具有 12 个量子比特的量子芯片 Tunnel Falls。它由 12 个量子点构建，可配置 4 至 12 个基于自旋的量子比特，其目的是让研究实验室用不同的拓扑结构来构建更大的系统，特别是测试量子比特的纠错方案，硅半导体路线虽然得到英特尔等传统半导体制造商支持，但由于同位素材料加工和介电层噪声影响等瓶颈限制，比特数量和操控精度等指标提升缓慢。