量子计算领域研究与应用进展

（一）物理平台仍处攻坚期，多条技术路线并行发展

量子处理器作为量子计算的“核心引擎”，其物理平台实现仍是当前阶段量子计算研究与应用的关键瓶颈之一，技术路线呈现多元化和并行发展态势，主流方案包含超导、离子阱、硅基半导体、光量子和拓扑等。近年来，量子计算处理器物理平台的技术研究和样机研制发展进一步加速，各技术路线的量子物理比特位数和量子体积指标的主要发展情况，除拓扑路线之外，前四种技术路线均已实现量子物理比特，正在向实现可纠错的量子逻辑比特迈进。未来，业界或将不再单纯追求物理比特数量规模的扩展，而在逻辑门保真度、相干时间等质量方面同步提升，关注量子体积等综合性能评价指标。

（二）量子软件全新构建，量子算法展开实用化探索

量子计算在底层运行逻辑和算法软件设计等方面，与经典计算有很大不同，需要软件编程者和应用开发者具备量子计算的思维逻辑和工程适配能力，量子计算软件的开发与应用技术栈目前处于新构阶段，量子计算的软件生态还在初步培育期。

基础运行类软件基于硬件设计实现基础软件功能，包括量子逻辑门、量子电路、量子模拟加速组件、量子编译器和量子测控器等，是量子计算软件技术发展核心，也是上层软件开发和应用功能的实现基础。技术门槛高，专业人才匮乏，目前仅少数高端测控或精密仪器类型企业布局参与，软件类型较为稀缺，处于发展初期。

计算开发类软件通过封装基础组件实现开发功能，包括量子编程语言、量子算法库、量子计算GUI 和量子计算SDK 等，定位于提供量子计算软件技术应用开发平台。编程框架及开发库主要以开源项目方式呈现，软件体量大，应用生态建立逐步开展。目前，科技巨头利用产业生态位优势，联合上下游企业与用户，积极开展相关布局和开源社区建设，正在快速迭代，产业参与度高发展活跃。

（三）量子计算应用场景探索多元化开展，前景看好

近期，量子计算在不同领域和行业开展了较为广泛的应用探索，未来将进入应用探索和成果涌现的“活跃期”。未来五年左右，基于NISQ 专用量子计算机，有望在量子化学模拟、量子组合优化、量子机器学习等前沿探索领域率先取得突破，出现“杀手级应用”，打开量子计算实用化之门。在量子计算应用探索中代表性的典型应用场景和领域如图13 所示，近期主要进展集中在量子化学模拟、量子机器学习和量子组合优化等应用探索方面。

化学反应过程的模拟和分析对于经典计算机来说，由于变量复杂和建模困难，计算量将呈指数级增长，非常具有挑战性。量子化学模拟在化学制剂和生物医药研发等领域具有广阔应用潜力，或将成为未来量子计算可切入的市场之一。据相关报道，量子模拟可提高药物发现率，并节约研发时间，同时更优的分子设计将提高药物审批率。国内外已有若干量子云计算企业与医药行业企业合作，开展量子化学模拟的应用探索研究工作。

在数据规模不断增长，传统计算机处理能力接近极限的背景下，量子计算潜在的算力优势让其与机器学习的结合成为业界关注的方向。将量子计算运用于机器学习，不仅能突破传统计算机无法解决的问题，更会为机器学习领域带来全新的技术变革。

（四）量子云计算技术架构逐渐成型，竞争日益激烈

量子云计算通过经典云计算网络提供量子计算硬件接入、模拟及软件服务，成为未来量子计算能力输出的主要途径之一。国内外云计算企业、初创公司和科研机构普遍看好量子云计算应用和产业发展潜力，加快布局推动，在技术能力和服务模式等方面各具特色。

（五）应用产业生态逐步构建，标准化研究同步推进

在量子计算样机研发、应用探索和产业生态构建等方面，美国多年来持续大力投入，已建立领先优势，更将量子计算研发提升至阿波罗登月计划的高度，认为是必须占领的下一个技术高地。加、英、欧、日、澳等国也具备很强技术实力并紧密跟随，相关国家之间形成并不断强化联盟优势。

点击下载报告：中国信通院：2020年量子信息技术发展与应用研究报告（2020年）（附下载）