1月2日消息（刘定洲）近日，中国信通院正式发布了《量子信息技术发展与应用研究报告（2023年）》。
报告指出，经过四十余年发展，量子信息领域逐步从基础研究走向基础与应用研究并重，开始进入科技攻关、工程研发应用探索和产业培育一体化推进的发展阶段。至2023年10月，全球29个国家和地区制定和发布了量子信息领域的发展战略规划或法案。据公开信息不完全统计，各国对量子信息产业规划投资总额超过280亿美元。
以2018年欧盟“量子旗舰计划”和美国《国家量子倡议 (NOI)》法案为重要标志，近五年来各国在量子信息领域的规划布局持续加速。2023年6个国家相继发布量子信息相关国家战略和投资规划，计划投资总规模达到67亿美元。总体而言，量子信息领域的国际科技竞争正日趋激烈。
主要国家量子信息产业战略规划与投资概况
从专利方面看，量子通信专利的增长趋势较为稳定，量子计算专利申请在2019年超过量子通信并持续保持快速增长，PQC（后量子加密）专利近年来开始快速增长，2023年数量预计将达到200项。在量子计算硬件技术路线中，超导路线专利数量占比超过50%，光量子和中性原子路线技术创新热度高于离子阱和硅半导体。量子通信领域中量子密钥分发技术专利占比超过70%，器件、设备等系统研发类专利数量众多，量子信息网络技术成熟度不足，相关专利尚未大量涌现。量子测量领域中，以原子钟为代表的时频基准方向专利占比接近50%。
量子信息不同技术方向专利数量对比
从不同技术领域看，量子计算企业欧美聚集度最高，共有175家，全球占比超过60%，反映出美国和欧洲是量子计算产业生态的活跃地区。中国量子计算领域相关企业共有35家，不及美国一半。量子通信领域中国相关企业数量最多，共有42家，美国仅有13家，欧洲有27家，从一个侧面反映出不同国家和地区在量子通信领域的投资和推动力度差异。量子测量领域也是欧美企业数量最多，共有80家，全球占比超过60%。中国量子测量相关企业共有22家，约为美国一半。PQC领域欧美平分秋色，共有相关企业47家，中国PQC企业数量仅有4家，数量差距明显，未来PQC技术产业全球竞争中恐难与欧美比肩。
量子信息各领域企业及国家分布情况
从企业国家分布看，美国共有158家量子信息相关企业，全球占比超过四分之一。其中，谷歌、IBM、英特尔等科技企业已成为量子计算领域业界标杆，IonQ、Quantinuum、PsiQ、AOSense 等初创企业创新驱动能力突出，在量子信息技术产业中拥有较为明显的先发优势。中国量子信息相关企业共有103家，但科技企业投入推动力度，供应链企业支撑保障能力，以及初创企业创新成果等方面还有一定差距。全球量子信息领域企业数量较多的国家还有加拿大、英国、德国、法国、日本、荷兰等，在未来技术产业发展中也拥有较强竞争力。
从投融资金额规模看，过去5年资本市场对量子信息领域企业的投资同样经历了一轮爆发式增长，2021年和2022年均超过20亿美元量级，超过了过去十年的总和。近两年来，量子信息初创企业获得的投融资数量和金额开始出现一定回落。一方面有全球疫情、经济衰退和美元加息等宏观层面影响，另一方面也有量子计算等初创企业技术产品和投资收益未达市场预期等具体原因。
全球量子信息初创企业十大融资事件
其中，从技术路线来看，量子计算硬件目前有多种技术路线，处于并行发展阶段，大致可以分为两大类，一是基于微观结构形成分立能级系统的“人造粒子”路线，如超导和硅半导体，二是直接操控微观粒子的天然粒子路线，如离子阱、光量子和中性原子。近年来，量子计算科研攻关全球加速发展，各方你追我赶竞争激烈。其中超导路线受到众多科研机构、科技巨头和初创企业的重视，中性原子路线成为新崛起的一匹黑马。
报告评价，超导、中性原子和离子阱技术路线是迈向通用量子计算的有力竞争者，逻辑门型光量子计算和硅半导体技术路线需要取得重大技术和工程突破才能保持竞争实力。当前量子计算硬件的性能水平，距离实现大规模可容错通用量子计算还有很大差距，仍需业界长期艰苦努力攻关。
量子计算主要技术路线关键指标现状
报告还引用Gartner的研究提到，2023年量子计算翻越了“过高期望”顶点，距离“生产力高原”仍需超过十年。如果NISQ（含噪声的中等规模量子）平台在未来数年内一直无法实现“杀手级”应用落地突破，则量子计算技术产业发展恐将面临“幻灭之谷”的低潮期。
2023年Gartner量子计算技术成熟度预测
量子计算发展演进可大致分为三个阶段，一是实现量子计算优越性验证 (已完成 )，二是能够在若干具有实际应用价值的计算难题中展现量子计算优越性并带来社会经济价值的专用量子计算机(下一步重点攻关目标 )；三是大规模可容错通用量子计算机 (远期目标，尚无实现时间预期 )。要实现“杀手级”应用突破，关键还在于提升量子处理器的硬件性能。
根据业界专家分析，专用量子计算机“杀手级应用”突破，也可大致分为三个阶段。以超导路线为例，一是相干操控比特数达数百位规模，逻辑门保真度达99.9%以上时，可在运算复杂度和精度要求不高的组合优化场景中率先落地，有望未来3-5年实现；二是相干操控比特数达数千位规模，逻辑门保真度达99.99%以上时，可实现量子模拟在多个领域的落地应用，有望未来5-10年实现，三是相干操控比特数达数万位规模，逻辑门保真度满足量子纠错要求时可在密码分析等领域产生重要影响，预计还需10年以上。
量子计算产业链代表企业
在量子通信方面，量子保密通信企业与通信网络运营商合作开展技术验证和应用探索已渐成趋势，在企业合作和网络建设方面取得一定进展。中国移动与国科量子联合组建了信通数智量子科技有限公司，中国电信与科大国盾联合组建了中电信量子科技有限公司。包含8个核心节点和159个接入节点，总长度达到1147km的合肥量子保密通信城域网建成，为市、区两级党政机关的电子政务网络提供量子安全接入和数据传输加密服务。2023年中国电信进一步投资30亿元在安徽成立了中电信量子信息科技集团有限公司，推动量子通信产业化，并布局量子计算和量子测量等领域能力开发。欧盟多国在欧洲量子通信基础设施 (EuroQCI) 计划的资金支持下，开始启动量子通信实验网络和基础设施建设。西班牙Madrid Quantum项目将建设覆盖马德里大都市区量子通信城域网，法国、爱尔兰和丹麦等国也开始建设量子通信试验网络并开展相关技术产品测试。
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