量子計算是基于量子力學(xué)的新型計算方式，利用量子疊加和糾纏等物理特性，以微觀(guān)粒子構成的量子比特為基本單元，通過(guò)量子態(tài)的受控演化實(shí)現計算處理，理論上具有經(jīng)典計算無(wú)法比擬的巨大信息攜帶和超強并行處理能力。近年來(lái)，量子計算技術(shù)發(fā)展與應用探索呈現加速趨勢，全球各國普遍關(guān)注和重視，“量子霸權或量子優(yōu)勢性”等熱點(diǎn)話(huà)題不斷將其推向公眾視野。

一、物理平臺探索發(fā)展迅速，技術(shù)路線(xiàn)仍未收斂

量子計算研究始于上世紀八十年代，目前已進(jìn)入工程實(shí)驗驗證和原理樣機攻關(guān)階段。量子計算包含量子處理器、量子編碼、量子算法、量子軟件等關(guān)鍵技術(shù)，量子處理器的物理實(shí)現是當前階段的核心瓶頸，包含超導、離子阱、硅量子點(diǎn)、中性原子、光量子、金剛石色心和拓撲等多種技術(shù)路線(xiàn)，近期均取得一定進(jìn)展。超導路線(xiàn)方面，Google 在2018年推出72位量子比特處理器，Rigetti正在構建更強大的128量子比特處理器。我國中科大在2019年已實(shí)現24位超導量子比特處理器，并進(jìn)行多體量子系統模擬；同時(shí)，清華大學(xué)利用單量子比特實(shí)現了精度為98.8%的量子生成對抗網(wǎng)絡(luò )，未來(lái)可應用于圖像生成等領(lǐng)域。離子阱路線(xiàn)方面，IonQ已實(shí)現79位處理量子比特和160位存儲量子比特。光量子路線(xiàn)方面，中科大已實(shí)現18位光量子的糾纏操控，處于國際領(lǐng)先地位。硅量子點(diǎn)路線(xiàn)方面，新南威爾士大學(xué)報道了保真度為99.96%的單比特邏輯門(mén)，以及保真度為98%的雙比特邏輯門(mén)。目前，量子計算物理平臺中的超導和離子阱路線(xiàn)相對領(lǐng)先，但尚無(wú)任何一種路線(xiàn)能夠完全滿(mǎn)足量子計算技術(shù)實(shí)用化條件實(shí)現技術(shù)收斂。為充分利用每種技術(shù)的優(yōu)勢，未來(lái)的量子計算機也可能是多種路線(xiàn)并存的混合體系。

量子優(yōu)越性（Quantum Supremacy）的概念由MIT的John Preskill教授首先提出，指量子計算在某一個(gè)計算問(wèn)題上，相比于經(jīng)典計算機可實(shí)現指數量級運算能力的加速，從而真正體現量子計算技術(shù)的原理性?xún)?yōu)勢。2019年10月，Google公司在《自然》雜志報道了實(shí)現量子優(yōu)越性的研究成果，基于53位量子比特的超導處理器，在解決隨機量子線(xiàn)路采樣特定計算問(wèn)題時(shí)，具有遠超過(guò)現有超級計算機的處理能力。Google的此項研究成果是證明量子計算原理優(yōu)勢和技術(shù)潛力的首個(gè)實(shí)際案例，具有重要的的里程碑意義，這一熱點(diǎn)事件所引發(fā)的震動(dòng)和關(guān)注，將進(jìn)一步推動(dòng)全球各國在量子計算領(lǐng)域的研發(fā)投入、工程實(shí)踐和應用探索，為加快量子計算機的研制和實(shí)用化注入新動(dòng)力。

現階段量子計算的發(fā)展水平距離實(shí)用化仍有較大距離。量子計算系統非常脆弱，極易受到材料雜質(zhì)、環(huán)境溫度和噪聲等外界因素影響而引發(fā)退相干效應，使計算準確性受到影響，甚至計算能力遭到破壞。同時(shí)，可編程通用量子計算機需要大量滿(mǎn)足容錯閾值的物理量子比特進(jìn)行糾錯處理，克服退相干效應影響，獲得可用的邏輯量子比特?，F有研究報道中的物理量子比特數量和容錯能力與實(shí)際需求尚有很大差距，邏輯量子比特仍未實(shí)現。通用量子計算機的實(shí)用化，業(yè)界普遍預計將需十年以上時(shí)間。

在量子計算領(lǐng)域，美國近年來(lái)持續大力投入，已形成政府、科研機構、產(chǎn)業(yè)和投資力量多方協(xié)同的良好局面，并建立了在技術(shù)研究、樣機研制和應用探索等方面的全面領(lǐng)先優(yōu)勢。歐（含英國）、日、澳等國緊密跟隨，且領(lǐng)先國家之間通過(guò)聯(lián)合攻關(guān)和成果共享，形成并不斷強化聯(lián)盟優(yōu)勢。我國近年來(lái)取得系列先進(jìn)成果，但與美歐仍有一定差距。此外，印度、韓國、俄羅斯、以色列等國也開(kāi)始將量子計算技術(shù)列入國家技術(shù)計劃加大投入。

科技巨頭間的激烈競爭，推動(dòng)量子計算技術(shù)加速發(fā)展。Google、IBM、英特爾、微軟在量子計算領(lǐng)域布局多年，霍尼韋爾隨后加入，產(chǎn)業(yè)巨頭基于雄厚的資金投入、工程實(shí)現和軟件控制能力積極開(kāi)發(fā)原型產(chǎn)品、展開(kāi)激烈競爭，對量子計算成果轉化和加速發(fā)展助力明顯。Google在2018年實(shí)現72位超導量子比特，在2019年證明量子優(yōu)越性。IBM在2019年1月展示具有20位量子比特的超導量子計算機，并在9月將量子比特數量更新為53位。微軟在2019年推出量子計算云服務(wù)，可以與多種類(lèi)型的硬件配合使用?；裟犴f爾的離子阱量子比特裝置已進(jìn)入測試階段。我國阿里巴巴、騰訊、百度和華為近年來(lái)通過(guò)與科研機構合作或聘請具有國際知名度的科學(xué)家成立量子實(shí)驗室，在量子計算云平臺、量子軟件及應用開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域進(jìn)行布局。阿里與中科大聯(lián)合發(fā)布量子計算云平臺并在2018年推出量子模擬器“太章”。騰訊在量子AI、藥物研發(fā)和科學(xué)計算平臺等應用領(lǐng)域展開(kāi)研發(fā)。百度在2018年成立量子計算研究所，開(kāi)展量子計算軟件和信息技術(shù)應用等業(yè)務(wù)研究。華為在2018年發(fā)布HiQ量子云平臺，并在2019年推出昆侖量子計算模擬一體原型機。我國科技企業(yè)進(jìn)入量子計算領(lǐng)域相對較晚，在樣機研制及應用推動(dòng)方面與美國存在差距。

初創(chuàng )企業(yè)是量子計算技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一主要推動(dòng)力量。初創(chuàng )企業(yè)大多脫胎于科研機構或科技公司，近年來(lái)，來(lái)自政府、產(chǎn)業(yè)巨頭和投資機構的創(chuàng )業(yè)資本大幅增加，初創(chuàng )企業(yè)快速發(fā)展。目前，全球有超過(guò)百余家初創(chuàng )企業(yè)，涵蓋軟硬件、基礎配套及上層應用各環(huán)節。

盡管量子計算目前仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期階段，但軍工、氣象、金融、石油化工、材料科學(xué)、生物醫學(xué)、航空航天、汽車(chē)交通、圖像識別和咨詢(xún)等眾多行業(yè)已注意到其巨大的發(fā)展潛力，開(kāi)始與科技公司合作探索潛在用途，生態(tài)鏈不斷壯大。Google聯(lián)合多家研究機構將量子退火技術(shù)應用于圖像處理、蛋白質(zhì)折疊、交通流量?jì)?yōu)化、空中交通管制、海嘯疏散等領(lǐng)域。JSR和三星嘗試使用量子計算研發(fā)新材料特性。埃森哲、Biogen和1Qbit聯(lián)合開(kāi)發(fā)量子化分子比較應用，改善分子設計加速藥物研究。德國HQS開(kāi)發(fā)的算法可以在量子計算機和經(jīng)典計算機上有效地模擬化學(xué)過(guò)程。摩根大通、巴克萊希望通過(guò)蒙特卡洛模擬加速來(lái)優(yōu)化投資組合。硅谷量子計算軟件開(kāi)發(fā)商QCware編寫(xiě)量子算法，以提高量化交易和基金管理策略的調整能力，優(yōu)化資產(chǎn)定價(jià)及風(fēng)險對沖。在達到通用量子計算所需的量子比特數量、量子容錯能力和工程化條件等要求之前，專(zhuān)用量子計算機或量子模擬器將成為量子計算發(fā)展的下一個(gè)重要里程碑，在量子體系模擬、分子結構解析、大數據集優(yōu)化和機器學(xué)習算法加速等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)出能夠有效發(fā)揮量子計算處理優(yōu)勢的典型應用，打開(kāi)量子計算實(shí)用化之門(mén)。

來(lái)源：中國信通院