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光子盒研报｜2024上半年全球量子计算产业发展展望

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发布时间：2024-09-13

9月12日，《2024上半年量子计算产业发展展望》报告通过光子盒官网发布。

 
报告获取地址：
https://www.quantumchina.com/bg
 
在过去的半年里，光子盒与您一同见证了全球量子计算领域取得的多方面进展和突破，这些成就正在引领人类进入一个前所未有的计算时代。
 
半年报作为光子盒的年度系列产品之一，由光子盒（QUANTUMCHINA）研究院编写，旨在为量子行业里的政策决策者、科研工作者、商业人士等提供着全面、准确、简明的信息，以及客观、合理、富有洞见的观点。
 
2024上半年，超导、离子阱、中性原子、光子、半导体等多种技术路线持续发展，尤以中性原子路线最为突出；在量超融合、人工智能与量子计算融合、量子计算机群等方面，发生了很多具有意义的进展事件。量子计算云平台也在不断添加新功能、新工具、新业务，逐步降低量子计算机的门槛和成本，为用户提供更为便捷的服务。这些进步将使得更多行业和领域能够充分利用量子计算的能力，推动其应用范围和影响力不断扩大。此外，尽管全球在社会融资方面表现不佳，但政府对量子计算的政策支持超过往年同期。
 
希望本报告能够为行业发展添砖加瓦。然而，由于知识和视角的局限性，报告中可能存在错误或不足之处，我们诚挚欢迎并感激任何形式的批评和建议。
 

亮点·摘要

 

- 66页量子计算产业报告，展示2024上半年全球量子计算发展的轮廓与风貌；
 
- 随着量子计算产业化进程的快速发展，报告将重心从学术端转移至产业端；
 
- 提出了八大展望观点，涉及国际竞争与合作、产业生态构建、技术趋势等；
 
- 全球量子计算产业生态概览图、全球领先量子计算机的量子比特数汇总表、全球量子计算云平台汇总表等，丰富的图表呈现，便于读者理解量子计算产业、对比各国量子计算进程。
 

报告表明，量子计算产业已进入快速成长周期。随着量子计算机硬件的不断升级、算法的不断优化、云平台的不断普及，更多来自不同领域的软硬件企业将投身量子计算，探索并推广量子计算在不同行业中的应用。预计量子计算将在金融、医药、材料等领域最先发挥作用，为下游行业带来颠覆性的创新。

 

与此同时，产业链上的合作与竞争也将更加激烈，投资和创新以及庞大的市场需求将成为推动产业前进的关键驱动力。各国政府也在不断颁布促进量子信息科技与产业的政策，通过立项与量子企业开展合作、注入研发资金，以争取在全球量子计算领域的竞争优势。

 

图：报告目录

 

扶摇直上九万里：

全力冲刺，算力革命近在咫尺

 

自2019年谷歌宣布“量子优越性”以来，量子信息科技的飞速发展，量子计算机也随之从理论走向实践、从高校进入企业，这预示着一场算力革命即将到来。

 

2024上半年，全球量子计算领域在技术、产品、产业应用、投融资等方面取得了显著的进展，并展现出巨大的发展潜力。总的来看，美国目前在量子计算产业链上具有明显优势，政府对量子计算的高度重视和大力支持推动了企业数量的增长，不仅包括IBM、谷歌、微软、亚马逊等代表性企业，还有哈佛大学、MIT、加州理工学院等一众顶尖高校。美国在超导、离子阱、中性原子等多个领域都保持领先地位，其科研创新和合作活跃，技术水平和引领能力处于全球前列，并且下游端积极与中游量子企业开展合作。
中国在量子计算领域崛起迅猛，近些年，在光量子计算机等方面取得了显著优势，技术水平和挑战能力迅速提升。欧洲则紧随中美之后，在量子计算上游，占据垄断地位；在量子计算中游，也拥有不少优秀的高校和企业。

图：全球量子计算产业图谱（注：本图谱仅统计企业生态，高校、科研院所不在企业生态考虑范围之内。企业商品标识依据其对应产品分类，可重复出现。此次更新添加了Quantum Art、Infineon、NextGenQ、Q-Lion、奥量光子、量羲技术。）

 

具体来说，量子芯片方面，各国在超导、离子阱、光子、中性原子等多条技术路线上的投入，使得不同技术路线各有进步。特别是中性原子路线在量子比特数和相干时间方面取得了重大突破，刷新了记录。比如，加州理工学院利用光镊阵列囚禁了6100多个中性原子；阵列内超精细量子比特的相干时间为12.6秒。量子芯片的制造工艺也在不断优化，以提高生产效率与品质、降低生产成本。比如，英特尔优化一种300mm低温探测工艺，能够自动探测300mm晶圆上的自旋量子比特阵列中的单电子，获得整片晶圆上的自旋量子比特器件的大量数据，推动了将CMOS工艺应用于自旋量子比特器件的制造和测量。

 

在测控系统方面，低温化、精密化、集成化是主要的发展趋势。例如，Bluefors推出了微波读出模块，能够在毫开尔文温度下对信号进行近量子限放大，并将附加噪声降至最低。英特尔推出了处于毫开尔文温区的低温测控芯片Pando Tree，可为大规模硅量子比特控制实现更高效的整体解决方案。

 

此外，稀释制冷机作为量子计算机中的重要一环，一直扮演着关键角色。从上半年进展来看，欧美企业目前主要将精力放在产品定制、模块化、提高可拓展性、增大空间、减小占地面积等方面，中国企业则将重心放在国产替代，通过持续投入研发资金，如今已在高性能指标的国产稀释制冷机上取得了显著进展，打破了欧美的技术垄断，例如国盾量子、知冷低温。

 

量子计算机整机方面，上半年共有五家公司或科研单位推出了新一代产品，且已有芬兰IQM、法国Pasqal规划在下半年发布新品。这些商业行为无疑展现出量子计算的喜人前景。

 

量子计算的云平台如今已经趋于成熟，各公司主要通过不断推出新功能、新工具、新业务来逐步降低用户的使用门槛，为更多行业和领域提供便捷服务。另外，量子云平台公司也在不断推进与超算的融合。例如，Q-Exa联盟与巴伐利亚科学与人文学院、莱布尼茨超级计算中心（LRZ）合作将一台20量子比特量子计算机集成到德国的超级计算机SuperMUC-NG中。
 
量子计算的下游应用合作涵盖了国防、金融、医药等多个领域，虽然现阶段合作仍以早期探索为主，但其潜在应用价值不容小觑。在国防领域，量子计算的强大计算能力使其成为各国军方和政府重点关注的技术。金融行业也在积极探索量子计算在密码学和投资组合优化中的应用。而在医药、化工等领域，量子计算在复杂分子模拟和新药研发中展现出了广阔的应用前景。
 

图片

图：下游代表应用

好风凭借力：

融资与政策是发展的强力催化剂
全球量子计算领域在融资、政策等方面取得了显著的进展，展现出巨大的发展潜力。各国量子计算融资依旧保持多元化与地区分散化。总体来说，美国在量子计算领域的投资规模和水平仍然遥遥领先，欧洲整体在量子计算领域的投资活跃度和水平较高，中国与美国仍有较大差距。
 
从总融资规模来看，美国以3.64亿美元的总融资规模位居首位，远超其他国家和地区。这表明美国在量子计算领域的投资热度和实力，以及其在量子计算技术和市场上的领先地位。其次是英国的1.05亿美元，显示出欧洲在量子计算领域的整体发展水平和活跃度。再次是中国的0.42亿美元，位居全球第三位，与美国、英国相比，仍有较大差距，但中国政府对量子计算的拨款金额远超其他国家地区。
 
从投资交易次数来看，中国、美国和英国是投资笔数前三的国家，分别6笔、4笔和3笔，这表明这些国家在量子计算领域有着广泛的投资活动，涉及多个类型和领域的上游赋能技术。
 

近些年，宏观经济下行压力较大，这使投资者变得更为谨慎，更愿意选择相对成熟、短期收益前景明确的投资领域，从而影响了量子计算领域整体的融资规模和活跃度。而量子计算技术尚处于发展阶段，风险较高，回归理性，这使得投资者变得更为审慎，在如此经济环境下的投资趋势会更加保守和理性。

图：各国量子计算企业融资情况及发布的国家级量子信息科技政策条数
 

从政策来看，与去年同期相比，数量有所上升，显示出各国政府对量子技术与产业的关注，也从侧面展现出当今量子信息领域的竞争日益白热化。前几年，美国发布了大量的量子政策，带动了美国量子信息科技的额发展，如今美国依旧保持领先。而今中国紧随其后，彰显出中国政府发展量子科技的决心，这必将为相关投资者带来信心。

 

八大观点

一、量子处理器不断涌现出新结构、新工艺
量子处理器是量子计算机的核心，其性能在很大程度上决定了量子计算系统的计算能力和应用前景。当前，传统的量子比特结构虽然在实验室环境中取得了重大进展，但仍然面临诸多技术瓶颈，例如退相干、噪声干扰、可扩展性不足等问题。因此，探索新结构和新工艺成为推动量子计算处理器发展的关键。
 
二、研发重点新增可扩展机群
量子计算的研发不再局限于传统的单一量子系统，新增了更加复杂、可扩展的量子计算机群。这一趋势的实现将依赖于离子-光子纠缠技术、量子存储器的突破，以及量子互联技术的发展，未来有望形成更为强大和实用的量子计算系统。
 
三、人工智能赋能量子软硬件
随着人工智能（AI）和量子计算的快速发展，二者的结合正在成为一个重要的研究方向。“AI+量子”不仅能够优化量子计算的硬件和软件设计，还能催生新的量子AI模型，推动量子计算向更高效、更实用的方向发展。目前，AI在量子计算中的应用不仅体现在对量子门操作的优化上，还促进了量子算法和量子应用的创新发展。
 
四、软件算法创新不断，迈向实用化
随着量子计算硬件的发展，量子比特数在2023年12月突破了千位大关，一定程度上宣告了NISQ时代的落幕。这一突破不仅标志着量子计算硬件技术的进步，也为量子计算软件算法的创新和实用化提供了新的机遇和挑战。例如，在金融、材料科学、药物设计等领域，量子计算的潜力已经开始显现。通过利用大量量子比特，研究人员可以模拟更复杂的分子结构、优化投资组合、甚至在人工智能领域进行深度学习模型的训练。
 
五、混合算力平台是量子云平台中短期内的主要发展方向
在量子计算领域，混合算力平台正在成为各大机构发展量子计算云平台的主要方向。混合算力平台结合了经典计算和量子计算的优势，提供了更强大的计算能力和更广泛的应用场景，成为量子计算中短期内发展的重要趋势。
 
六、投资与政策推动产业发展、助力成果转化
在全球科技竞争日益激烈的背景下，投资与政策极大地推动了量子计算产业的发展。量子计算作为下一代信息技术的前沿领域，具有颠覆性的潜力，但其发展所需的资金和资源规模庞大，技术难度高，产业化周期长。因此，需要投资的长期注入和政策的长期支持。
 
七、全球多个主要经济体上游产业链自主可控
基于当前复杂的国际贸易环境，全球各主要经济体都在加速推进量子计算上游领域的自主可控。这一趋势不仅反映了全球科技竞争的加剧，也揭示了各国在新兴技术领域谋求战略主动权的决心。未来，随着技术的进步和产业链的不断完善，量子计算领域的自主可控将成为各国科技战略的重要组成部分，对全球科技和经济格局产生深远影响。
 
八、全球对于发展量子计算拥有相似的诉求
尽管各国在量子计算的发展路径上存在差异，但从技术创新、人才培养、标准化推进以及安全伦理等方面来看，全球对于量子计算的发展有着大致相同的要素诉求。这些共同的诉求不仅反映了量子计算技术的全球性和普遍性，也为未来的国际合作和技术推广提供了基础。随着全球量子计算技术的不断进步，这些诉求将继续引导和推动量子计算在全球范围内的发展和应用。
 

结语

2024上半年，量子计算产业开始逐渐恢复原有的发展活力。技术的突破、产业链的成熟、政策的支持和全球投资的热潮共同推动了这个领域的快速发展。随着量子计算机硬件的升级和算法的优化，量子计算云平台的日益完善，我们有理由相信，这一技术将在金融、医药、材料等多个领域发挥重要作用，为传统行业带来颠覆性的创新。全球范围内的竞争，尤其是中美两国在量子计算领域的飞速发展，预示着一场全球性的科技竞赛正在展开。我们期待这一领域未来能带来更多突破，为全人类带来更多的可能！

下载流程：
登陆https://www.quantumchina.com/bg，
点击2024上半年全球量子计算产业发展展望，
点击“下载”标识即可。
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