行業概述
量子信息技術主要包括量子估算、量子通訊和量子檢測三大領域，可以在提高運算處理速率、信息安全保障能力、測量精度和靈敏度等方面突破精典技術的困局。
量子估算以量子比特為基本單元，借助量子疊加和干涉等原理進行量子并行估算，具有精典估算難以比擬的巨大信息攜帶和強悍并行處理能力，還能在特定估算困難問題上提供指數級加速。量子估算帶來的算力飛越，有可能在未來引起改變游戲規則的估算革命，成為促進科學技術加速發展演變的“觸發器”和“催化劑”。未來可能在實現特定估算問題求解的專用量子估算處理器，用于分子結構和量子體系模擬的量子模擬機，以及用于機器學習和大數據集優化等應用的量子估算新算法等方面率先取得突破。
量子通訊借助量子疊加態或量子糾纏效應等進行信息或秘鑰傳輸，基于量子熱學原理保證傳輸安全性，主要分量子隱型傳態和量子秘鑰分發兩類。量子秘鑰分發基于量子熱學原理保證秘鑰分發的安全性，是首個從實驗室邁向實際應用的量子通訊技術分支。通過在精典通訊中加入量子秘鑰分發和信息加密傳輸，可以提高網路信息安全保障能力。量子隱型傳態在精典通訊輔助之下，可以實現任意未知量子態信息的傳輸。量子隱型傳態與量子估算融合形成量子信息網路，是未來量子信息技術的重要發展方向之一。
量子檢測基于微觀粒子系統及其量子態的精密檢測，完成被測系統數學量的執行變換和信息輸出，在檢測精度、靈敏度和穩定性等方面比傳統檢測技術有顯著優勢。主要包括時間基準、慣性檢測、重力檢測、磁場檢測和目標辨識等方向，廣泛應用于基礎科研、空間偵測、生物醫療、慣性制導、地質勘察、災害防治等領域。量子化學常數和量子檢測技術早已成為定義基本數學量單位和計量基準的重要參考，未來量子檢測有望在生物研究、醫學檢查以及面向航天、國防和商業等應用的新一代定位、導航和授時系統等方面率先獲得應用。
量子信息三大技術領域在研究發展水平，技術實用化程度，產品工程化能力和產業化應用前景等方面各有差別。量子信息技術的研究和應用仍面臨一些共性關鍵技術和核心問題困局須要進一步攻關突破。諸如，量子估算中的高維糾纏態制備與操控，高品質樣品材料制備，超高溫和磁場隔離環境，高精度操控檢測系統等；量子通訊中的高品質量子態光源，高效糾纏制備分發及偵測，高性能單光子偵測，以及量子態儲存與中繼技術等；量子檢測中的高精度操控系統和集成化隔離屏蔽環境等。上述基礎共性關鍵問題研究的攻關和突破，是量子信息技術步入實用化和產業化主要控制性誘因。
量子估算方面，中科大、清華、浙大和中科院等研究機構也取得多項具有世界水平的研究成果，比如20光子量子估算的玻色取樣實驗處于領先，已報導20比特超導量子估算實驗，預計未來1-2年可達到50比特量級。同時，阿里、百度、騰訊和華為等科技公司開始投入量子估算硬件平臺、軟件算法和應用探求的研究，本源量子等初創公司也開始嶄露頭角。
量子通訊方面，中科大、清華、北大、北郵和北京師大等研究機構的研究成果與國際先進水平基本同步，在量子保密通訊試點應用、網絡建設和星地量子通訊探求方面處于領先。量子保密通訊產業基本產生，國科量子、國盾量子、問天量子和循態量子等公司積極探求和促進應用與產業發展，各地方政府、電網、銀行和互聯網企業等單位開始探求采用量子保密通訊進行信息安全保護。
量子檢測方面，中科大、北航、中科院和航天科工等科研機構在量子陀螺、重力儀、磁力計、時間基準等領域舉辦了大量研究，研究成果和原理樣機的關鍵指標參數與國際先進水平的差別正在逐漸縮小。在量子隨機數參考基準和量午時頻同步網路等應用探求方面，也開始進行布局和促進。同時，國耀量子雷達和國儀量子等初創公司在單光子光學雷達和NV色心譜剖析等領域舉辦應用探求。
量子計算機的發展歷程
量子估算研究源于上世紀八十年代，經歷了由科研機構主導的基礎理論探求和編碼算法研究階段，目前已步入由產業和學術界共同合作的工程實驗驗證和原理樣機攻關階段。
量子估算包含量子處理器、量子編碼、量子算法、量子軟件、以及外圍保障和下層應用等多個環節。其中，量子處理器是制備和操控量子化學比特的平臺，量子編碼是基于諸多數學比特實現可容錯邏輯比特的糾錯編碼，量子算法和軟件是將估算困難問題與量子估算并行處理能力結合的映射和橋梁。目前，量子處理器的數學比特實現仍是量子估算研究的核心困局，主要包含超導、離子阱、硅量子點、中性原子、光量子、金剛石色心和拓撲等多種方案，研究取得一定進展，但尚未實現技術路線收斂。
量子估算目前處于技術研究和原理樣機研發驗證的關鍵階段，多項關鍵技術仍有待突破，趕超精典估算的性能優勢仍未得到充分證明。
化學實現方案競爭激烈，超導體系相對領先。找到相干時間長、易集成和可擴充的數學硬件體系是量子估算的實現基礎與關鍵。目前，量子估算的化學實現有超導、離子阱、半導體、鉆石空位、光、核磁共振、冷原子等不同技術路線，每種路線各有優劣點。就現階段實驗操控技術水平而言，超導和離子阱體系處于領先地位，尤其超導體系勢頭更盛，深受IBM、谷歌等科技大鱷的偏愛。IBM化學學家在初期曾提出實現量子計算機數學體系必須滿足的幾條判據，如可擴充的具有良好特點的量子比特系統、能制備量子比特到某個能級、具有足夠外貌干時間完成量子邏輯門操作、能夠實現一套通用量子邏輯門、能夠檢測量子比特等。但是，目前尚沒有任何一種體系還能在實驗上同時滿足所有判據，有專家預測，未來的量子計算機可能基于混和體系。
量子編碼是大規模量子計算機的實現基礎，代價依然較大。量子編碼以消耗更多量子比特資源為代價來克服退相干效應，因為量子態不可克隆、不可檢測、錯誤自由度大等特點，量子編碼的實現比精典編碼更為復雜。1995年，Shor構造出第一個量子糾錯碼9位碼，目前發展至7位和5位碼，即用7個或5個化學比特編碼1個邏輯比特。不同糾錯形式對應不同的容錯閥值，一般來說閥值越低，所須要的量子比特資源越多。
量子算法數目有限，核心算法創新困難。上世紀九十年代中期，英國科學家提出可應用于私鑰密碼體系破解的量子Shor大數分解算法和可應用于數據庫搜索的量子算法，大大迸發了量子估算的研究熱情，這兩類算法已成為構造其他量子算法的重要基礎。但是，因為量子估算特殊的運行方法，精典算法的設計思路難以直接移植，且目前可用的量子工具依然較少，具有核心作用的量子算法相對短缺，不能在處理所有問題上均取得優勢，適用范圍有限。
量子估算模型和體系結構均與精典估算存在差別。量子估算的物理模型基礎是80年代定義的“量子圖靈機”，目前，量子線路模型是主流方向，量子絕熱和拓撲模型亦是研究熱點。同時，因為量子態疊加、糾纏、不可復制、相干保存時間短等特征，通用量子計算機的體系結構將不同于精典計算機，設計更為復雜，技術選擇目前尚不明朗。
市場概況
商業化預測
量子計算機商用預測大約會分三個階段：
第一階段，量子估算靶機的開發。微軟提出的量子霸權是量子估算靶機開發的標志性風波。當前第一階段早已走完。
第二階段，接出來的六年，重點是找尋專用級的芯片，用它來解決特定行業的問題。
第三階段，是再往前十幾年的時間，目的是真正把通用量子計算機實現下來。波士頓咨詢以前預測，到2030年，保守恐怕市場需求有21億美元，豁達恐怕可以有600億美元，到2050年的時侯可以達到2600~2950億美元。
市場競爭格局
歐美等發達國家政府和科技產業大鱷大力投入量子估算技術研究，取得一系列重要成果并完善了領先優勢。在量子估算領域，俄羅斯近些年來持續大力投入，已產生政府、科研機構、產業和投資力量多方協同的良好局面，并完善了在技術研究、樣機研發和應用探求等方面的全面領先優勢。英、歐、日、澳等國緊密追隨，領先國家之間通過聯合攻關和成果共享，正在產生并不斷加強聯盟優勢。
科技大鱷間的激烈競爭，促使量子估算技術加速發展。、IBM、英特爾、微軟在量子估算領域布局多年，霍尼韋爾隨即加入，產業大鱷基于雄厚的資金投入、工程實現和軟件控制能力積極開發原型產品、展開激烈競爭，對量子估算成果轉化和加速發展推動顯著。在2018年實現72位超導量子比特，在2019年證明量子估算優越性。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月將量子比特數目更新為53位。谷歌在2019年推出量子估算云服務Azure，可以與多種類型的硬件配合使用。霍尼韋爾的離子阱量子比特裝置已步入測試階段。
我國近些年來開始加強注重程度、積極趕進，在科研布局和企業投入方面取得一定成果。以中科大、浙江學院和復旦學院等為代表的研究機構在量子估算原理實驗和樣機研發等方面取得一定研究成果。2017年量子傳輸速度，中科大和四川學院聯合宣布基于超導量子估算方案實現了10位量子比特的糾纏操控。同年，中科大還報導了基于波骰子取樣的光量子計算機研究成果。在產業布局方面，阿里巴巴聯合中國科大學在2015年籌建“中國科大學-阿里巴巴量子估算實驗室”，據悉，騰訊也正在籌辦構建量子實驗室。2017年9月，中科大創立了國外首個量子估算初創企業，杭州本源量子估算科技有限公司，計劃舉辦量子估算芯片、測控系統、軟件等方面的研制。2017年10月，復旦學院、阿里巴巴和本源量子各自發布了基于不同數學體系的量子估算云平臺。整體而言，我國在量子估算領域雖已取得一定成績，但在投入力度、團隊數目、創新成果、方案種類和指標方面仍落后于英國。
注：比特位數、相干時間越高越先進
初創企業是量子估算技術產業發展的另一主要推進力量。初創企業大多脫胎于科研機構或科技公司，近些年來，來自政府、產業大鱷和投資機構的創業資本急劇降低，初創企業快速發展。目前，全球有超過百余家初創企業，囊括軟硬件、基礎配套及下層應用各環節，企業聚集度以北美和西歐（含日本）最高。
雖然量子估算目前仍處于產業發展的早期階段，但軍工、氣象、金融、石油化工、材料科學、生物醫學、航空航天、汽車交通、圖像辨識和咨詢等諸多行業已注意到其巨大的發展潛力，開始與科技公司合作探求潛在用途，生態鏈不斷壯大。
在量子估算研究和應用發展的同時，其產業基礎配套也在不斷建立。2019年英特爾與和Afore合作推出量子高溫晶片探針測試工具，加速硅量子比特測試過程。本源量子成立本源量子估算產業聯盟，2019年牽手中船鵬力共建量子估算高溫平臺。
$微軟A(GOOGL)$$國盾量子()$$(SDGR)$
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