20210930-中国信通院-量子云计算发展态势研究报告（2021年）_38页_2mb

量子云计算发展态势研究报告（2021）总结

核心内容概述

本报告由中国信息通信研究院技术与标准研究所发布，聚焦2021年量子计算云平台在技术、服务、企业发展及测评等方面的发展态势。报告指出，量子计算云平台作为连接量子计算资源与用户的重要桥梁，正在成为推动量子计算实用化、商业化及生态构建的关键路径。随着量子计算技术的不断成熟，云平台在科研、教育、行业应用等方面展现出巨大潜力。

主要观点

1. 技术发展趋势

• 硬件技术多元发展：当前主流技术路线包括超导、离子阱、硅基半导体、光量子和NV色心等，各技术路线均取得一定进展。
  • 超导技术路线：IBM、Google等企业持续推进，计划在2030年实现百万级量子比特。
  • 离子阱技术路线：Honeywell等企业已实现10位高保真度量子比特，并计划在2030年实现百位量子比特。
  • 光量子与NV色心技术路线：具备实用化潜力，但仍处于科研和教学阶段。
• 量子计算模拟器成为重要补充：模拟器通过经典计算资源实现量子计算状态模拟，缓解了资源稀缺问题，同时为算法验证和应用探索提供支持。
• 经典云计算赋能量子计算：通过资源虚拟化、分布式计算和通用管理技术，经典云计算为量子计算云平台的提质加速提供支撑，是其走向商用的重要基础。

2. 应用服务探索

• 科研突破：量子计算云平台助力解决高复杂度问题，如量子化学模拟、量子算法验证等，IBM云平台已支持数百篇相关论文。
• 行业应用：在医疗、金融、能源等领域，量子计算云平台提供定制化解决方案，如药物研发、金融组合优化、能源资源调度等。
• 教育普及：通过图形化编程、在线教程和社区支持，云平台为初学者和教育机构提供便捷的量子计算体验。

3. 企业发展态势

• 国际企业：IBM、Google、D-Wave、Amazon、Microsoft、Xanadu、Honeywell等企业持续推进量子云平台建设，覆盖硬件、软件、生态构建等多个方面。
• 国内企业：华为、本源量子、阿里巴巴、百度、腾讯、量旋、北京量子院等企业积极布局，提供多类型的量子计算云服务，推动国产化发展。

4. 测评研究与实践

• 测评需求与体系：测评体系涵盖硬件、软件、运维、应用和安全五大维度，指标包括量子比特数、量子体积、算法完备性、服务可用性等。
• 服务时间测评：基于不同任务规模，测评平台服务响应时间、任务执行时间、数据处理时间等，为平台优化提供依据。
• 虚拟机性能测评：对量子计算虚拟机的性能进行测试，结果显示其与经典云计算虚拟机相比仍有差距，需进一步提升。

关键信息

• 量子计算云平台功能：集成量子计算与经典计算，提供远程访问、算力服务、软硬件支持和开发环境。
• 技术路线与进展：
  • 超导：IBM（128位“鹰”）、Google（1000位）、华为（HiQ3.0）、本源（OriginQY悟源）。
  • 离子阱：Honeywell（H1、H2）、IonQ（128量子体积）。
  • 光量子：Xanadu（Strawberry Fields）、中科大（九章2.0）。
  • 硅基半导体与NV色心：处于技术探索和初步工程化阶段。
• 软件发展：
  • 基础运行类：QASM、eQASM、Qiskit Metal、KQCircuits等。
  • 开发类：QCL、Q#、QPanda、HiQ、Forest等。
  • 应用类：量子化学、量子机器学习、量子组合优化等。
  • 通用系统类：量子操作系统如Deltaflow、本源司南等。
• 测评体系：
  • 测评原则：科学性、客观性、系统性、追溯性与可复现性。
  • 测评指标：硬件、软件、运维、应用、安全五大维度。
  • 测评实践：通过服务时间与虚拟机性能测试，推动平台标准化与优化。

发展建议

1. 完善发展战略：加强量子计算整体规划，推动产学研用协同合作。
2. 推进标准与测评：加快量子计算标准化进程，构建统一的测评体系，提升平台服务能力。
3. 加快云化能力提升：优化资源调度、提高平台稳定性与可用性，增强用户体验。
4. 加强生态建设：鼓励企业、机构和社区共建，形成开放共享的量子计算云生态。

总结

量子计算云平台正成为推动量子计算从科研走向应用的重要载体，其在技术、服务和生态建设方面展现出显著的发展潜力。随着硬件与软件的不断进步，以及测评体系的逐步完善，云平台有望在未来实现更广泛的服务覆盖与商业化应用。我国在该领域虽起步较晚，但已形成积极发展态势，需进一步加强技术研发、标准制定与生态构建，以推动量子计算产业的可持续发展。