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总结（2021）

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，全面分析了2021年量子计算云平台在技术、服务、企业参与度及测评方面的发展态势。报告指出，量子计算云平台作为展示量子计算优势和输出能力的重要方式，正逐步成为推动量子计算走向实用化和商业化的重要工具。报告强调了硬件、软件、服务应用、企业参与及测评体系等关键领域的发展，并提出相关建议以促进我国量子计算生态的构建。

主要观点与关键信息

一、量子计算云平台技术发展趋势

1. 硬件技术多元化发展

   • 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。
   • 超导量子计算在IBM、Google等企业中取得显著进展，例如IBM计划2030年实现百万位可纠错量子计算。
   • 离子阱技术在Honeywell等企业中取得突破，计划2030年实现模块化百位量子计算原型机。
   • 我国在多个技术路线中取得进展，如中科大“九章2.0”、本源“祖冲之号”等。

2. 量子计算模拟器成为重要补充

   • 模拟器基于经典计算资源和软件算法，用于模拟量子计算状态演化和运行逻辑。
   • 国内外企业如Amazon、华为、阿里巴巴等均推出了高性能的量子模拟器，如Amazon Braket的DM1、华为HiQ3.0、阿里巴巴“太章2.0”等。

3. 经典云计算为量子计算提供支持

   • 计算资源虚拟化、分布式计算存储、云平台通用管理等技术助力量子计算云平台提升效率与稳定性。
   • 云平台可整合量子与经典计算资源，降低用户使用门槛，提升服务可扩展性。

二、量子计算云平台应用服务探索

1. 加速科研突破

   • 量子计算云平台为科研人员提供真实或仿真环境，支持量子算法验证、量子芯片设计、量子化学模拟等。
   • IBM量子计算云平台已支持数百篇论文发表，显示其在科研领域的广泛影响。

2. 深度挖掘行业应用

   • 医疗、金融、能源等行业开始探索量子计算在量子化学模拟、量子机器学习、量子组合优化等场景的应用。
   • 例如：华为HiQ云平台支持药物开发，本源ChemiQ支持材料与分子研究，D-Wave支持金融组合优化等。

3. 助力量子教育普及

   • 量子计算云平台为初学者和教育机构提供图形化编程与代码编程接口，推动量子计算知识的传播。
   • IBM、本源等企业均推出教育平台与社区，增强用户互动与学习体验。

三、量子计算云平台企业发展态势

1. 国际企业多元发展

   • IBM、Google、D-Wave、Amazon、Microsoft、Xanadu、Honeywell等企业均在量子计算云平台领域有所布局。
   • IBM、Google等企业在硬件、软件和生态构建方面持续发力，推出多款量子云平台及配套工具。

2. 国内企业积极贡献原生力量

   • 华为、本源、阿里巴巴、百度、腾讯、量旋、北京量子院等企业及机构积极参与量子计算云平台的建设与推广。
   • 华为HiQ3.0、本源“悟源”、阿里巴巴“太章2.0”等平台不断升级，推动量子计算在国内的发展。

四、量子计算云平台测评研究与实践

1. 测评需求与研究进展

   • 量子计算云平台的测评体系正逐步完善，包括技术成熟度、服务应用成熟度、安全成熟度等维度。
   • 测评指标涵盖量子计算硬件、软件、运维、应用和安全等多个方面，为平台性能评估提供依据。

2. 测评体系多维度分析

   • 测评体系包括科学性、客观性、系统性、追溯性与可复现性等原则。
   • 测评指标包括量子比特数、量子体积、量子算法库完备性、任务执行时间等。

3. 测评实践案例

   • 本报告对量子计算云平台的服务时间与虚拟机性能进行了测试。
   • 表3显示，不同规模任务在真实量子计算单元下的处理时间差异显著，说明云平台仍需优化性能。
   • 表4展示了两种虚拟机的性能基准测试结果，指出当前量子虚拟机性能尚不及经典云计算商用虚拟机。

五、发展态势总结及建议

1. 商业模式初步尝试，多方合作热度提升

   • 量子计算云平台尝试多种商业模式，如按时即价、会员定价、操作定价等。
   • 企业通过合作与整合资源，形成联合生态，如Honeywell与剑桥量子计算公司合并，IonQ与Google合作等。

2. 行业巨头推动联盟生态构建

   • IBM、Microsoft等企业主导量子计算联盟，推动全球合作与技术共享。
   • 本源量子建立“本源量子计算产业联盟”，推动国内量子计算生态发展。

3. 云化能力仍需提升，标准测评亟待推进

   • 量子计算云平台在云化能力、稳定性与性能方面仍存在提升空间。
   • 标准化和测评体系的完善对于推动量子计算商业化和规模化具有重要意义。

4. 发展建议

   • 建议我国进一步完善量子计算发展战略与规划。
   • 加强产学研用协同，推动技术研发、应用探索、标准与测评等多维度发展。
   • 以量子计算云平台为载体，推进通用技术软件开发、联合应用探索及科普教育，促进我国量子计算产业的可持续发展。

关键信息总结

• 技术路线：超导、离子阱、硅基半导体、光量子、NV色心等技术体系并存。
• 平台功能：提供量子计算、模拟、编程、应用服务及教育功能。
• 企业参与：国际科技巨头与国内企业共同推动量子计算云平台发展。
• 测评体系：涵盖技术成熟度、服务应用成熟度、安全成熟度等维度。
• 发展方向：云化能力提升、标准化推进、生态构建及商业模式探索。