量子信息技术发展与应用研究报告（2022年）

No.202232 中国信息通信研究院 2023年 1月 量子信息技术发展与应用 研究报告 (2022 年) 版权声明本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。 前 言 以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术，是量子科技重要组成部分，有望成为未来重大技术范式变革和颠覆式创新应用的新源泉。发展量子信息技术，推动科研成果应用和产业生态构建，已成为全球在前沿科技领域政策布局与投资支持推动的热点，也是各国构建未来产业竞争力，维护国家技术主权的重要方向之一。2022 年度诺贝尔物理学奖，授予 Alain Aspect、John F. Clauser 和 Anton Zeilinger，表彰他们使用纠缠量子态进行开创性实验，为基于量子信息的新技术开发奠定基础，进一步提高全球关注热度。 近年来，量子信息技术科研加速发展，技术创新活跃，亮点成果不断涌现，标准化研究取得阶段性进展，应用场景探索广泛开展，产业生态培育方兴未艾。我国量子信息技术领域具备良好基础，前沿研究、样机研发和应用推广等方面取得诸多进展，未来有望在基础科研、应用推广与供应链构建等方面取得更多成果。 2018 年起，中国信息通信研究院连续 4 年发布《量子信息技术发展与应用研究报告》，成为管理部门和行业各方掌握量子信息领域发展动态的重要参考。本报告聚焦 2022 年量子信息技术发展态势，梳理三大领域的最新研究与应用进展，分析探讨热点问题，展望技术演进与产业应用发展趋势，希望为促进凝聚业界共识，形成发展合力贡献力量。 目 录 一、 量子信息技术总体发展态势 .............................................................................. 1 (一) 量子信息技术是量子科技的重要组成部分 ............................................ 1 (二) 量子信息成为全球多国政策布局与投资热点 ........................................ 3 (三) 量子信息三大领域科研与技术创新快速发展 ........................................ 6 (四) 量子信息技术与产业生态培育受到多方重视 ........................................ 9 二、 量子计算领域研究与应用进展 ........................................................................ 12 (一) 样机研发多路线竞相争鸣，研究进展亮点纷呈 .................................. 12 (二) 量子纠错成业界关注热点，将是下一个里程碑 .................................. 16 (三) 基准测评为性能表征和行业观察提供重要参考 .................................. 19 (四) 软件与云平台发展迅速，构建用户生态是关键 .................................. 21 (五) 应用探索广泛开展但尚未落地，泡沫争议浮现 .................................. 24 三、 量子通信领域研究与应用进展 ........................................................................ 28 (一) 量子密钥分发科研活跃，实验系统性能获提升 .................................. 28 (二) 量子信息网络持续研究，使能技术仍有待突破 .................................. 32 (三) 空间量子通信将成为科研与应用发展重要方向 .................................. 36 (四) 量子保密通信探索应用，标准测评验证须加强 .................................. 38 (五) 量子保密通信与 PQC 将有望形成融合应用方案 ................................ 41 四、 量子测量领域研究与应用进展 ........................................................................ 44 (一) 多种量子测量技术并存，样机工程化水平提升 .................................. 44 (二) 助力生命科学研究，实现可穿戴与非侵入检测 .................................. 47 (三) 赋能垂直行业应用，成为加速产业升级催化剂 .................................. 50 (四) 量子测量与其他技术领域融合，向智能化发展 .................................. 54 (五) 量子测量商用发展迅速，产业价值链初步形成 .................................. 56 五、 量子信息技术与应用前景展望 ........................................................................ 60 (一) 三大领域研发持续推进，应用与产业前景各异 .................................. 60 (二) 发展量子信息技术，开启下一轮技术创新周期 .................................. 62 图 目 录 图 1 量子信息技术是量子科技的重要组成部分 ...................................................... 1 图 2 量子信息三大领域近年来科研论文趋势 .......................................................... 7 图 3 量子信息三大领域近年来专利申请趋势 .......................................................... 7 图 4 量子信息三大领域各国专利申请占比情况 ...................................................... 8 图 5 我国各省市量子信息专利申请量 ...................................................................... 9 图 6 全球各国量子信息技术领域产业联盟概况 ............