2024全球量子计算产业发展展望-ICV

在过去的一年里，我们见证了全球量子计算领域取得的多方面的进展和突破，这些成就正在引领人类进入一个前所未有的计算时代。2023年无疑是AI大模型蓬勃发展的一年，而这背后，量子计算也悄悄参与其中。量子计算可以加速和优化大规模模型的计算过程，虽然还不能赋予巨大的能力，但为解决复杂问题提供了新的思路和工具，展示了跨领域融合创新的广泛潜力。今年起，我们的报告关注焦点有了较为明显的改变，以往我们大量关注大学和科研院所的科技研发进展，因为那时他们是量子计算进步的主力军。今年，已经有越来越多的商业组织在量子计算领域有了动作，我们回到初衷，重点关注商业和产业的进展情况。在量子芯片技术方面，多元发展成为产业竞争的关键动力。各国在超导、离子阱、光子、中性原子和半导体等多种技术路线上投入了巨大支持，形成了各具特色的发展优势。量子计算云平台的日益成熟，逐步降低量子计算的使用门槛和成本，为用户提供更为便捷的服务。这一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的不断扩大。然而，我们也不得不面对2023年量子计算行业融资活动相对降温的现实。宏观经济情况不佳，融资交易减少，国际竞争在量子领域日趋激烈...最后，站在这个充满挑战和机遇的时刻，我们仍对2024年量子计算的产业发展充满信心和期待。让我们携手共进，共同见证量子计算产业的蓬勃发展。序言ICV 前沿科技咨询总监、高级副总裁 Jude Green引领量子时代，共铸产业未来1声明01本报告体现的内容和阐明的观点力求独立、客观，本报告中的信息或所表述的观点均不构成投资建议，请谨慎参考。02本报告旨在梳理和呈现2023年度内全球范围内量子细分技术和产业领域发生的重要事件，涉及数据及信息以公开资料为主，以及对公开数据的整理。并且，结合发布之时的全球经济发展状态，对短期未来可能产生的影响进行预判描述。03本报告重点关注2023年1月1日至2023年12月31日间量子细分行业发生的相关内容，以当地时间报道为准，以事件初次发布之时为准。对同一内容或高度相似内容的再次报道，若跨年度，不视为2023年发生的重要事件。04本报告版权归ICV TA&K和光子盒所有，其他任何形式的使用或传播，包括但不限于刊物、网站、公众号或个人使用本报告内容的，须注明来源（2024全球量子计算产业发展展望 [R]. ICV TA&K & 光子盒.2024.02）。本报告最终解释权归ICV TA&K和光子盒所有。05任何个人和机构，使用本报告内容时，不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删减和篡改。未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表、印刷等。如征得同意进行引用、转载、刊发的，需在允许范围内。违规使用本报告者，承担相应的法律责任。06本报告引用数据、事件及观点的目的在于收集和归纳信息，并不代表赞同其全部观点，不对其真实性负责。07本报告涉及动态数据，呈现截至统计之时的情况，不代表未来情况，不够成投资建议，请谨慎参考。2本篇报告由全球前沿科技咨询机构ICV邀请中国量子科技服务平台光子盒联合撰写和发布。感谢包括但不限于以下公司给予技术和素材的支持：致谢3目Contents录1. 2023产业发展概览2. 硬件整机3. 核心设备与器件4. 软件、算法、云平台5. 投融资6. 供应商评价7. 产业分析与预测8. 产业展望9. 附件4517313951576673802023产业发展概览01量子计算芯片与软件算法蓬勃发展高性能计算与量子计算的融合已成为现实各大电信运营商竞相布局量子计算研究活跃科研成果频出硬件发展路线图不断更新产业链相关企业逐年增多生态建设日趋完善产业发展即将进入快速成长周期0102030405060708第一章2023产业发展概览012023产业发展概览目录6本部分根据技术创新、实际效益以及科研引领等评价标准，选取了2023年量子计算领域的十项最重要进展，包括首次成功应用、有效实验验证、新颖架构设计、参数最值、实际效用提升、采用方案者数量及影响力，以及是否有重大科研突破和广泛报道。总体进展按照量子计算芯片以及软件算法云平台两个大方向展示。第一章2023产业发展概览量子计算芯片与软件算法蓬勃发展01图表 2023年全球量子计算十项重要进展 量子云平台 混合计算与大模型 容错算法英伟达发布了DGX Quantum系统，结合了CUDA Quantum和H100 NVL等技术，为GPT等生成式AI大模型提供了量子经典混合计算的加速平台。Quantinuum使用逻辑量子比特在其H1量子计算机上实现了容错算法，通过“随机量子相位估计”计算了氢分子的基态能量。Q-CTRL的错误抑制技术（名为Q-CTRL Embedded）已被集成到IBM云量子服务中，现在用户只需轻按开关，就能降低错误率。 量子纠错 传输与存储 量子芯片架构 量子比特数量与量子体积 相干时间Quantinuum的H-Series量子计算机连续创下了三个量子体积（QV）的新纪录：217、218和219，为目前报道最高的量子体积记录。IBM发布了首款超过1000量子比特的量子计算处理器Condor，其拥有1，121量子比特，基于其上一代旗舰产品Eagle芯片架构。马里兰大学在蓝宝石芯片上成功创建了磁通量量子比特，其相干时间为1.48毫秒，是目前最高纪录，并且保真度达到了99.991%。IBM推出模块化量子计算机，结合可扩展低温基础设施和经典服务器，实现了计算的超级计算架构。基于此架构，IBM发布了133量子比特可扩展芯片Heron。苏萨塞克斯大学与Universal Quantum合作，实现了微芯片模块之间的快速和可靠的传输，成功率高达99.999993%，连接速度为每秒2424次，是目前最高纪录。深圳量子研究院、清华大学、福州大学以及南方科技大学4家研究团队利用具有定制频率梳的脉冲来操控辅助量子比特，提高了量子纠错的效率，超过了纠错盈亏平衡点约16%。QuEra实现了48个逻辑量子比特，能够检测和纠正纠缠逻辑门操作过程中出现的任意错误。软件、算法、云平台量子计算芯片7| Version Feb 2024第一章2023产业发展概览高性能计算与量子计算的融合已成为现实022023年，全球发生了诸多量子计算与超算融合的事件，量超融合已经从理论转向初步实践，还呈现出深化发展之势。量超融合主要依托云平台向外提供算力，成为超算中心的一种新型计算形式的补充，提供多样、灵活、高效的计算资源，为不同行业领域提供更强大的算力，可供更广泛地探索量子计算的潜在价值。目前量子计算与超算融合仍然面临着硬件稳定性和算法优化等挑战，量超融合的实现，接下来需要在多个维度进行尝试与探索，包括兼容性与集成（接口设计、系统集成）、软件与算法（量子编程语言与工具、算法适配与优化）、资源管理与调度等。随着技术演进和国际合作的深化，量子计算融入超算体系将是必然的一步。图表 2023量超融合进展事件本源量子与上海超级计算中心合作成立长三角量超协同创新中心；9月，发布“量超融合” 平台实现了经典与量子任务统一调度和‘经典+量子’算法的混合编程，并对公众开放理化学研究所计划在 2025 年左右通过与富岳超级计算