1、量子计算金融应用白皮书 1 一、一、量子计算的背景与发展量子计算的背景与发展(一一)量子计算的背景量子计算的背景 量子技术作为 20 世纪最伟大的科学发现之一1，它自 1920 年问世以来就催生了核磁共振、激光等新技术成果。自第一次量子技术革命开始，量子科技在宏观世界逐渐普及应用，人类在系统性观测与调控微观粒子方面能力大幅提升，量子技术在信息采集、处理和传输领域应用的可能性正在成为现实。几个世纪以来，人类探索微观粒子的进程从未停歇，从“探测时代”到“调控时代”，随着人类对微观粒子探究的逐渐深入，量子技术的发展也进入快车道。本世纪以来，量子技术迎来了对微观量子操控的第二次革命浪潮，以量子计算、量

2、子通信和量子精密测量为代表的科技成果进展日新月异，在信息获取、传输和处理方面都体现出巨大的应用价值潜力，并已经应用在能源、国防、航天、通信、生命科学等领域，为人类生活质量及科技发展带来诸多正面影响。在第二次量子技术革命中，量子计算、量子通信和量子精密测量等领域的技术突破成为当前量子信息技术破局的关键。其中，量子通信产业化进程相对较快，目前已经在基于卫星或光纤网络的长距离传 1 Dowling J P,Milburn G J.Quantum technology:the second quantum revolutionJ.Philosophical Transactions of the Ro

3、yal Society of London.Series A:Mathematical,Physical and Engineering Sciences,2003,3611809:1655-1674.量子计算金融应用白皮书 2 输和广域组网应用上取得重要进展。2016 年 8 月，“墨子号”量子科学实验卫星在酒泉卫星发射中心成功发射，标志着中国在量子通信研究领域在世界范围内率先取得重大突破。2017 年 9 月，全长 2000 公里量子保密通信干线“京沪干线”正式开通，2021 年 1 月，我国实现4600 公里星地量子密钥分发，初步构建天地一体化广域量子通信网雏形。同时，在量子精密测量研究

4、领域，国内外科学研究与技术应用齐头并进、各具优势。2019 年，美国和加拿大的科学家利用光子纠缠和自适应反馈技术，实现了超越标准量子极限的光场相位测量，为光学传感和量子信息处理提供了新的可能。2020 年，中国和美国的科学家利用金刚石氮-空位（NV）色心的量子特性，实现了纳米核磁共振二维谱的加速探测，为单分子结构解析和生物医学诊断提供了新的手段。与之相较，量子计算领域技术攻关难度较大，但近几年受到了越来越多的关注。过去十年，IBM、谷歌等科技巨头在量子计算领域的深入布局，使得量子计算机的可用量子比特数量迅速增加，目前已经进入了“含噪声的中型量子”（NISQ）时代，并在多条技术路线取得了显著的突

5、破，其中，超导量子比特数量已经达到了百位量级，离子阱技术也突破了上千量子体积的里程碑。同时，量子计算的应用也正在积极拓展，在该领域中美两国在全球范围内领跑，融资规模已经超过过去十年总和。目前，中国在量子计算、量子通信和量子精密测量三量子计算金融应用白皮书 3 大领域均位于世界第一梯队。2(二二)量子计算的发展量子计算的发展 20 世纪 20 年代初，量子力学的诞生为经典物理学带来了全新的视角和范式。量子计算是一门由物理学、信息科学、计算科学和光电技术等学科交叉融合而形成的新兴学科，其基础是量子力学。量子计算利用量子比特和量子态的叠加和纠缠等特性，在特定的经典问题上实现有效地解决或加速求解过程。

6、经典计算机的基本信息单位是比特（bit），用 0 或 1 来表示和存储，二者只能取其一。而量子比特（qubit）是量子计算机的最小信息储存单位，通常以量子态0和1，或二者的叠加态来表示。与传统的经典比特不同，一个量子比特能够以叠加态的形式存在，一次运算就能同时处理两个状态的信息，从而让一个量子比特具有更强大的信息表示和存储能力。进一步推广，经典计算机对 2n比特的数据执行相同计算过程需要 2n次操作，而量子计算机只需要对 n 个量子比特进行一次操作即可，其在数据存储能力和数据处理能力上都超越了经典计算机。2 https:/ 量子计算金融应用白皮书 4 图 1 经典比特与量子比特对比 根据量子计