赛迪：2019年量子计算发展白皮书(40页).pdf

1、 量子计算发展白皮书量子计算发展白皮书 （2019 年）年） 智库电子信息研究所智库电子信息研究所 2019 年年 9 月月 前言前言 量子信息技术可以突破现有信息技术的物理极限， 在信息处理速 度、信息容量、信息安全性、信息检测精度等方面均能够发挥极大作 用，进而显著提升人类获取、传输和处理信息的能力，为未来信息社 会的演进和发展提供强劲动力。当前，人类对量子信息技术的研究与 应用主要包括量子计算、量子通信和量子测量等。其中，量子计算是 一种基于量子力学的、颠覆式的计算模式，具有远超经典计算的强大 计算能力，将在化学反应计算、材料设计、药物合成、密码破译、大 数据分析和机器学习、军事气象等领

2、域产生颠覆性影响。 近年来，一些国家以及企业纷纷加码布局量子计算，在相关领域 的技术研究和应用不断提速。在此形势下，智库电子信息研究所 编写了 量子计算发展白皮书 （2019 年） ， 阐述了量子计算的基本内 涵，系统梳理量子计算的技术路线及发展路线图，介绍了国内外发展 态势，并提出了我国量子计算发展面临的挑战及相关对策建议。 如有商榷之处，欢迎大家批评指正。 目 录 一、量子计算发展综述 . 1 （一）量子计算的内涵 . 1 （二）量子计算的发展背景与历程 . 5 （三）量子计算的应用展望 . 7 二、量子计算技术与发展路线图 . 9 （一）量子计算关键技术 . 9 （二）量子计算的发展路线

3、图 . 16 三、国际量子计算发展现状 . 19 （一）主要国家的战略规划 . 19 （二）量子计算的技术与产业进展 . 22 四、我国量子计算发展现状 . 29 （一）我国的量子计算国家战略 . 29 （二）我国量子计算的进展 . 29 五、我国量子计算发展面临的问题与挑战 . 31 （一）关键技术研发仍属起步阶段，与国际水平存在差距 . 31 （二）市场尚在培育阶段，技术和应用场景不成熟 . 31 （三）国内企业参与度较低，缺乏全面战略布局 . 32 （四）人才体系单一、集中，尚未形成全面培养体系 . 32 六、对策建议 . 34 （一）加强前沿科技领域产业化布局 . 34 （二）加大对关

4、键核心领域的研发支持 . 34 （三）完善对专业人才梯队建设的全面布局 . 34 （四）积极构建量子计算应用生态体系 . 35 1 一、量子计算发展综述一、量子计算发展综述 （一）量子计算的内涵（一）量子计算的内涵 1 1、量子信息量子信息科学科学的基本概述的基本概述 量子信息科学是量子物理与信息科学交叉的新生学科， 其物理基 础是量子力学。量子是构成物质的基本单元，是不可分割的微观粒子 的统称。量子力学就是研究和描述微观世界基本粒子结构、性质及相 互作用的一门科学。量子信息技术就是基于量子力学，通过对光子、 电子等微观粒子系统及其量子态进行人工观测和调控， 借助量子叠加 和量子纠缠等独特物理

5、现象，以经典理论无法实现的方式获取、传输 和处理信息的一类技术。 图 1 量子比特的概念示意图 数据来源：Visure Science，2019年7月 在量子信息技术中，包含量子比特、量子叠加和量子纠缠等几个 基本概念：一是量子比特。比特是计算机技术中信息量的基本度量单 位，量子比特则是量子计算中的最小信息单位。一个量子比特可以表 2 示 0、1 或 0 和 1 的叠加，因此其搭载的信息量远超智能表示 0 或 1 的经典比特。二是量子叠加。指一个量子系统可以处在不同量子态的 叠加态上。在量子系统中，量子态是指微观粒子所处的一系列不连续 的恒稳运动状态。在无外界观测干扰时，量子系统可处于一系列量

6、子 态叠加态上，也即是著名的“薛定谔的猫” 。三是量子纠缠。指微观 粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响影响的现象。 在量 子系统中，存在量子关联的多个粒子即使在空间上被分隔开，也能够 相互影响运动状态，这是量子通信等的技术基础。 当前，量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量等 三个技术领域。量子计算是基于量子态受控演化的一类计算技术。量 子计算具有经典计算无法比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力， 有望成为未来几乎所有科技领域加速发展的“新引擎” 。量子通信利 用微观粒子的量子叠加态或量子纠缠效应等进行信息或密钥传输， 主 要包括量子隐形传态和量子密钥分发两类。 量子通信可