2021量子技术全景展望.pdf

第1页 目录第一章：前言.3第二章：主要国家的量子发展路线图 4、欧洲.1.德 62.荷兰.3.法国 74.英.二、北美 91.加拿大. 2.国 10三中.2四、来自世界各地的量子科技发展 131.澳大利亚.2.日本 133.俄罗斯.44.新加坡 1五、全球学术合作.4六量子投资的时机 1 第三章：2021量子硬件展望.7一超导比特为重大突破做好了准备 11.谷歌过渡一年.72.IBM蓝色巨人 183.多样性.9二、进击的离子阱 2三云中原.4四长期使用硅 25五光破坏者.6六、扩大规模 29 七201展望.第四章：2021量子软件展望 32一计算云服务市场升温.二、教育的重要性. 34三高能模拟器.5四帮助量子企业研发工作 36五未来应用领域.7六、编译 38七操作系统.八量子软件堆栈 39 九201展望.40第五章：2021量子算法展望 2一、推动NISQ发的量子优势.41.Gogleycamore芯片 22.随机数和抽样.43 第2页 3.优化基准测试.434.离子阱使他们名声大噪5.关键步骤.4二、量研究的成果1.模拟化学和材料科.452.优金融、物流制造业服务3.机器习.454.掌握量子研发技术 6三、一百万比特的作用.41.二次加速是否足够 7 2.寻求更好.4四01展望. 8第六章：2021量子互联网展望.49一、措施.二后加密时代即将到来.49三现码学. 501.量子随机性.2.钥分发. 51四、过去的争论.2五现在. 5 六量子纠缠.2七太空领域. 53八、地面技术.4九未来展望. 5十201. 第七章：2021量子计时、成像和传感展望 57一、生物医学应用中的磁应.1.OPMs（光泵力仪） 572.金刚石NV色心.8二01展望. 59 第3页 第一章：前言本报告由光子盒根据FactBsedInsight文整理而成。近年来，世界各国高度重视量子技术发展，通过出台政策文件、成立研究机构、支持量子科技研究等方式加大对研的投资促进量子科技研发和产业展，试图在未来建立生态系统。全世界的政府已经意识到，量子是一系列相关术的未来机遇不仅涉及量子计算领域，还 在传感与测量、通信模拟、高性能计算等领域拥有广阔应用前景。并且这些生态系统及其整个供应链之间存在联。各国政府已做出响，启动量子技术划，以发展这一重要的未来科学技术2019年，各争先恐后地达成了一项10亿美元的计用于量子计算研究。20对于该研究所需的支和想要到的果都显著增加。世界各专家已经撰写许多有关量子领域文章。本重点关注20年的关键发展，以及它们告诉我在201年要注意的事情为了支持以下观，FactBsedInsight可以提供文章撰写的独立性，并没从这些计划中获得任何资助 第4页 第二章：主要国家的量子发展路线图 一、欧洲很早就意识到量子信息处理和通信技术的潜力。除了2016年推出的“量子技术旗舰计划”外，还通过调整其他计划（例如其数字太空计划）的支，增加其可用资金，为实现未来的“互联网”远景奠定基础。20年5月，欧盟“洲划”的官网发布了战略研究议程SRA）报告 10年内，估计欧盟在整个量子技术旗舰计划中的相关量子支出为30-40亿欧元。 “量子技术旗舰计划”全程开放式运作，不仅促进了每个项目各成员国内部的协作，还促进了项目之间的协作。该项目有60专利申请（虽然欧洲在上述领域诞生了一些最优秀研究，但全球其他地区申请的数量更多）还通过出色的量子周之类活动展示了自己形象同时也使研究进展加透明。 欧洲量子周计划是从一个以物理为主的兴趣小组动员起来的。该计划正在努力吸引更多的工程、计算机科学和数学人才。 “旗舰计划”在拓展阶段，这个计划中的19个项目遍及量子计算、通信、模拟、传感和计量以及基础科学。2020年，这些项目通过了中期审查，同时启动了两个新项目QLSI 第5页 将硅自旋量子比特添加到已经成为目标的超导和离子阱量子比特的行列中；NEASQC专门针对NISQ应用程序，解决许多人认为缺乏软件重点的程序的平衡问题。 EuroQCI汇集了25个欧盟国家、欧盟委员会和欧洲航天局，其具体目标是建立泛欧量子通信基础设施，设想了将在10年内部署的两个关键要素：现有光纤设备间互联链路的地面站接收系统以及基于远距离双方之间的空间链路。第一个服务是QKD，其他服务也会接踵而至， 例如数字签名、身份验证以及超精密时间信号的同步。ThieryBreton（欧盟专员，前ATOS首席执行官）强调另一个重要的目标是“促进欧洲世 界级量子通信技术产业的发展，从而增强我们在这一关键领域的技术主权”。OpenQKD对这一计划进行了补充，通过提供测试平台来演示各种客户端的使用案例。 HPC欧盟追求的百亿次（E级）超级计算机是中国、美国、日本都在追求的高性能计算的前沿技术，目前都未完全实现，故研究量子计算的目标与委员会捍卫欧洲在HPC中的地位目标相吻合。 Breton确表示：“我们的目标是使用百亿次计算机快速达到计算的下一个标准，而且最重要的是已经集成了量子加速器以开发混合动力机器，这种颠覆性技术将会使欧洲处于领先地位。”欧盟关键政策目标是确保欧洲成功进行数字化过渡。地平线20（2014-20）对盟的研究与创新计划提供了支持，该计划后续将由欧洲1-7接替，这就是量子技术旗舰资金的主要来源也是议程中的优先事项该程序目前正面临不利因素。英国脱COVID-19危机以及一些中欧国家向民权的转移，为欧盟预算序掀起了一场风暴委员会对大幅增加欧盟“地平线20”计划中预算 提案有所异议。尽管这并没有威胁到该计划的现状，但它限制了计划增加资金范围。了改变种情况，委员会开始从各方寻求资金。传统上欧洲研究计划倡导放科学，创新和对世界开放的价值观。准成员格允许非盟国家参加其讨活动QuantERA助机制更鼓励各国在整个欧洲研究领域进行合作。因此，量子技术旗舰开始探索与加拿大日本美潜合作但是，确保数字或技术主权已成为盟目标中越来重要的一部分这包括限制中两利益的依赖性和影响力这样的限制未计划展包容性和灵活带来了不确定性。与其他量子一，人力资源是点领域。但是，仍有一个关键问题没有明确答案 是说服有才能欧洲学生不要去Alphabet阿里巴工作还是说服这种国际科技专业的学生更多地利用们的价值在开展研究？ 业务参与欧洲许多大型企业都积极参与量子旗舰计划，特别是ATOS、泰雷兹集团、空中客车、大众、博世和法国电力集团。然而，许多公司仍在寻求欧洲商业态度的更大的转变。量子技术旗舰计划主席JurgenMlynek表示：“美国科技公司更愿意进行长期投资。欧洲大 公司说很高兴听到您在做什么，但我们是技术接受者，而不是技术制造商。” 第6页 QuIC正在准备启动欧洲量子科技产业化联盟。这被认为是美国QED-C的对应版本，目标是20-25个成员。还有一问题，使盟范围内的研究计划难以实施许多人，未来量子生态系统中的社区将锚定在特地理位置附近，硅谷在美国的成功就是一个典型的例。与其在欧盟范围内直接建立这样中心不如借鉴各量子领域案更为现实许多欧洲国家都有重要的量子活动包括奥地利，西班牙匈利，波兰瑞典等中，有3个盟和1个前欧盟国家脱颖而出需要对这些国家做进一步的研究。 1.德国政府已经宣布，为应对新冠肺炎疫情冲击，将提供20亿欧元用于量子科技研究，为2018-2年间计划用于量子研究的预算支出打下了基础。在20年下半担任欧盟轮值主席国的德再次强调技术在数据主权等方面的重要作，同时德国已经对非国家相关高科技公司进行了更严格限制。 德国已经拥有强大的量子研究基础，例如马克斯普朗克研究所、亥姆霍兹协会以及弗劳恩霍夫协会，这些领先的研究组织已经独立参与了多个国家的量子技术项目。 ForschungszentrumJlich研究所在欧洲量子领域中地位逐渐上升。它是跨物理、化学、生物学、医学和工程学的大型多学科研究中心和大型超级计算机中心，并且已经启动了JUNIQ程序，以提供访问多种量子计算技术的平台。它将在2021年成为EUQuIC的研究总 部，并托管OpenSuperQ交付的量子计算机原型。此外，它还将接手于2025年之前全面投入运营的亥姆霍兹量子中心。 MCQST正在着手建造慕尼黑的量子谷，它已经获得了巴伐利亚州的1.2亿欧元支持。PlanQK中包含德国工业界的著名先驱，如大众汽车和博世，也通过不断的发展成为虚拟量子集群软件。 2.荷兰已经成为量子研究活动的重要中心。于2014年成立的QuTech已经具有“国家标志”的地位。它与微软和英特尔等专业公司、BlueFors等主要专家以及OrangeQuantmSyste、Qblox、SingleQuantmDelftCircuits有趣初创公司建了牢固的行业关系。 QuantumDeltaNL（QNL）计划利用荷兰现有量子技术资源进行协调合作：包括代尔夫特的QuTech，阿姆斯特丹的QuSoft和埃因霍温的QT/e等研究机构；莱顿、奈梅亨、格罗宁根、特温特和乌得勒支的优秀研究小组，诸如TNO和StartupDelta，以及一系列行业合作 和初创公司。计划将集中在三个前沿领域，围绕五个城市枢纽开展量子计算和量子模拟、国家量子网络和量子传感应用。荷兰坚定不移地本国定位为“通往欧洲的量子门户”，并期望建立硅谷，强调其中心的理位置：高度的商业便利性和高质生活。目前荷兰与微软和英特尔之间的合作关 第7页 系稳定，同时不断从QIA和iqClock等量子技术旗舰计划项目中受益。20年，QuantmInspire成为荷兰量子计算生态系统的一个重要里程碑，这是欧洲第一个基于量子云的平台。 3.法国已从量子领域集群以及相关的高科技产业专知识中受益，与法国有着紧密联系的大型企业经在取得了显著成绩，例如ATOS、泰雷兹集团和空中客车公司。 巴黎拥有量子计算中心以及著名的初创公司AliceBob、C12、Veriqloud、QubitPharmaceuticals和QCWareFrance。 巴黎萨克莱（Paris-Saclay）成立了量子科学与技术跨学科中心。格勒诺布尔拥有量子工程部和量子硅研发基地，并且还可利用CEA-Leti和CNRS-NEL的优 势。CMOS工艺和低温CMOS电子学方面的专业知识使其成功开发硅自旋技术。20年初，法国推出了一项为技术构建一个国家战略的计划由于生了COVID-19危机该计划暂时被迟。此战略计划科研和工部署尖端量子算基础设施投资 4.英国的NQTP被认为是世界上第一个以开拓最广泛的领域为目标的量子技术计划，该横跨量子计算、通信计时、传感和成像等。如今，该计划已被世界各地的专注于量子研究国家所模仿。 2014-2024年，NQTP第1和第2阶段（包括公共和私人资源）的计划支出约为10亿英镑。许多人将目光投向英国量子计划，不仅是为了评估英国量子技术进步，还会对自身知识的提升有所帮助。 NQTP第1阶段（2014-2019）已与英国自然科学基金、英国基础设施建设局、英国科学与技术设施理事会、英国防部、英国家物理实验室、英国商务能源与产业战略部以及英国政府通信总部合作。最初建立了四个量子技术中心，重点研究量子计算、量子通信、量子增强 成像和量子计时与传感。结果在初始阶段提供了一系列出色的原理证明。它还发动社区活动并形成了学术、产业合作的模式。项目最初是建立在英国光子学上，是跨所有量子基础的一项关键技术。该计划 的成功为工程师工作带来了灵感。受益于数学和计算机科学人才的引进，英国量子软件领域愈加充满活力。 NQTP第二阶段（2019-2024）将重点和资源转移到商业主导项目上。随着产品越来越符合市场要求，合作伙伴通常希望对将要成型的计划采取更多控制，以确保能从该计划提供的协作框架中受益。作为回报，InovateUK利用产业战略挑战基金(ISCF)发起一系列由公共、私 人混合资金支持的项目，以支持不断发展的量子生态系统的搭建。 第8页 进行中InovateUK团队非常重视计划管理和加强计划倡议的商业展示。现在，重点研究已经转移到了量子价值链上。对单个量子和叠加的关注已经转移到了量子纠 缠的可能性上。成像英国计划将量子增强成像作为自己的研究支柱。英国的计划瞄准了细分市场中的机 会，还刺激了潜在的量子光子生态系统，并开发了重要的传感技术。NQC是第二阶段的另一个主要目标。NQC不是设想成为量子计算竞赛中的一个直接竞争对 手，而是作为一个工具，加快社会效率。升级物理中心的设计现已完成，后续建设工作将持续到2021-202年，计划于2023年 第一季度交付使用。最初，该中心将超导、离子阱和软件作为优先研究领域，但该中心的资金是用于对量子领域的投资，而不是特定的量子技术。ISCF（产业战略挑基金）目前正在助三个重要中启动的40多个量子项目。通常，每个财团都会聚集来自整供应链3-10合作伙伴，并提供强大学术支持目设置为运行18-36个月，预算50-万英镑之间。这种方法具有一定灵活性，可以在后续开发补充项同时可以支持多种项目类型 可行性研究通常针对较小的项目，例如GravityDelve计划，旨在探索在恶劣的中心环境中使用量子重力传感器的能力，该计划与另一个重力传感器计划ABGRAV同时进行。 协作研发大型项目将供应链参与者聚集在一起，以更高效对产品进行升级。研发重点通常是确保有可行的供应链来支持产品的商业化研发模式，并且可以从可能的参与者手中获得投入。例如KAIROS，这是由Teledynee2v领导的将紧凑型原子钟商业化的计划，或由Rigeti 领导的在英国建造量子计算机的计划。技术项目大型项目，以建立更广泛的生态系统，该项目用来部署新的基础结构。例如， 由牛津量子电路（OQC）牵头的用于制造和测量的QuantumFoundry计划，以及由Riverland牵头的提供与硬件无关的软件堆栈的Deltaflow.OS计划。人才教育是英国计划另一个重点。 QTEC是英国NQPT第一阶段的一项计划，为科学家转变为企业家的过程中提供帮助。“奖金”将为早期从事相关工作的研究人员提供薪水、费用、业务培训和指导，为他们提供为期一年的创业指导。现在，QTEC的早期研究员正在参与诸如KETS和Seqc之类的量子领域后起之 秀的培训工作，或者在特定领域的（例如QLM或FluoretiQ）商业化应用方面取得了令人瞩目的进展。NuQuantum和QuantumDice是最近两个知名的初创公司。 FactBasedInsight认为，QTEC已经取得了显著的成功。但是目前，NQTP的第二阶段尚未为其继续提供资金。它最初的出资者是英国自然科学基金(EPSRC)，但是，EPSRC的核心目标正集中在科学研究和培训上。同时，InovateUK一直在努力发起ISCF项目。FactBased Insight希望，NQTP能继续开展其计划的第二阶段。 第9页 NQTP希望使英国成为量子企业和人才的“理想之地”。此前PsiQ公司由于在欧洲很难申请到科研基金，故将公司搬到了硅谷。在NQTP的第二阶段计划取得显著成就Rigeti和ColdQuant等美国也开始被英国量子究环境所吸引Teldyne2v和Hitachi已将其在英的子公司用于扩大其该领域研发基地。东芝正在英国制造QKD设备。充满活力量研究环境已经初步形成。 “欧洲地平线”计划英国是否继续参与欧盟的主要研究计划是整个社会的主要不确定因素。从欧洲研究计划获得的资金份额而言，英国在量子领域的研究做得很好。更重要的是，它已经很好地受益于当前建立的研究关系网络。 英国的NQTP计划早于欧洲量子技术旗舰计划，但是，随着旗舰计划的实施，欧洲大陆所扮演的核心角色作用日益凸显，并且从量子技术旗舰项目上的交叉合作模式的成功案例中说明这是双赢的局面。 英国政府一直宣布要参加“欧洲地平线”计划，欧盟领导者也在推进英国与该计划的合作。不幸的是，欧盟和英国之间就脱欧协议达成的贸易谈判使英国参与该计划产生不确定性。继续在全球各地建立牢固的研究合作关系。20年量子技术展示会主题演讲是宣布加拿大、联合融资。尽管数额不大，但是作为旨在支持商业化的计划的一部分，这是值得注意FactBsedInsight认为，英国正不断为量子融资寻找渠道。 在首相鲍里斯约翰逊的政策中值得注意的一点是计划大幅增加公共研发支出，并建立一个新的机构，用来进行高风险、高回报的研究，即英国的ARPA计划。但是，鉴于它与英国研究与创新机构(UKRI)的关系，关于如何实施这一计划仍在考虑中。UKRI本身是一个相对创 新的部门，它汇集了包括EPSRC和InovateUK在内的英国主要研究资助组织，这两个组织是英国NQTP的主要资助来源。 包括DominicCumings（现任首相顾问）在内的英国ARPA核心支持者都希望将其视为一个新的独立机构。乔约翰逊（前科学部长、首相的弟）和马克沃尔波特（英国NQTP联合创始人）都认为UKRI是“孵化ARPA”的理想基地。UKRI的核心研究预算将在未来三年中 以每年4亿英镑的额度增加。另外，高风险、高回报基金的首笔500万英镑资金在2021-202年用于UKRI，基金中的8亿英镑将在2024-2025年拨款。这些资金大多会用于量子领域的研究中。 二、北美 1.加拿大 第10页 加拿大在现代量子科学方面有着杰出的贡献。尤其是在1984年GilesBrasrd（蒙特利尔大学）提出了著名的B84密码协议20年，加拿大首创的量子计算研究所IQC）在滑铁卢成立。20-18年，量子科学和技术投资超过10亿加元。2017年，加拿大国家研究委员会(NRC)发起了一个名为QuantmCand划对于加拿大来说总部位于或与加拿大有紧密联系的知量子公司的数量众多例如D-Wave、Xandu、1QBituantmBenchark、evolutinQ、Zapt和ISAR。其中，创意破坏实验室(CDL)一直是量子行业初创企的标杆。到20年，加拿大产通过成立新产业联盟，来巩固这一地位20年温哥华的 数字技术超级集群也宣布共同投资金达1.53亿加元。2.美国在量子科学方面的投资历史悠久。20年是美国家量子倡议(NQI)计划的第二年，并且随着该计划真正成形，人们也看到了量子科技发展的亮点。将在2019-23支出13亿美元，大私金已入其中在国家科学基会设立三个新的飞跃研究所这些以学术为主导的研究所将持不同领域的研究。 Q-SEnSE纠缠科学与工程的量子系统（由科罗拉大学博尔德分校领导）。采用量子传感技术在精密测量中广泛应用。 HQAN混合量子架构和网络（由伊利诺伊大学香槟分校牵头）将开发用于离子阱、中性原子和超导量子比特系统的多节点试验台，以及分布式量子计算软件堆栈。还致力于下一代容错量子比特，同时与芝加哥量子交易所合作密切。 PFQC当前和未来的量子计算（由加州大学伯克利分校领导）。设计大规模量子计算机，为当前和未来的量子计算平台开发有效算法，并验证量子计算机能超越经典计算机。美国能源部拥有一个由17国家实验室组成的独特网络，在美国研究域具有独特的能力已经建立了五量子信息科学(QIS)研究中心。 Q-NEXT下一代量子科学与工程（阿贡国家实验室）。将专注于长距离量子网络，量子使能的传感以及处理和测试。它将建立两个用于材料和器件制造的国家量子铸造厂。著名的合作伙伴包括英特尔、IBM、微软和ColdQuanta。 C2QA量子优势协同设计中心（布鲁克海文国家实验室）。旨在克服早期NISQ设备的局限性，以实现高能、核、化学和凝聚态物理科学应用中的量子优势。五年目标是在软件优化，基础材料和设备特性以及量子误差校正等各个方面改进10倍。著名的合作伙伴包括IBM。 SQMS超导量子材料和系统中心（费米国家加速器实验室）。通过了解引起退相干的物理过程，专注于创建更好的超导量子比特。旨在利用下一代超导量子比特技术构建量子计算机。 第1页 著名的合作伙伴包括Rigeti。QSA量子系统加速器（劳伦斯伯克利国家实验室）。旨在共同设计在科学应用中提供 认证的量子优势所需的算法、设备和工程解决方案。重点技术包括中性原子、离子阱和超导量子比特。桑迪亚国家实验室是主要合作伙伴。 QSC量子科学中心（橡树岭国家实验室）。发现、设计和演示拓扑量子材料，利用拓扑系统的算法以及用于测量异常微弱信号的新量子系统。微软是五个核心成员之一。其他合作伙伴包括IBM和ColdQuanta。同时，每个研究机构还强调它们在培训和劳动力发展中扮演的角色。此外，国家Q-12教育合作计划旨在改进所有教育中心的量子学习课程。 国家标准与技术研究院(NIST)是美国计划的另一个关键部分。NIST处在许多高性能量子技术（特别是在离子阱和量子时钟中）研究的最前沿，其中的一项关键活动一直在支持QED-C的创建。 QED-C作为利益相关者的联盟，其使命是促进和发展量子产业及相关的供应链。由SRIInternational管理的财团得到政府以及来自各行业、大学和国家实验室的160多成员的支持。 QED-C汇集了来自量子生态系统各个方面的专家，以识别并帮助填补技术、行业标准以及员工队伍方面的空缺。QED-C将继续找出技术差距，并与政府和行业合作伙伴这些差距。CeliaMerzbacher（副主任）强调“QED-C成员期望将全球网络为量子供应链，我们将在201年提供非美国会员制合作机”。同时也希QED-C重点放在建立多样化的人才培养上（包括来自少数族裔服务构的人才）白宫的家量子协调办公室（NQCO和国家量子计划咨询委员会（NQIAC）是美国量子协作业研究总机，以促使来自大型技术，实验室和量子领域先科学家的共同 。AFRL备受推崇的空军研究实验室一直是美国量子领域的先驱。它拥有跨时序、传感、 通信和计算（算法）的大型联合程序。DARPA该研究机构及其前身ARPA使它在量子领域具有一定的地位。过去的研究成果对 量子技术的早期发展产生了影响，特别是用于原子钟的CSAC（201-9），用于量子感测的QuASAR（2010-18），用于量子计算和通信（包括世界上第一个QKD网络的演示）的QuIST（201-5）。当前值得注意的成果包括用于创建NISQ量子计算机的ONISQ和用于开发具有 独特拓扑特性材料的TE，这些材料可用作拓扑量子比特以及其他潜在应用。著名的研究合作伙伴包括Rigeti和ColdQuanta。 IARPA受ARPA的启发，该机构制定了许多有影响力的量子计划，包括CSQ（209-14） 第12页 超导量子比特技术；MQCO（2010-15）扩展挑战；关键算法的QCS（2010-13）资源基准。目前的计划包括有关逻辑量子比特开发的LogiQ（2015+）等。该早期战略方向是强调网络价值。在美国能源部启动量子战略之后，美国防部根据美国能源部的17个国家实验室初始骨干网络，提出了互联网的蓝图。为了实现这些目标，20年会提交了两项相关法案但这些法案没有获得通过 量子网络基础设施法案（QuantumNetworkInfrastructureAct）：加速为美国量子网络提供基础的研发，五年内计划投入5亿美元。量子科学和技术用户扩展法案（QUEST）：支持对量子计算资源的研究访问，五年内计划投入3.4亿美元。美国已领域做出了下一步新一代超导比特是一个重点研究领域，紧随其后是离阱和中性原子平台的研究。对于算法、软件平台和量子感测也应给予关注。许多新研究中心也强调了对学科应用重视过去经验告诉我们，科学用程序所开创的先进技术随后会应用到更广泛的领域。但是，这确实代表了工业合作伙伴（正如在英国计划 的第一阶段看）潜在威胁某些情况下些在项目重点方面会与学术者有所不同。NQI程序已完全启动并运行。鉴于它坚实的基础，我们可以期望未来的几年中，取得令人振奋的成果现在的疑问，美国计划现将在多大程度上依赖与国际伙伴的合作。 三、中国“五年规划”（尤其是自206年以来，包括量子科学）一直推动着科学和技术领域的发展。央和省级资金已经投入超15亿美元中国技术大已经成为世界上主要量子研究中心迄今为止，中国拥有全球最大的已部署QKD网络，并在先进空间子通信术方面继续保持世界领先地位。“墨子号”卫星和九章处理器是该计划功标志。 206-2020年，中国计划支出的10亿美元来自中央，5亿美元来自地方。据官方媒体报道，到202年，该投资将达到近150亿美元（100亿元人民币）。正在建立量子信息科学家实验室NLQIS）的网络 NLQIS合肥：将成为世界上最大的量子研究机构以及该计划的总部。将重点关注光子、金刚石NV色心和硅自旋量子比特技术以及量子通信和量子感测。 NLQIS北京：该分支将专注于理论、离子阱和拓扑量子比特。NLQIS上海：该分支将专注于超导量子比特和超冷原子以及自由空间量子通信。 第13页 中国的家量子网络将继续发展，以使其更安全，快速更广泛。纵向骨干网：最初的200公里京沪线正在扩展，目前正在建设50公里的延长线。 横向骨干网：合肥和武汉之间已经完成了70公里的横向骨干网建设，另外360公里正在建设中，拟建20公里。 卫星：用于开发启用QKD的纳米微卫星群的高级程序。阿里巴、百度腾讯和华为都在量子技术上进行了量子投资国盾量子和本源是著名的创业公司。 “十四五规划”详细介绍了该计划，计划将于2021年正式通过。一个关键概念是“双循环”，包括减少对外国高科技的依赖，同时增加对外国投资的开放度。同时，创新也是一个关键主题（提案草案中提到了47次）。量子技术将成为领域重点之一在草案发布前夕习近平主席借此机会亲自强调了发展科学和的要性和紧迫同时，中国AI和航空计划的持续发展也互为补充，也着重规划了量子技到2035年的路线图。 中国标准2035的目标之一是在确立领先技术的通用规范方面建立中国领导地位。 四、来自世界各地的量子科技发展 1.澳大利亚的量子研究部门非常活跃，特别是EQUS和CQ2T，并形成了多元化的量子创业公司，其中包括新南威尔士大学(UNSW)衍生公司-RL以及QuintesceLabs。在主要国家，澳利亚几乎没有单独的量子战略计划。然而20年，澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)制定了发展澳大利亚技术产业的战略并成立了利亚量子技术论坛（AusQantech）以促进该行业 2.日本2018年，政府于2018年推出Q-LEAP(QuantmLeap)计划，其中日本科学技术振兴机构(JST)第2期战略性创新进计划（SI2）与量子传感、软件量子密码有着紧的联系。20初日本量子技术和战略初步完成，优先研究领域包括模拟与计算、通信和传感。日本在2018年启动了新的项目，包括超导量子比特NISQ计算机和NISQ软件程序。 第14页 “Monsht”研发投资计划预将投入约150亿至20日元，希望在205年之前制造出容错通用量子算机。 3.俄罗斯量子中心（RQC）成立于201年。俄罗斯的量子研究得到了当地政府和工业实体的支持。到20年，已形三个单独的量子研究路线图，每个路线图都针对不同量子领域基础有趣的是每支柱都由一家大型国有公司领导：俄罗斯国家原能公司负责计算和模拟；俄罗斯铁路局负责通信；家技术集团负责传感计。 4.新加坡207年，政府帮助建立了CQT（量子技术中心）。20年，它启动了一个新的为期5的量子工程计划，其中uantmSG的创建是该计划的重点 五、全球学术合作美国新政府将重塑美国的对外关系，但是大多数人认为中美关系将保持紧张。拜登仍可能将中视为日益加剧全球技术竞争手。由于担忧被赶超，导致NQI支持开始动摇在欧洲，盟的量子计划和德国的大规模量子新战略将以确保量子主权作为要目标中国重视“双循环”战略，强调技术自给自足。技术日趋商业化也日益吸引领先的研究人员从事该领域工作最终将导致公开分享研究成果的机会落空。 尽管如此，我们仍在努力使全球科学话语开放性。20年最受学术关注的会议是IOP和中国物理学联合组织Quantm20这体现了来自所有量子领域和所有主要量子研究家的尖端贡献。 中国物理学会长张杰呼吁量子的国际科学合作与交流。欧盟量子社区网络主席TomasoCalarco在一个有关国际量子技术计划的小组发言中，呼吁采取一系列应对措施，以帮助量子社区保持其包容性。彼得奈特爵士（英国NQTP的创始人）利用专家小组推进了世界范 围内学术团体的“量子联盟”的构想，并在可能的情况下对基础科学问题保持开放性态度。这样的想法很可能会受到世界各地学者的广泛欢迎。 六、量子投资的时机政府提供慷慨计划支持原因之一是担心仅靠自身的力量，可能不足以看到量子革命。 一方面，2020年是量子技术领域投资创纪录的一年，InterferenceAdvisors的报告显示10.4亿美元（至1月中），其中一半是来自PsiQ和XTalPi这两笔交易。另一方面，一些 第15页 知名的量子硬件厂商也已在2020年进行了缩减。从对比可看出，量子密码技术在西方吸引力不强，而中国盾量子的IPO创下了首日涨幅纪录。确定性是存但是，可以采取一些策略平衡这种不确定性带来的风险。量子硬件、软件、通信和传感过许多常见技术链接在起但无论是在宣传程度还是获取收益的时间线来讲，它们在商业上都不同步的。迄今为止，我们认为Quantoatin公司信息代的最佳投资组合策略者 目前，许多大投资者都对保持自己的立场，而风险基金谨慎地选择了少数项目来支持。COVID-19带来的破坏是非常真实的。目前，从许多公司或政府计划中获得资金支持对许多人来说是最简单的方法。在Q2B大会上，JohnPreskil（加州理工学院）也评论了人对未来几年的担忧：“量子计算寒冬可能出现这也是一个严重的问题。”同样无论科学家否有所突破，都会有无数人在填补量子理空白。在201，会有很多非常聪明的人努力做到点量子投资者必须时刻做好准备 七、2021展望中国的“十四五”规划墨子号和九章的成功是建党10周年的一份巨大献礼。未来五年在量子人工智能天基技术领域投资细节即将浮出水面。该规划将于2013月获得全大正式批准。欧洲的投资越来多的欧洲国家有自己的重要计划未来7-8年，整个欧洲的投资能否超过80-9亿欧元？ 地平线计划地平线际参与将如何发展？（编者：我们现在知道英国会参加；加拿大或日本是否也会加入）量子技术旗舰随着201-27年欧盟最终预算协议尘埃落定，期待下一波欧洲量子项目的投融资消息。欧洲财团QuIC是量子技术旗舰计划中的一个核心财团；EQIC是在光电行业协会EPIC支持下成立的一个财团。这些能帮助他们成员一起做什么？注意加拿大、澳大利亚和新加坡会有类似 欧洲核子研究组织（CERN）、国际热核聚变实验堆（ITER）计划或空中客车（AIRBUS）已经推出了许多用于大规模科学、研究或商业合作的模式。请留意关于哪种模式最适合量技术的重创新争论。英国注意通过产业战略挑基金(ISCF)以及其他高风险、回报计划资助的更多量子项目。能否调动伙伴关系和资源来保持在量子方面的竞争地位？ 第16页 日本预计量子技术将在201年初批准的日本第六个科学和技术基本计划（201-6）中发挥重要作用。俄罗斯关注俄罗斯原能公司(Rosatm)、俄罗斯铁路公司俄罗斯国家技术集团(Rostec)主导的路线图细节美国有了三个新的国家科学基金会研究所和五个新的美能源部研究中心，请注意这些发起量子部门将掀起一场风暴。该计划能否证明它不仅是各门的简单相加？会关注用户扩展(QUEST)法案量子网络基础设施法案进展。NQI 延伸法案在新届国会中被重新引入并通过吗？ 第17页 第三章：2021量子硬件展望中国的量子优势论证登上了头条新闻，但尚未在计算竞赛中占据领导地位。先的硬件团队已经为未来马拉松确定发展路线而纠错已成为故事的关键部分扩大规模挑战仍然突出。越多的量子专业公司、初创和研究机构开始打造范围越来广量子硬件。从早期NISQ（含有噪音中型量子）设备到全规模的FTQC（容错计算）设备20年，中国潘建伟团队再次吸引了新闻头条关注，他宣布量子优势论证声称将超过谷歌 Sycamore在2019年实现的优势论证。就在那时数学上关于到底有多难的争论也随之而来。九章实验可能因完成了最复杂计算而获得第一名，但头条背后，这个新里程碑重要呢？IBM以指出大的云项目和高级用法的拐点。离子阱玩家（霍尼韦尔、IonQ）争相在量子体积上处于领先地位，但在量子比特数上仍然落我们把一切都放在个背景下，看硬件域发生了什么。 一、超导量子比特为重大突破做好了准备 1.谷歌过渡的一年今年硬件行业首个重大新闻是JohnMartins离开谷歌，原因是与其领导层HartmutNevn的关系紧张。在谷歌量子夏季研讨会上，Nev再次强调了计划的连续性，并概述了他们计划209年前建立一拥有10万个物理超导量子比特“小型”FTQC里程碑。即使离任时，Martins也直在强调谷歌程序和硬件方面领先优势。然而还是会有挑战。谷歌首选的可调谐量子比特和快速逻辑门提供了极大的灵活性和能，但Sycamore53Q设备校准显然是一个挑战。有了额外的控制，就需要在芯片上外路由额的控制线缩放比例会自动增加布线的元数量与总体故障率之间关系值得注意， 在20年报告大部分工作都使用Sycamore23Q配置因为自动校准最初无法在较大的置中提供可接受2Q门性能谷歌将材料研究作提高量子比特相干时间一种方法。尽管前景很好，但这需要科学进步，而不仅是工程上的进步。 谷歌路线图从现在到2029年：102Q（逻辑量子比特原型）、103Q（一个逻辑量子比特）、104Q（可平铺逻辑模块）、105Q（工程扩大）、106Q（纠错量子计算机）。通过表面代码协议进行错误纠正。 第18页 Nevn引用肯尼迪在阿波罗计划中的话：“我们可以在十年内做到这一点”。谷歌的近期目标是证明物理量子比特错误可以通过使用增大尺寸（码距）的原型逻辑量子比特系统地减少有效地实践中证明表面编码协议进行纠错，而不仅是理论中Nevn还特别强调创建约10,个物理量子比特可平铺模块。他认为这些传计算机设计核心的逻辑门真正等价。重要的是，它们代表了“物风险在降低”，投资者仅需担传统工程挑战谷歌愿望在205/26年左右达到一目标 2.IBM蓝色巨人I很早就开始为其路线图打下基础。IBM是推动教育更广泛的社区先行者，重要的不仅是量子比特数，还有量子比特连接、门集和可实现电路深度（一个与门保真度紧密相关的指标）。基于这些属性IBM引入衡量子计算机性能指标量子体积（QV）。自2017年以来IBM已经交付了28款性能在稳步提高的系列设备。每年QV翻番的既定目，他们在过去一年中成功做到两次。他们27Q处理器达到了128水平，我们可期待最近发布的65Q处理器会适当时候超越203，IBM目标是生产代号为Condr12，将其容纳一个新稀释“级冰箱”中Goldeny冰 箱前处于原型阶段旨在多个芯片IBM路线图2021年127Q（Eagle）、202年43Q（Osprey）、2023年121Q（Condor）， 从而形成10万量子比特的大规模系统。通过颜色代码协议进行纠错。 第19页 IBM显然专注于大规模的FTQC。ondr最初的设计采用了与最近其他芯片相同的六边形的布局。这种低连通性设计是为了使具有固定频率量子比特的更易于制造，时旨在使用颜色代码而非表面代码来进行纠错。以确保们路线图在203年比其他公司更清晰此外，IBM超级冰箱终能够堆叠多个芯片，从而提供“数百万个”内部连接量子比特在评估IBM能否实现目标时很难不被它的过往记录所打动。IBM还将大幅减少2Q门错误。尽管他们最近几代的处理器在该关键参数上均表现出稳定的改进，但是他们的计划现在似乎承认需要对2Q门设计进行更重大修改 在保留固定频率量子比特以利用其允许的长相干时间同IBM一直在尝试每个门使用额外的可调谐振耦合器和旁路电容耦合器。这保证了2Q门的速度更快(误差也更低)，但是由于相比与其先前技术设计发生重大变化，到目前为止，只有简单2Q实验设备中才能实现。为了应对日益增长的布线挑战IBM开了基于三层超导布线的下一代芯片布局。看到这些技术如何顺利地结合在一起，将是路线图的关键测试。在IQT欧洲峰会上LievnVadersypn（QuTech科学总监）指出，尽管很多人都希望更快地发展，但量子体积逐年翻倍仍然一个挑战。我们需要回想一下仅增加量子比特是做 不到这一点的。同步操作中的2Q门保真度是目前的限制因素。JayGmbeta（IBM