全球量子竞赛再加速:百亿美元市场背后,角力量子霸权 | 年度行业研究

李子月Zoe · 2020-11-11
摩尔定律濒临上限,量子计算成为重要突破方式

编者按:

阔别波澜壮阔的2020年,我们即将迎来充满希望与未知的激荡新十年。科技与资本的双重推动,是这个十年的时代主旋律,也很可能成为下个十年的创新主推力。因此,临近2020年年底,我们推出了“年度行业研究”这个系列,选择了当下最受关注的领域进行系统梳理。这些行业,或正在改写当下新经济格局,或有可能重塑未来商业甚至国际格局,或是36氪读者感兴趣,或是正产生巨大的社会影响。我们也希望用这样的方式,和我氪的读者一起“无限拓展边界”,一起“更先看到未来”。

本文是这个系列的一篇。我们选取了量子计算这个行业。2020年量子计算不断实现技术突破,习近平总书记10月16日在中央政治局集体学习中的讲话,也让量子计算被更多人关注。 事实上,2020年全球量子计算的重要玩家也都在不断实现技术突破。未来,这既是突破摩尔定律的关键,也很可能是影响国际格局的重要变量。


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作者:李子月

编辑:石亚琼(syq@36kr.com)

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2020年量子计算不断实现技术突破,习近平总书记10月16日在中央政治局集体学习中的讲话,也让量子计算被更多人关注。 

事实上,2020年全球量子计算的重要玩家也都在不断实现技术突破。未来,这既是突破摩尔定律的关键,也很可能是影响国际格局的重要变量。

本文将从以下几个方面对量子计算行业进行梳理:量子计算发展史、技术原理和科研难点、主要技术路径、应用方向、中外发展程度对比、中外同赛道玩家盘点等

一、量子计算是突破摩尔定律的必然

依据摩尔定律,每隔18个月集成电路上可容纳的元器件数目约增加一倍, 计算机的计算性能也增加一倍。目前集成电路制造工艺处于14nm和10nm技术代量产阶段,更小尺寸的技术代7nm和5nm处于研发阶段,即将达到控制电子的物理极限。因为当单个晶体管缩小到只能容纳一个或几个电子,就会出现单电子晶体管,量子隧穿效应将影响电子元件正常工作。

在经典计算机里储存信息的单位是二进制的比特(Bit),即一个比特表示的是“0“或”1“。量子计算机里储存信息的单位是量子比特(Qubit),量子比特除表示“0“和”1“外,还可以表示“0”和“1”多种组合。这使得量子计算机的算力远远超过经典计算机(我们所熟知的“量子霸权”指的便是量子计算装置在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力)。因此欲突破摩尔定律瓶颈,量子计算是很有前景的选择。

二、量子计算发展史

从1981年费曼提出量子计算机概念,量子计算开始进入理论研究阶段。但之后更多的里程碑式的进展大都在量子算法方向。Detusch-Jozsa 算法首次明确展示了量子计算的优势,但是该算法的科学性大于实用性。后来人们提出的具有实用性的算法主要分为 2 类,分别是质因数 分解类算法和无序搜索类算法,分别以Shor算法和Grover算法为代表。1994 年 Shor 提出了大数分解量子算法, 指数加快了大数分解, 1996 年Grover 提出了量子搜索算法, 平方根地加速了无序数据库的搜索。1998年,IBM、牛津、伯克利、斯坦福和麻省理工学院的研究人员制作了一个2比特的计算系统。

从2007年D-wave实现历史上第一台商用量子计算机后,量子计算进入商业爆发期。2017年IBM宣布成功研制50比特处理器原型,“量子霸权”进入争夺关键期。2018年Intel和Google相继达到49比特和50比特。2019年Google利用53量子比特量子计算机3分钟完成全球最强大超算Summit花一万年的计算实验,并宣布Google已实现“量子霸权”。2020年下半年,量子计算巨头争相发布最新科研成果和产品,其中包括Honeywell发布10比特QV128离子阱量子计算机和IonQ发布32比特400万离子阱量子计算机。

(量子计算大事件 图片来源:36氪根据公开信息整理)

三、量子计算原理和难点

在经典计算机里储存信息的单位是二进制的比特(Bit),即一个比特表示的是“0“或”1“。量子计算机里储存信息的单位是量子比特(Qubit),具有叠加(Superposition)和纠缠(Entanglement)这两个特殊的属性。

量子比特除表示“0“和”1“外,还可以表示“0”和“1”多种组合,这就是叠加。因为叠加,量子计算机可一次性的计算这个状态的所有结果。而这种状态在被观察时会坍缩成“0”或“1”其中一个确定的值。因此虽然量子计算拥有如此巨大的隐形并行计算优势,我们一次计算只能得到一个结果。因此为了充分发挥量子计算的优势,我们需要设计相应的算法,将量子计算的这种隐形并行计算优势发挥出来。

纠缠性质体现为,一个研究人员制备纠缠过的量子比特对,处于单个量子比特状态时,改变其中一个量子的状态,另一个也会瞬间改变,即便在宇宙中相距很远。这一性质使得在量子计算机中添加量子比特时,计算机算力呈指数增长。

实现量子计算机需要具备量子制备和控制能力。然而量子比特非常脆弱,与环境相互作用会导致量子行为衰减甚至最终消失,最轻微的振动或温度变化都可能削弱计算机的算力,导致计算错误,这也是量子比特实验需要在超低温或真空下进行的原因。添加更多量子比特会有一定帮助,但可能需要数千个量子比特才能保证一个高度可靠的逻辑比特,然而增加一个量子比特会使实验难度成指数级增加。

目前各个实验平台距离实用化量子计算所需要的成千上万的量子比特数有相当的距离, 量子逻辑门保真度距离容错性量子计算的阈值还有大幅提升的空间。

同时,并非所有的计算过程,量子计算都比经典计算有优势,比如普通的加减乘除运算,量子计算机相对于经典计算而言并没有本质差别。量子计算只在某些问题上有优势。

四、量子计算主要技术路径

目前量子计算有几个主要的技术路径:超导、离子阱、硅量子点、拓扑、光量子、中性原子、分子自旋、谷量子比特等。

超导量子计算是基于超导电路的量子计算方案,核心器件是超导约瑟夫森结(Josephson Junction),系统工作要求在超低温下,且可利用现有的半导体微加工工艺制作微波电子器件。超导量子电路在设计、制备和测量等方面与现有的集成电路系统相容性较高,对量子比特的能级与耦合的设计与控制非常灵活,是目前最有希望实现通用量子计算的实现方法之一。

离子阱也是相对领先的量子计算实现方法。离子阱不需要超导、半导体系统的极低温环境。同时,离子阱使用的是可见光光子,单光子之间没有相互作用使得光子之间不相互干涉,因此更适用于远距离量子通信。离子阱的缺点包括相互作用时间长、实验手段复杂、难以集成。目前的技术难点包括,如何把大量离子在小范围内囚禁起来,以及如何控制高精度高能量的激光。因此囚禁离子未来发展取决于两个重要因素,一是微波芯片制作工艺,二是激光控制。

硅量子点,即半导体量子芯片具有良好的可扩展、可集成特性,且完全基于发展相当成熟的传统半导体工艺,同样适用于量子计算。

拓扑量子计算是近十几年发展起来的一门新兴交叉学科,包括量子计算、拓扑学、拓扑量子场论、以及含拓扑序的凝聚态物理等,利用多体系统中的拓扑量子态来操控和存储量子信息,具有内在容错能力。拓扑量子计算的优点包括无需大规模纠错、抗干扰能力强、相干时间可无限延长及两比特门保真度可达100%。然而相较于超导、半导、离子阱等方向,拓扑技术发展阶段还较初始。

光量子方面,因其不满足第4条量子逻辑门的要求,单光子之间没有相互作用使得光子之间不相互干涉,这是光量子适用于远距离量子通信的原因,但也是其在量子计算中的弱点。

(量子计算主要技术路径科研进展 图片来源:36氪根据公开信息整理)

如图中所示,目前超导和离子阱方向研究公司最多,发展最快,行业领先的为Google的72量子比特超导量子计算机和IonQ的32量子比特QV400万的离子阱量子计算机。半导、拓扑和光量子方向也有一定进展。具体中外量子计算机在各个领域的研发进展,在文章后面会有详细对比。

除量子处理器外,量子软件、算法以及云平台等技术也至关重要。

量子软件尚处于起步阶段,由于量子计算的逻辑与经典计算有很大不同,需要软件编程者和应用开发者具备量子计算的思维和工程适配能力,是的量子软件开发具有挑战性。

量子算法方面,20世纪90年代中期提出的Shor算法和Grover算法是量子计算发展的里程碑,之后量子算法的后续发展缓慢。目前核心算法依然有限,只在特定问题上具有理论优势,并不能适用于所有问题。

量子云平台方面,目前量子计算机的接入途径包括使用专门搭建的量子系统和通过量子云平台。由于量子处理器对环境的要求十分苛刻,运行条件和维护成本高,目前只有极少数企业和科研机构能独立拥有。通过云服务接入量子处理器的量子计算云平台成为量子计算应用的重要手段。

五、量子计算应用方向

量子科学的发展催生了量子计算、量子通信和量子测量三大领域。

量子计算机相较于经典计算机,在算力上具有颠覆性。量子计算应用初期,消耗时间和成本巨大的行业,如生物制药、化工、能源等将占据大部分市场份额。后期凭借本身对计算的直接需求,对计算能力要求较高的科技行业,如搜索、数字安全、人工智能和机器学习等,市场份额逐渐扩大成为量子计算应用领域的主流。

量子组合优化中的量子近似优化算法(Quantum Approximate Optimization Algorithm,QAOA)和量子退火算法(Quantum Annealing Algorithm,QAA)已在制造业、商业、电信业、智慧交通与车联网等方向有实际应用。D-wave的量子退火算法世界领先。D-Wave与德国航天中心DLR合作利用量子退火机实现了飞行门的优化分配;与Recruit Communications 和早稻田大学利用量子退火处理器实现了广告展示优化;联合英国电信、伦敦大学学院和布里斯托大学图案锁电信产业中的可优化方向;大众将研发的交通管理系统部署在加拿大D-wave量子计算机上,实现快速路线规划等。

量子模拟技术可用于化学分子或神经网络建模,应用于制药、生物和新材料方向。具有极高的复杂度和随机性的金融市场也可能通过量子模拟等实现。已被美国Rigetti收购的QxBranch正在与澳大利亚联邦银行合作开发量子计算模拟器,有望用于银行的金融服务。

量子计算与人工智能的组合也令人充满期待,应用方向包括人工智能自然语言和图像处理、人工神经网络等。2020年4月,Cambridge Quantum Computing宣布在量子计算机上执行的自然语言处理测试获得成功,为全球首次成功案例。有研究表明,人脑处理信息的过程可能与量子现象有关,量子神经网络可能会比传统人工神经网络更适合模拟人脑的信息处理过程。

量子通信是利用量子力学特有的相干、纠缠现象,用量子比特作为载体进行信息传递的通讯方式。因对量子系统的任何测量都会对系统产生干扰,可有效防止第三方侵入,保护信息不被窃听。量子秘钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)技术使通信双方能够产生并分享一组随机、安全的密钥,用于加密和解密信息,但并没有传输任何实质信息。

量子测量基于微观粒子系统及其量子态的精密测量,完成被测系统物理量的执行变换和信息输出,在测量精度、灵敏度和稳定性等方面比传统测量技术有明显优势。主要包括时间基准、惯性测量、重力 测量、磁场测量和目标识别等方向,广泛应用于基础科研、空间探测、 生物医疗、惯性制导、地质勘测、灾害预防等领域。 

六、中外量子计算发展程度对比

我国科技公司相比于美国等进入量子计算领域的时间较晚,在量子处理器研制和量子计算应用方面与美国相比仍有较大差距,量子通信处于领先地位。近年来通过与科研所合作或聘请知名科学家等方式开始布局,但很多还在探索阶段,没有进入产业化,与国际先进水平相比还有很大差距

Google、IBM、Intel、Rigetti、D-wave和中国本源量子等公司主要研究方向均为超导。目前Google于2018年发布的72比特计算系统为行业领先。国内本源量子今年推出6比特的超导量子计算机“悟源”,对标IBM 2017年5比特量子计算机。预计今年年底,将上线的2比特半导体计算机“悟本“,对标Intel 2018年的水平。从当前的进度来,公司在超导技术方向于IBM的差距约为3年,在半导体技术路径上,与对标Intel 差距约为2年。

Honeywell、IonQ、MIT林肯实验室等主攻离子阱方向。目前行业领先的是IonQ今年10月推出的32比特QV400离子阱量子计算机,以及Honeywell技术指标达到10比特QV128的离子阱量子计算机H1。国内启科量子的“天算1号”的离子阱量子计算机项目预计在2-3年内完成,技术指标可达到 100个可操控量子比特以上,量子体积将达到亿级。2022年将启动离子-光子纠缠的分布式量子计算机研发。

Intel和中国本源量子等主攻超导方向的公司,也关注硅量子点即半导体方向。2020年10月 澳大利亚Silicon Quantum Computing SQC实现了硅原子双量子比特99.99%的超高保真度,打破了当前公布的谷歌Sycamore 最大99.64%双量子比特保真度的最高记录。本源量子预计今年年底上线的2比特半导体计算机“悟本“,对标Intel 2018年的水平,差距约为2年。

Microsoft量子计算机主攻方向为拓扑,近日其与哥本哈根大学合作推出制作拓扑计算机的新材料,将用于实现真正的拓扑计算机。国内目前还没有关注这一方向的量子计算公司。

量子通信方面,我国处于领先地位。量子卫星是中科院空间科学先导项目之一,由潘建伟院士带队,2011年立项,经5年研究准备,于2016年发射升空,成为全球第一颗用于进行量子科学实验的卫星。2017年墨子号成功实现两个量子纠缠光子,被分发到相距超过1200公里的距离后,仍可继续保持其量子纠缠的状态。今年6月,中科院利用墨子号实现基于纠缠的无中继千公里量子保密通信。国盾量子主要在量子通信领域发展,现为量子通信设备制造商和量子安全解决方案供应商。今年7月,国盾量子(股票代码:688027)在科创板正式上市,为中国量子通信领域首家A股上市企业。启科量子于2019年完成基于单光子的量子秘钥分发系统产品化阶段,2020年实现基于纠缠态的量子信息传输,目前正在部署产品落地。 

七、国外量子计算赛道玩家

 Google

量子处理器是现阶段量子计算技术的主要研究热点和核心瓶颈,主要研究方向包括超导(目前进展最好最快的一种固体量子计算实现方法)、离子阱(同样相对领先的实现方法)、光量子、硅量子点、中性原子、拓扑、分子自旋、谷量子比特等。常用衡量量子处理器性能的单位包括量子比特数量(Qubit,Q)和量子体积(Quantum Volume,QV)。Google在量子处理器方面的主要研究方向为超导。2018年推出72Q处理器Bristlecone,当时在量子比特数量上全球领先。2019年10月Google利用53Q量子计算机,用3分钟完成全球最强大超算Summit花一万年才能完成的计算实验,Google研究人员宣布Google已实现“量子霸权”。

在量子软件方面,Google拥有开源量子计算框架Cirq。2020年初利用TensorFlow原本在机器学习领域中的强势地位推出了量子机器学习库TensorFlow Quantum,抢占量子机器学习领域的先机。

今年8月,Google量子研究团队在量子计算机上模拟了迄今最大规模的化学反应,该研究成果将彻底的改变理论化学,从而改善各种行业,如医学、工业等。

 IBM

IBM在量子处理器方面的主要研究方向为超导。 2017年推出50Q处理器,今年8月相继推出27Q.QV64的Falcon处理器和65Q.QV32的第二版Hummingbird处理器。今年9月,IBM发布了扩展量子技术路线图,该图显示IBM将在2021年实现127Q,2022年实现433Q,2023年实现1121Q,之后量子比特数将达到百万级。

IBM开发了适用于IBM Q模拟器的全栈式量子软件,并拥有量子云平台Q Experience。

 Intel

Intel在量子处理器方面的主攻方向为超导和硅量子点。2018年初推出了49Q超导量子测试芯片,名为“Tangle Lake”;2019年与Bluefors和Afore合作推出量子低温晶圆探针测试工具,加速硅量子比特测试过程。

 Microsoft

拓扑量子比特是支撑Microsoft量子计算机的主要理念。近些年,超导、离子阱以及光量子计算都取得了瞩目的成就,但拓扑量子计算迟迟没有突破。直到今年9月,Microsoft与哥本哈根大学合作产生了制作拓扑量子计算机的新材料,是Microsoft研究拓扑量子计算机数十年来取得的重大进展。

Microsoft推出了量子编程语言Q#和与之配套的Microsoft开源量子开发工具包,并拥有量子计算云平台Azure Quantum。

 Amazon

在2019年底,亚马逊宣布提供量子计算云服务,正式入局量子领域。并于今年8月中旬,宣布其Braket量子计算云平台全面上市,用户通过 Braket可访问D-Wave、IonQ、Rigetti的后端硬件系统。除了运行量子算法,客户还可以使用Braket来设计运行混合算法。

 Honeywell

Honeywell在量子处理器方面主要研究离子阱技术。继今年6月发布QV64基于离子阱技术的量子计算机后,10月又突破了QV128。

Rigetti

Rigetti成立于2013年,是美国一家基于超导技术的量子计算初创公司。2019年12月,Rigetti 发布了一款32Q的量子计算机。

Quantum云服务(QCS)是Rigetti的量子第一云计算平台,其产品Forest是世界上第一个用于量子或经典计算的全栈编程和执行环境。

2019年Rigetti收购了量子计算和数据分析软件初创公司QxBranch。

今年8月,Rigetti完成了7900万美元C轮融资。截止目前为止,Rigetti共进行了9轮融资,总融资金额达2.69亿美金,投资方数达38位,包含贝瑟默风险投资公司(Bessemer Venture Partners)、富兰克林邓普顿(Franklin Templeton)等多个知名国际投资组织。

 IonQ

IonQ成立于2016年,是美国一家基于离子阱技术的量子计算初创公司。今年10月,IonQ宣布推出目前世界上最先进的QV400万量子计算机。

2019年10月,IonQ在由三星孵化基金(Samsung Catalyst Fund)和Mubadala资本(Mubadala Capital)领投,Google Venture、Amazon等跟投的新一轮融资中,获得5500万美元。这一轮融资使其融资总额达到7700万美元。

 QC Ware

QC Ware成立于2014年,是美国一家量子云计算平台开发公司。QC Ware拥有量子云平台Forge,合作公司包括Google和IBM。

2018年10月,QC Ware获A轮融资650万美元,由Citi和Goldman Sachs领投。迄今为止融资总额达1470万美元。

 Cambridge Quantum Computing(CQC)

Cambridge Quantum Computing(CQC)成立于2014年,是英国一家量子计算软件初创公司。

今年4月,CQC宣布在量子计算机上执行的自然语言处理测试获得成功,为全球首次成功案例。5月,由总部位于剑桥的量子计算软件开发商Riverlane 牵头的财团从英国政府获得760万英镑(约合6900万RMB)的拨款,用于部署高度创新的量子操作系统Deltaflow.OS。3个月后,CQC研发的首款量子计算机通用系统Deltaflow.OS诞生。8月,据CQC首席执行官称,CQC与IBM合作开发出世界上第一个量子计算应用。

截止今日,CQC融资总额达到5000万美元,投资方包括Honeywell Venture Capital等。

 D-Wave

D-Wave成立于1999年,总部位于加拿大。

量子退火机是一种擅长解决优化问题的量子计算机,D-wave的量子退火计算机处理能力在2018年已达到2000Q,并解决了制造业、商业、电信业、智慧交通与车联网等多类应用问题,如与BMW合作在制造工厂中实现机器人运动的优化、与德国航天中心DLR合作实现了飞行门的优化分配、与Recruit Communications 和早稻田大学合作实现了广告展示优化等。2019年,D-Wave发布5000Q量子退火计算机”Avantage”。今年10月,D-Wave宣布世界上第一台商业专用量子计算机正式上市。

今年2月,D-wave推出第二代混合量子计算云平台 Leap 2。

截止今日,D-Wave已获融资2.1亿美元。

今年10月,加拿大成立了一个由24家量子科技公司组成的量子工业部(Quantum Industry Canada,QIC),成员包括量子计算行业的先行者D-Wave Systems,软件开发商1Qbit,光量子计算机制造商Xanadu Quantum Technologies,软件制造商zapata computing,量子安全产品解决方案提供商ISARA等。

Silicon Quantum Computing (SQC)

Silicon Quantum Computing (SQC)成立于2017年,是澳大利亚一家量子计算初创公司。

SQC在量子处理器方面主攻硅量子方向,今年10月实现了硅原子双量子比特99.99%的超高保真度,打破了当前公布的谷歌Sycamore 最大99.64%双量子比特保真度的最高记录。

今年10月,谷歌前量子计算负责人John Martinis正式加入SQC。Martinis在2014年成立了谷歌的量子硬件小组,并带领该小组应用低温超导技术于2019年取得“量子霸权”。

2019年12月 Silex Systems 启动硅浓缩项目,以商业化生产其高纯度“零自旋硅”。SQC与Silex签署产品承购协议,SQC将每三年支付30万美元,作为以后购买该材料的预付款。同时,SQC签署认购协议,将以90万美元全额认购 Silex 的普通股。

迄今为止,SQC融资总额达到6600万美元。

八、国内量子计算赛道玩家

阿里巴巴

阿里是国内量子研究起步最早的企业,2015年就开始布局量子计算,与中科院联合成立实验室。

在 2017 年 3月的深圳云栖大会上,阿里云公布了全球首个云上量子加密通讯案例。5月,由中科大、中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室、浙江大学、中科院物理所等协同完成参与研发的,世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生。9月,阿里巴巴创立前沿与基础科学研究机构达摩院,量子计算为核心研究方向之一,量子实验室负责人为前密歇根大学教授施尧耘。同年,阿里与中科院联合打造的量子云平台上线。

2018年初,匈牙利裔计算机科学家马里奥塞格德(MarioSzegedy)入职阿里巴巴达摩院。同年,实验室研制的量子电路模拟器“太章”在全球率先成功模拟了81比特40层的作为基准的谷歌随机量子电路。

2019年9月,实验室完成了第一个可控的量子比特的研发工作。

今年3月,阿里巴巴达摩院开启南湖项目,总投资约200亿元,主要研究方向包括量子计算。6月,阿里创新研究计划AIR首次将量子计划列入其中。

 腾讯

腾讯于2017年开始布局量子科学,牛津大学量子计算博士葛凌以腾讯欧洲首席代表的身份加入腾讯。

2018年,香港中文大学著名量子理论计算机科学家张胜誉教授加入腾讯,并成立腾讯量子实验室。同年,腾讯提出“ABC2.0”计划(AI,RoBotics,Quantum Computing)。

腾讯正在量子AI、药物研发和科学计算平台(SimHub)等应用领域开展相关研究。

 百度

2018年3月,百度成立量子研究所,悉尼科技大学量子软件和信息中心创办主任段润尧教授出任所长。研究所重点进行量子算法、量子 AI 应用以及量子架构这三个方向的研发,开发量子计算平台并通过灵活高效的量子硬件接口与不同量子硬件系统进行对接,最终以云计算的方式输出量子计算的能力。

2019开发者大会上,百度发布了高性能的量子脉冲计算系统“量脉”。

今年5月,百度发布了国内首个量子机器学习开发工具“量桨(Paddle Quantum)。9月,百度发布了全新升级的百度大脑6.0,除了众多技术之外,还包括国内首个云原生量子计算平台“量易伏”,实现了量子计算和云计算的深度融合。

 华为

翁文康在 2018 年宣布加入华为数据中心技术实验室,实验室主要研究方向包括量子计算物理与操控、量子软件,量子算法与应用等。同年,华为首次公布量子计算模拟器 HiQ 1.0 云服务平台。

2019年,HiQ升级至2.0,单台昆仑量子计算模拟一体机可实现全振幅模拟 40 量子比特、单振福模拟最大 144 量子比特(22 层)的性能表现。

今年9月, HiQ 升级至3.0。

鸿海集团

富士康母公司于今年3月创办鸿海研究院,邀请台湾大学物理特聘教授张庆瑞担任量子计算机项目的负责人,开启量子计算布局。 

台积电

台湾半导体制造公司(台积电)是一些科技行业顶级硬件生产商,2018年计划与台湾科技部(MOST)合作创建基于IBMQ云量子计算平台。

 国盾量子

国盾量子创办于2009年,发源于中国科学技术大学,由中科大常务副校长潘建伟牵头。国盾量子主要在量子通信领域发展,现为量子通信设备制造商和量子安全解决方案供应商。今年7月,国盾量子(股票代码:688027)在科创板正式上市,为中国量子通信领域首家A股上市企业。

本源量子

本源量子成立于2017年,依托于中科院量子信息重点实验室,由两位量子计算行业领军人物郭光灿院士、郭国平教授引领。创立目标是全栈量子计算开发,直接对标国外量子计算公司IBM、Rigetti等,主营业务涵盖量子芯片、量子测控、量子软件、量子云以及未来的量子应用。

量子芯片方面,本源开发出第一代半导体2比特量子处理器玄微 XW B2-100、第一代超导6比特夸父量子处理器KF C6-130。量子测控领域,本源成功研发了首款国产量子计算机控制系统——第一代量子测控一体机OriginQ Quantum AIO。量子软件方面,本源开发了国内第一套量子语言标准QRunes,研制了国内首款量子编程架构QPanda(量子语言与编译器的复合架构),国内首款量子计算应用框架pyQPanda,及国内首个量子程序开发插件Qurator-VSCode。量子云领域,本源已开发出基于32位量子虚拟机的量子计算免费体验平台。2020年9月上线的本源超导量子计算云平台,后端连接的是基于真实物理系统的的6比特的超导量子芯片“夸父”。由该6比特量子芯片组装而成的量子计算机,被命名为“悟源”(尚未发布的另一台基于半导体工艺的量子计算机被命名为“悟本”)。

近日,在知识产权产业媒体IPRdaily与incoPat创新指数研究中心发布的全球量子计算技术发明专利排行榜中,本源量子以77项专利排名第7,前6位为IBM、D-Wave、Google、Microsoft、Northrop Grumman、Intel。

 国仪量子

国仪量子起源于中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室,由杜江峰院士带队。国仪量子以量子精密测量为核心技术,提供高端仪器装备和服务。

2019年4月,国仪量子推出了金刚石量子计算教学机,主要用于量子计算实验教学,其设计量子比特数为2量子比特,可在常温下工作。

启科量子

启科量子的核心人员在2003年就领导开发了全球第一套商业化量子通信系统Navajo,并连续开发了共四代商业化量子通信系统。目前公司在运营国内市场的同时,还在积极拓展海外市场。量子计算方面,启科量子于2015年主导研发了全球第一套量子计算测控系统。并预计在2到3年内完成“天算1号”离子阱可扩展分布式量子计算机,可达100可操控量子比特。

 问天量子

今年9月,问天量子发布了量子教育云平台,主要面向对量子感兴趣的大众,提供量子学习的生态社区,以及相关解决方案,并提供虚拟仿真软件Qsim和Qlab的云平台。

 量旋科技

今年10月,量旋科技发布了最新一代通用量子云平台“金牛座”,平台已接入1台2量子比特和1台4量子比特核磁共振量子计算机。接入的核磁共振量子计算机被命名为“双子座“,非常小巧并可在常温下运行。

中科院

2017年,阿里巴巴与中科院合作推出量子计算云平台。

2019年12月,中科院发布了中国首个量子程序设计平台isQ。

量子卫星是中科院空间科学先导项目之一,由潘建伟院士带队,2011年立项,经5年研究准备,于2016年发射升空,成为全球第一颗用于进行量子科学实验的卫星。2017年墨子号成功实现两个量子纠缠光子,被分发到相距超过1200公里的距离后,仍可继续保持其量子纠缠的状态。今年6月,中科院利用墨子号实现基于纠缠的无中继千公里量子保密通信。

 中科大

2017年,中科大郭光灿院士团队李传锋、项国勇研究组与复旦大学、北京理工大学、南京邮电大学合作实现国际最高效量子态层析测量,并发表于国际权威期刊《自然·通讯》上。同年,中科大潘建伟团队在光量子处理器上成功实现拓扑数据分析。

2019年,中科大研制出24个超导量子比特处理器。

今年3月,本源量子与中科大合作在纳米谐振子的声子模式相干操控方面取得重要进展。

 清华大学

2011年,姚期智创建清华大学量子信息中心(CQI)。

2017年,清华大学交叉信息研究院量子信息中心副教授金奇奂带领离子阱量子计算研究组实现了拥有超过10分钟相干时间的单量子比特储存,成果已在《自然—光子学》上发表。同年,清华大学发布国际首个核磁共振量子计算云平台。

2018年4月,清华大学交叉信息研究院段路明教授研究组在《科学》期刊子刊《科学·发展》上发表了题为“25个可独立操控的量子接口之间纠缠的实验实现”的研究论文。同年,丘成桐数学科学中心助理教授金龙与Semyon Dyatlov教授合作论文《双曲曲面上半经典测度具有全支集》(Semiclassical measures on hyperbolic surfaces have full support)在国际顶尖数学期刊《Acta Mathematica》(《数学学报》)上在线发表。该论文成果对于理解量子混沌系统具有重要的意义。

 北京量子信息科学研究院

2017年12月,北京市政府联合中国科学院、军事科学院、北京大学、清华大学、北京航空航天大学等单位共同创立北京量子信息科学研究院,由中国科学院院士、清华大学副校长薛其坤担任院长。

 上海量子中心

2019年6月,中科院与上海市人民政府共同创立上海量子科学研究中心。

 南京大学

2019年7月,南京大学研发世界首套无人量子通信网络,使用无人机作为量子传输的中转站。6月26日,南大固体微结构物理国家重点实验室王漱明、张利剑、王振林、祝世宁等与香港理工、中科大合作者的研究成果以“基于超构透镜阵列的高维量子纠缠和多光子光源”为题发表在最新一期《科学》杂志上。

 南京先杨剑量子计算机研究院

南京先杨剑量子计算机研究院成立于2018年,是依托南京大学固体微结构物理国家重点实验室和计算机软件新技术国家重点实验室的研究背景,与南京市江宁区国资委共同投资组建的国有资本持股的研究机构。

 浙江大学

2018年,浙江大学启动量子计划。2019年8月,浙江大学、中科院物理所、中科院自动化所、北京计算科学研究中心等国内单位共同合作开发了具有20个超导量子比特的量子芯片,研究成果刊登于《科学》期刊。

 南方科技大学量子科学与工程研究院

南方科技大学量子科学与工程研究院成立于2017年,依托于南方科技大学。首任研究院院长为中科院院士俞大鹏教授。

此外,亚光科技、神州量子、科大国创、浩丰科技等越来越多的高校、研究所和企业开始进入这一赛道,布局量子计算或进行相关科研和商业活动。


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