行业概述
量子信息技术主要包括量子估算、量子通讯和量子检测三大领域，可以在提高运算处理速率、信息安全保障能力、测量精度和灵敏度等方面突破精典技术的困局。
量子估算以量子比特为基本单元，借助量子叠加和干涉等原理进行量子并行估算，具有精典估算难以比拟的巨大信息携带和强悍并行处理能力，还能在特定估算困难问题上提供指数级加速。量子估算带来的算力飞越，有可能在未来引起改变游戏规则的估算革命，成为促进科学技术加速发展演变的“触发器”和“催化剂”。未来可能在实现特定估算问题求解的专用量子估算处理器，用于分子结构和量子体系模拟的量子模拟机，以及用于机器学习和大数据集优化等应用的量子估算新算法等方面率先取得突破。
量子通讯借助量子叠加态或量子纠缠效应等进行信息或秘钥传输，基于量子热学原理保证传输安全性，主要分量子隐型传态和量子秘钥分发两类。量子秘钥分发基于量子热学原理保证秘钥分发的安全性，是首个从实验室迈向实际应用的量子通讯技术分支。通过在精典通讯中加入量子秘钥分发和信息加密传输，可以提高网路信息安全保障能力。量子隐型传态在精典通讯辅助之下，可以实现任意未知量子态信息的传输。量子隐型传态与量子估算融合形成量子信息网路，是未来量子信息技术的重要发展方向之一。
量子检测基于微观粒子系统及其量子态的精密检测，完成被测系统数学量的执行变换和信息输出，在检测精度、灵敏度和稳定性等方面比传统检测技术有显著优势。主要包括时间基准、惯性检测、重力检测、磁场检测和目标辨识等方向，广泛应用于基础科研、空间侦测、生物医疗、惯性制导、地质勘察、灾害防治等领域。量子化学常数和量子检测技术早已成为定义基本数学量单位和计量基准的重要参考，未来量子检测有望在生物研究、医学检查以及面向航天、国防和商业等应用的新一代定位、导航和授时系统等方面率先获得应用。
量子信息三大技术领域在研究发展水平，技术实用化程度，产品工程化能力和产业化应用前景等方面各有差别。量子信息技术的研究和应用仍面临一些共性关键技术和核心问题困局须要进一步攻关突破。诸如，量子估算中的高维纠缠态制备与操控，高品质样品材料制备，超高温和磁场隔离环境，高精度操控检测系统等；量子通讯中的高品质量子态光源，高效纠缠制备分发及侦测，高性能单光子侦测，以及量子态储存与中继技术等；量子检测中的高精度操控系统和集成化隔离屏蔽环境等。上述基础共性关键问题研究的攻关和突破，是量子信息技术步入实用化和产业化主要控制性诱因。
量子估算方面，中科大、清华、浙大和中科院等研究机构也取得多项具有世界水平的研究成果，比如20光子量子估算的玻色取样实验处于领先，已报导20比特超导量子估算实验，预计未来1-2年可达到50比特量级。同时，阿里、百度、腾讯和华为等科技公司开始投入量子估算硬件平台、软件算法和应用探求的研究，本源量子等初创公司也开始崭露头角。
量子通讯方面，中科大、清华、北大、北邮和北京师大等研究机构的研究成果与国际先进水平基本同步，在量子保密通讯试点应用、网络建设和星地量子通讯探求方面处于领先。量子保密通讯产业基本产生，国科量子、国盾量子、问天量子和循态量子等公司积极探求和促进应用与产业发展，各地方政府、电网、银行和互联网企业等单位开始探求采用量子保密通讯进行信息安全保护。
量子检测方面，中科大、北航、中科院和航天科工等科研机构在量子陀螺、重力仪、磁力计、时间基准等领域举办了大量研究，研究成果和原理样机的关键指标参数与国际先进水平的差别正在逐渐缩小。在量子随机数参考基准和量午时频同步网路等应用探求方面，也开始进行布局和促进。同时，国耀量子雷达和国仪量子等初创公司在单光子光学雷达和NV色心谱剖析等领域举办应用探求。
量子计算机的发展历程
量子估算研究源于上世纪八十年代，经历了由科研机构主导的基础理论探求和编码算法研究阶段，目前已步入由产业和学术界共同合作的工程实验验证和原理样机攻关阶段。
量子估算包含量子处理器、量子编码、量子算法、量子软件、以及外围保障和下层应用等多个环节。其中，量子处理器是制备和操控量子化学比特的平台，量子编码是基于诸多数学比特实现可容错逻辑比特的纠错编码，量子算法和软件是将估算困难问题与量子估算并行处理能力结合的映射和桥梁。目前，量子处理器的数学比特实现仍是量子估算研究的核心困局，主要包含超导、离子阱、硅量子点、中性原子、光量子、金刚石色心和拓扑等多种方案，研究取得一定进展，但尚未实现技术路线收敛。
量子估算目前处于技术研究和原理样机研发验证的关键阶段，多项关键技术仍有待突破，赶超精典估算的性能优势仍未得到充分证明。
化学实现方案竞争激烈，超导体系相对领先。找到相干时间长、易集成和可扩充的数学硬件体系是量子估算的实现基础与关键。目前，量子估算的化学实现有超导、离子阱、半导体、钻石空位、光、核磁共振、冷原子等不同技术路线，每种路线各有优劣点。就现阶段实验操控技术水平而言，超导和离子阱体系处于领先地位，尤其超导体系势头更盛，深受IBM、谷歌等科技大鳄的偏爱。IBM化学学家在初期曾提出实现量子计算机数学体系必须满足的几条判据，如可扩充的具有良好特点的量子比特系统、能制备量子比特到某个能级、具有足够外貌干时间完成量子逻辑门操作、能够实现一套通用量子逻辑门、能够检测量子比特等。但是，目前尚没有任何一种体系还能在实验上同时满足所有判据，有专家预测，未来的量子计算机可能基于混和体系。
量子编码是大规模量子计算机的实现基础，代价依然较大。量子编码以消耗更多量子比特资源为代价来克服退相干效应，因为量子态不可克隆、不可检测、错误自由度大等特点，量子编码的实现比精典编码更为复杂。1995年，Shor构造出第一个量子纠错码9位码，目前发展至7位和5位码，即用7个或5个化学比特编码1个逻辑比特。不同纠错形式对应不同的容错阀值，一般来说阀值越低，所须要的量子比特资源越多。
量子算法数目有限，核心算法创新困难。上世纪九十年代中期，英国科学家提出可应用于私钥密码体系破解的量子Shor大数分解算法和可应用于数据库搜索的量子算法，大大迸发了量子估算的研究热情，这两类算法已成为构造其他量子算法的重要基础。但是，因为量子估算特殊的运行方法，精典算法的设计思路难以直接移植，且目前可用的量子工具依然较少，具有核心作用的量子算法相对短缺，不能在处理所有问题上均取得优势，适用范围有限。
量子估算模型和体系结构均与精典估算存在差别。量子估算的物理模型基础是80年代定义的“量子图灵机”，目前，量子线路模型是主流方向，量子绝热和拓扑模型亦是研究热点。同时，因为量子态叠加、纠缠、不可复制、相干保存时间短等特征，通用量子计算机的体系结构将不同于精典计算机，设计更为复杂，技术选择目前尚不明朗。
市场概况
商业化预测
量子计算机商用预测大约会分三个阶段：
第一阶段，量子估算靶机的开发。微软提出的量子霸权是量子估算靶机开发的标志性风波。当前第一阶段早已走完。
第二阶段，接出来的六年，重点是找寻专用级的芯片，用它来解决特定行业的问题。
第三阶段，是再往前十几年的时间，目的是真正把通用量子计算机实现下来。波士顿咨询以前预测，到2030年，保守恐怕市场需求有21亿美元，豁达恐怕可以有600亿美元，到2050年的时侯可以达到2600~2950亿美元。
市场竞争格局
欧美等发达国家政府和科技产业大鳄大力投入量子估算技术研究，取得一系列重要成果并完善了领先优势。在量子估算领域，俄罗斯近些年来持续大力投入，已产生政府、科研机构、产业和投资力量多方协同的良好局面，并完善了在技术研究、样机研发和应用探求等方面的全面领先优势。英、欧、日、澳等国紧密追随，领先国家之间通过联合攻关和成果共享，正在产生并不断加强联盟优势。
科技大鳄间的激烈竞争，促使量子估算技术加速发展。、IBM、英特尔、微软在量子估算领域布局多年，霍尼韦尔随即加入，产业大鳄基于雄厚的资金投入、工程实现和软件控制能力积极开发原型产品、展开激烈竞争，对量子估算成果转化和加速发展推动显著。在2018年实现72位超导量子比特，在2019年证明量子估算优越性。IBM在2019年1月展示具有20位量子比特的超导量子计算机，并在9月将量子比特数目更新为53位。谷歌在2019年推出量子估算云服务Azure，可以与多种类型的硬件配合使用。霍尼韦尔的离子阱量子比特装置已步入测试阶段。
我国近些年来开始加强注重程度、积极赶进，在科研布局和企业投入方面取得一定成果。以中科大、浙江学院和复旦学院等为代表的研究机构在量子估算原理实验和样机研发等方面取得一定研究成果。2017年量子传输速度，中科大和四川学院联合宣布基于超导量子估算方案实现了10位量子比特的纠缠操控。同年，中科大还报导了基于波骰子取样的光量子计算机研究成果。在产业布局方面，阿里巴巴联合中国科大学在2015年筹建“中国科大学-阿里巴巴量子估算实验室”，据悉，腾讯也正在筹办构建量子实验室。2017年9月，中科大创立了国外首个量子估算初创企业，杭州本源量子估算科技有限公司，计划举办量子估算芯片、测控系统、软件等方面的研制。2017年10月，复旦学院、阿里巴巴和本源量子各自发布了基于不同数学体系的量子估算云平台。整体而言，我国在量子估算领域虽已取得一定成绩，但在投入力度、团队数目、创新成果、方案种类和指标方面仍落后于英国。
注：比特位数、相干时间越高越先进
初创企业是量子估算技术产业发展的另一主要推进力量。初创企业大多脱胎于科研机构或科技公司，近些年来，来自政府、产业大鳄和投资机构的创业资本急剧降低，初创企业快速发展。目前，全球有超过百余家初创企业，囊括软硬件、基础配套及下层应用各环节，企业聚集度以北美和西欧（含日本）最高。
虽然量子估算目前仍处于产业发展的早期阶段，但军工、气象、金融、石油化工、材料科学、生物医学、航空航天、汽车交通、图像辨识和咨询等诸多行业已注意到其巨大的发展潜力，开始与科技公司合作探求潜在用途，生态链不断壮大。
在量子估算研究和应用发展的同时，其产业基础配套也在不断建立。2019年英特尔与和Afore合作推出量子高温晶片探针测试工具，加速硅量子比特测试过程。本源量子成立本源量子估算产业联盟，2019年牵手中船鹏力共建量子估算高温平台。
$微软A(GOOGL)$$国盾量子()$$(SDGR)$
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