量子计算产业发展建议有哪些?

最佳答案 匿名用户编辑于2024/10/14 15:50

量子计算产业培育多方并举,生态系统逐步兴起 。

1.产业生态初步形成,关键环节发展仍有待推进

随着量子计算原型机研制、软件研发、应用探索和云平台建设 的发展,上中下游企业不断涌现,为量子计算技术产业发展注入充 沛动力。量子计算产业生态培育稳步开展,各环节参 与者逐渐增多,整体仍处于起步阶段,关键环节发展仍有待推进。

产业生态上游包括环境支撑系统、测控系统以及核心设备组件 等,具体涉及稀释制冷机、真空系统、低温组件、光学器件等众多 方面,是整个量子计算产业生态的基础底座。由于量子计算技术复 杂性、多路线并行推进和发展趋势存在不确定性等原因,目前产业 生态上游呈现分散化和多样化的特点,一方面分散化导致供应商集 中开展技术攻关的难度提升,但另一方面多样化则可能有助于减少 单一供应商可能造成的供应垄断等风险。国内外对比来看,欧美国 家处于量子计算产业生态上游的企业数量更多且发展水平更高,在 产品研制、技术创新以及市场需求等方面积累了较为优越的条件和 资源。我国上游企业近几年发展迅速,相继推出各类自研产品,但 在部分关键设备组件的性能指标、制造成本和市场认可度等方面仍 有较大提升空间,未来仍需通过自主研发进一步提高产品技术水平。

产业生态中游企业包括量子计算原型机制造商和软件供应商, 是量子计算产业生态的核心环节,同时也是企业数量较为集中的部 分。原型机方面,全球从事量子计算机原型机研制的企业中,专注 于超导路线的企业数量最多,超过总量的三分之一,其次是离子阱、 中性原子、光量子和硅半导体等技术路线。软件方面,众多企业致 力于打造各自的量子计算软件,同时构建开源软件社区,为量子计 算技术发展和应用探索提供推动力。国内外对比来看,大部分国家 并行布局多种技术路线,欧美企业在数量、原型机研制能力、软件 研发、开源社区建设等方面占据一定优势。我国在几条主流技术路 线均有布局,近年也出现一批量子计算软件企业,但总体而言在企业投入力度、输出成果、创新能力等方面与欧美相比仍存在差距。

产业生态下游企业包括量子计算云平台供应商和行业应用企业, 是最接近用户的环节,在产业生态中扮演着至关重要的角色。云平 台方面,依托互联网为各类用户提供云端接入,共享量子计算资源, 促进量子计算产业提前布局与生态良性培养。行业应用方面,金融、 化工、医药、交通等行业用户关注量子计算应用潜力,开放应用场 景并开展应用探索,致力于寻找针对行业特定难题的解决方案。国 内外对比来看,IBM、亚马逊、微软等国外科技巨头的量子计算云 平台在资源共享性、硬件多样性、应用案例丰富性、服务模式商用 化等方面走在全球前列。量子计算企业与不同领域行业企业积极合 作,联合探索量子计算在重点行业领域的应用。我国量子计算云平 台供应商在平台间协同合作、后端硬件水平、商业模式探索等方面 仍有待提升。我国传统行业企业在量子计算方面的投入力度、关注 程度以及与量子计算企业之间的合作机制等方面仍有待进一步加强 和完善,未来需要前瞻开展应用探索,提升应用协同创新能力。

科研基础方面,我国论文年增长量较高,但高被引论文量、国 际合作论文比例等存在差距,某种程度上体现了我国科研影响力与 国际合作等方面仍待提升。政府支持方面,中美研发资金总额均保 持较高水平,我国量子计算重要研究中心数量仍需增加,且尚未有 与美国 NQI 法案、英国国家量子战略对等的国家层面量子战略。商 业活动方面,美国在企业总数、资金分布、初创企业投资金额、供 应链环节等方面具有一定领先优势。技术成果方面,我国专利量增 长率较高,领先的技术路线数量和技术路线图等方面依旧有提升空 间,侧面表明了我国未来需要在提升量子计算技术水平的同时,加 强技术成果的提前规划。

全球量子计算产业生态仍处于发展初期,正逐步从理论研究走向实际应用,规模化应用和产业化仍有待进一步推进。上游企业提 供支撑配套和服务功能,中游企业发挥创新决策主体、投入主体、 科研组织主体、成果转化主体等作用,下游企业则助力推进应用示 范牵引。未来需要持续加大生态系统和产业基础能力的培育力度, 鼓励量子计算上中下游企业共同参与、共建共担共享,在技术攻关、 实验验证、应用探索等方面加强合作,打造产业可持续发展的新模 式,共同构建企业紧密协作、融通发展的产业应用生态。

2.企业进入发展活跃期,不断推动产业生态发展

近年来,量子计算已成为全球科技企业和初创企业的重点布局 方向之一。科技企业主要采用局部重点发力的形式来推进量子计算 技术产业发展,致力于利用量子计算实现提升企业竞争力、创造经 济效益、开拓新业务、应对市场变化等目标。初创企业的成熟度逐 渐提升,在软硬件研发、创新成果输出和应用探索等方面表现活跃, 已成为整个量子计算产业赛道的中坚力量。

现阶段欧美是量子计算企业聚集度和活跃度较高的地区。美国 IBM、谷歌、Intel、微软、亚马逊等大型科技企业凭借其公司体量 庞大、技术先进、经验丰富、商业能力强等优势,在量子计算行业 的第一梯队中占据一席之地。Quantinuum、Rigetti、IonQ、 Infleqtion、PsiQuantum、Quantum Computing Inc 等初创企业在各自 技术路线上稳步发展,经过数年运营已初具规模,推出各具特色的 产品,并积极探索公司产品可能的应用方向,行业影响力日渐增强。 根据 2023 年上市公司财报可知,IonQ、Rigetti 两家公司的总营业收均在千万美元级别,Quantum Computing Inc 总收入则在数十万美 元级别,三家上市公司均未扭亏为盈。整体来看,上市公司普遍实 现营业收入持续增长但均仍处于亏损状态,这是由行业发展存在技 术风险、市场认可度有待提升以及企业营业成本增加等原因共同造 成的。

欧洲量子计算企业以初创企业为主,代表性企业包括 Pasqal、 IQM、OQC、AQT、Oxford Ionics、ORCA Computing、Quandela、 Alice & Bob 等,上述企业从事超导、离子阱、中性原子、光量子、 硅半导体等多条技术路线的硬件研制、软件开发、云平台建设和应 用探索,具有较大的发展潜力与动能。此外,澳大利亚的 SQC、 Quantum Brilliance,加拿大的 Xanadu、D-wave 等公司也在各自技术 路线上积极推进技术研究和产品研制,近几年成果颇丰。总的来说, 欧美企业发展势头迅猛且合作紧密,在技术攻关、应用探索和产业 推进等方面取得了诸多进展。 我国量子计算企业持续在样机研制、软件算法和应用推动等方 面积极布局,推出诸多成果。腾讯、华为、中国电科等科技企业均 布局量子计算方向,旨在开展技术研究,研发软硬件产品,并探索 量子计算在重点行业领域中的应用。阿里和百度相继裁撤量子计算 实验室也一度成为业界热点事件。中国移动、中国电信等电信运营 商在近两年也积极加大量子计算领域投资和研究力度,相继推出各 自的量子计算云平台,致力于联合量子计算企业共同加速推进技术 产业发展。本源量子、国盾量子、华翊量子、启科量子、玻色量子、图灵量子、量旋科技、弧光量子、中科酷源、幺正量子等初创企业 积极推进技术研究与应用探索,纷纷推出软硬件产品和云平台,发 展进程持续加快。整体来看,我国量子计算企业的投入力度和发展 水平相较欧美而言仍有提升空间。

在量子计算快速发展的背景下,全球已涌现出百余家相关企业, 企业的快速发展在推进量子计算产业化中起着至关重要的作用。针 对量子计算企业的发展水平进行分析,对于促进和推动整个行业的 进步具有重要意义,具体来看,路线布局从侧面展示企业的核心能 力,科研成果表征企业的创新水平,资本市场则是推动企业商业化 发展的关键,下文从上述三个方面着重分析探讨现阶段全球量子计 算企业发展现状。 从路线布局上看,全球量子计算原型机研制企业在路线选择方 面呈现多样化。其中超导路线受到最多企业关注,科技企业和初创 企业均有布局。布局离子阱路线的企业数量仅次于超导,且大部分 为初创企业。中性原子量子计算企业数量比较有限,基本为初创企 业,但企业活力普遍较高,近年来发展迅速并推出大量成果。布局 光量子路线与硅半导体路线的企业数量较少,前者受到初创企业关 注,后者的主要参与者既有传统半导体制造企业,也有初创企业。

从科研成果上看,论文数量方面,根据澳大利亚智库 ASPI 数据 显示,在量子计算领域,全球前 10%高被引论文中,美国企业发表 的论文共占33.9%排名第一,中国企业发表的论文共占15%。专利数 量方面,根据智慧芽全球专利数据库统计,截至 2023 年年底,全球量子计算发明专利前十的企业中,美国企业占六家,IBM 的专利数 排名第一,而中国企业仅占一家。这一定程度上表明我国量子计算 企业在高水平科研成果产出方面有待进一步提升。 从资本市场上看,上市情况方面,美国量子计算初创企业中上 市公司有 IonQ、Rigetti、Quantum Computing Inc 三家上市公司,中 国仅有国盾量子一家。风险投资方面,2013 年-2023 年期间美国共有 85 笔投融资事件,涉及金额超过 23 亿美元;中国仅有 22 笔,涉及 金额仅 4 亿美元。对比来看,我国量子计算产业培育和企业发展仍 处早期阶段,投入力度相对有限,未来仍需加快产业培育,激发企 业创新活力。

量子计算企业正在经历发展活跃期,企业规模持续增长,创新 能力日益提升,但由于量子计算技术路线并未收敛、发展前景存在 不确定性、应用尚未落地等原因,相关企业仍需提升多个方面的能 力。原型机研制方面,硬件系统研制企业需加快原型机的更新迭代 速度,在更新迭代中促进量子芯片等核心技术发展。供应链方面, 上游量子计算企业需加强基础设备组件研发,实现技术和工程突破, 以满足未来原型机更高的技术要求。应用探索方面,量子计算企业 需进一步深化与行业用户的合作,开展实用化算法研究和验证,探 索量子算法的加速作用。与此同时,需要加强量子计算产业生态上 中下游的交流协作,探索互惠互赢、可持续的生态模式,为量子计 算赋能千行百业奠定基础。

3.联盟促进生态培育,公共设施助力产学研合作

随着量子计算技术研发和应用探索持续推动,着眼于科研成果 转化、行业应用创新、供应链建设、人才培养和公共平台建设等工 作的产业生态培育,已开始成为全球主要国家在量子计算领域的聚 焦点之一,加强政产学研用各方的沟通交流与协同创新正逐步成为 新趋势。 近年来全球多国相继成立量子信息技术领域产业联盟,成员涵 盖量子企业、研究机构和行业用户,持续推动产学研用多方合作, 已成为推动构建应用产业生态的重要力量。全球代表性量子信息产 业联盟如图 18所示。2024年,英国量子产业联盟(UKQuantum)发 布英国量子行业宣言,为下一届英国政府提出促进量子技术发展的 具体建议83。韩国运营商SK Telecom牵头成立量子联盟X Quantum, 致力于通过探索联合的商业机会共同推动韩国量子生态发展 84。我 国量子信息网络产业联盟(QIIA)目前已有 81 家成员单位,已相继 开展技术研究、标准预研、测评验证、应用案例征集等方向的二十 余个项目,为国内产业生态培育贡献力量。武汉量子科技产业创新 联盟正式揭牌成立 85。总的来说,产业联盟正有力促进产业整体发 展和产业集群的形成,产学研用多方合作开展活跃,取得多方响应。

开展量子计算加工制造、工程研发、测试验证等相关公共设施 平台建设是助力产业生态发展的另一种重要方式,代表性量子计算 公共设施平台建设如表 2 所示。欧美高度重视量子计算公共平台与 基础设施建设。2023 年,欧盟拨出 1900 万欧元的特定资金,用于升 级现有的欧洲微纳米和量子技术基础设施 86。法国在量子技术国家 投资规划框架下,启动国家量子计算平台,致力于联通量子计算机 和经典计算机,并面向国际上的实验室、初创企业和制造商等提供 服务 87。英国国家量子计算中心计划将拨款 3000 万英镑用于开发量 子计算测试平台 88。2024 年,芬兰国家计量研究所完成量子处理器 测试与测量基础设施建设,包含自旋量子比特低温测量系统和晶圆检测设施等 89。美国国防部高级研究计划局与伊利诺伊州合作建设 量子试验场,旨在研究量子技术真正的价值 90。量子计算公共平台 与基础设施的建设为研究人员开展技术研究、应用探索、测评验证 等提供支持举措,有利于优化资源配置和承担共性服务,为形成高 水平自主产业生态提供助力。

全球量子计算产业生态处于早期培育阶段,业界通过成立产业 联盟,构建公共平台等方式积极促进各方创新协同,为相关企业和 实验室等开展合作研究提供机会和平台。未来需要持续发挥产业联 盟等力量促进产学研用结合,同时推动试验验证、中试等平台工程, 加快研究成果向实用化、工程化转化的速度和效率,为构筑自主可 控的产业生态提供引导支持。

4.标准化已成为国内外布局热点,发展进程加快

量子计算在涉及数学、物理等基础学科的同时,也与诸多工程 学科存在交叉融合,其技术水平发展和产业生态体系的构建存在争 议和变化。鉴于量子计算技术发展处于早期阶段且技术路线未收敛 等原因,相关标准化工作还处于非常早期的阶段。但同时由于布局 量子计算方向具有重要战略意义,相关标准化工作已逐渐成为国内 外标准化组织研究布局的热点,发展进程逐渐加快。

目前国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)、国际电信联 盟(ITU-T)、电气与电子工程师协会(IEEE)等国际标准组织,以 及全国量子计算和测量标准化委员会(TC578)等国内标准组织, 均积极开展量子计算标准化工作布局和标准预研等相关工作。目前 主要关注和研究量子计算相关概念术语和定义,提出量子计算的性 能评价的准则和方法等方面,相关技术标准研究和讨论处于初期阶 段。 国际方面,2024 年,ISO/IEC 成立量子技术联合技术委员会(ISO/IEC JTC 3),负责量子技术领域的标准化工作,委员会标准制 定范围涵盖量子计算、量子模拟、量子计量、量子探测器和量子通 信等方向 96,目前 JTC 1 WG14 的部分标准工作已转移到 JTC3 持续 研制。我国牵头制定的首个量子计算领域国际标准 ISO/IEC 4879:2024《信息技术 量子计算 词汇》正式发布,系统构建了量子计 算的概念体系框架,凝练了各方对不同术语定义的概念理解与共识, 对量子计算技术产业发展和生态培育等方面起到重要推动作用 97。 美国 NIST 组建量子技术国家委员会,公开招募专家参加 ISO/IEC JTC3 标准工作并担任管理职位 98。

国内方面,TC578 负责全国量子计算与测量领域标准化技术归 口工作,组织开展量子计算术语和定义、量子计算性能评估基准研 究、量子计算云平台架构与功能要求等标准制定,以及量子计算应 用发展与测评、量子计算应用场景、量子计算发展趋势与标准化需 求等课题研究。 总体而言,标准化工作对于促进量子计算应用转化、形成产业 竞争力有重要促进作用,将是未来推动量子计算产业布局的重要决 定性因素之一,已成为国际科技和未来产业发展与竞争的前沿热点。 目前由于量子计算技术产业成熟度较低、发展路径具有特殊性等原 因,建议标准化工作将重点集中在基础研究、功能性能和体系框架 等基础方向,以防过早针对某类特定技术路线或实现方案制定标准,反而导致标准内容与快速发展的技术和产品需求产生脱节,这有可 能对量子计算技术产业演进带来负面影响,不利于行业整体发展。