量子计算国内外发展现状.docx
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1、量子计算国内外发展现状1、量子计算简介2020年10月16日,中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习。习近平总书记发表重要讲话,为当前和今后一个时期我国量子科技发展做出重要战略谋划和系统布局。以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术作为量子科技领域的重要组成部分,将为推动基础科学研究探索、信息通信技术演进和数字经济产业发展注入新功能。量子计算是量子力学与计算机科学相结合的一种通过遵循量子力学规律、调控量子信息单元来进行计算的新型计算方式。它以量子比特为基本单元,具有量子叠加、纠缠的特性。并且,通过量子态的受控演化,量子计算能够实现信息编码和计算存储,具有经典计算
2、技术无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。2、量子计算相关政策2.1国际量子计算相关政策(1)美国2016年,美国国家科学和技术委员会(NSTC)公布推进量子信息科学:国家挑战与机遇。2020年8月,美国白宫科技政策办公室、美国国家科学基金会(NSF)和美国能源部共同宣布将在未来五年内建立12个多学科、多部门的国家中心,其中包含5个量子信息科学中心(图1)。2021年美国白宫公布了国家安全战略中期指导方针,指出量子计算机和1人工智能会给经济、军事、就业、经济差距问题带来广泛影响。同时,美国公布了人工智能与量子信息科学研发摘要:2020-2021财年,美国在人工智能和量子信息科学领域的
3、预算1、Q-NEXT F 代最广科学与工程2、C2QA量子优势联合设计中心3、SQMS超导量子材料和系统中心增加了30%o 目标:创建量子互联生态系统 研究主体:阿贡国家实验室嘛茂定位:科学创新,建立量子智能员工队伍,创建量子标准, 目标:实现高能、核、化学和器聚态物理科学计算的量子优势 研究主体:布鲁克鬻文国家实验室 瞄准定位,软件优化、基础材料和设备属性以及子纠错等 11林:实现用于计一和传感的卓越量子系统的构 研究主体:费米国家加速器实验室4、QSA量子系统加速器 瞄准定位:超导二t和三维器件5、QSC量子科学目标:克服量子状态弹性、可控性和最终可扩展性方面的关键障碍研究主体:榇树岭国家
4、实验室中心瞄准定位,拓扑量子材料目标:提供经过认证的量子优势所需的算法、量子器件和工程解决方案研完上体:劳伦斯伯克利国家实脸室瞄准定位:构建算法图1.美国建立的五个量而言息科学中心简介(2)欧洲欧盟2016年推出量子宣言旗舰计划,将在未来十年投资10亿欧元,支持量子计算、通信、模拟和传感四大领域的研究和应用推广。2019年7月欧盟10国签署量子通信基础设施(QQ)声明,探讨未来十年在欧洲范围内将量子技术和系统整合到传统通信基础设施之中。英国2015年正式启动国家量子技术计划,投资2.7亿英镑建立量子通信、传感、成像和计算四大研发中心,开展学术与应用研究。2018年11月进行了第二阶段2.35亿
5、英镑投资拨款。德国在2018年9月提出量子技术从基础到市场”框架计划,拟于2022年前投资6.5亿欧元促进量子技术发展与应用。2021年,法国宣布启动法国量子技术国家战略,计划五年内在量子领域投资18亿欧元。2.2国内量子计算相关政策2018年5月28日,习近平总书记在两院院士大会上的讲话中指出,以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用。2016年,十三五国民经济和社会发展规划提到量子信息技术是体现国家战略意志的重大科技项目之一。2017年,“十三五国家基础研究专项规划将量子计算机列为重大科技战啕壬务首位。2020年度国家自然科学基金委重大研究计划包括第
6、二代量子体系的构筑和操控。2021年量子信息科学被列入普通高等学校本科专业目录的新专业名单。同时,十四五规戈厢2035年远景目标纲要提出瞄准人工智能、量子信息、集成电路、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目,”加快布局量子计算、量子通信、神经芯片、DNA存储等前沿技术。3、量子计算主要技术路线发展情况3.1 超导量子计算发展超导量子计算机具备芯片加工技术较成熟、系统集成度较高、可扩展性能好的优势。超导量子比特利用约瑟夫森结在低温下的非线性效应,构造出电荷量子比特、磁通量子比特、相位量子比特等。根据芯片设计思路和所选用耦合、布局扩
7、展方式,阵列式的扩展方案实现的一维或者二维阵列,有利于实现量子算法编程,环绕式的扩展方案有利于实现最大纠缠和全耦合。实用化的量子计算面临着2个挑战,一个是扩展量子比特数目,需要同时提高退相干时间,另一个则是提高量子门调控保真度,需要在量子位的数量和量子比特的质量2个维度上不断推进。超导体系备受谷歌、IBM、英特尔等科技巨头的青睐。2016年12月,中科大潘建伟团队首次实现了10个光子比特和10个超导量子比特的纠缠。2017年11月,IBM首次构建了50量子比特的处理器。2018年3月,谷歌量子人工智能实验室发布的Bristlecone量子芯片,可实现72个量子比特长度上的单比特门操纵,单量子比
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