2024政府工作报告提出，积极培育新兴产业和未来产业，制定未来产业发展规划，开辟量子技术新赛道。量子信息技术是培育未来产业、构建新质生产力、推动高质量发展的重要方向之一，主要包括量子计算、量子通信和量子测量三个主要领域，由于量子计算具备实现计算能力跨越式发展的可能性，因此量子计算是当中受关注度极高的领域。随着云计算、人工智能等领域的发展，社会对算力的需求不断增长，量子计算发展将会迎来重大的机遇和广阔的空间。经过40多年的发展，量子计算已逐步从基础理论研究走向理论与应用研究并行的阶段。
一、量子计算成为新一轮技术竞争焦点
中国和美国处于量子计算发展第一梯队，两国均对量子计算技术给予高度关注，在政策层面持续加码，并通过政策扶持和资金投入推动量子计算发展。
//光量子干涉实物图 (中国科学技术大学供图 摄影：马潇汉，梁竞，邓宇皓)
中国已将量子信息技术作为最高技术优先事项之一。中国高度重视量子计算发展，在“十四五”规划中提出“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，实施批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目”，将量子信息列为与人工智能、集成电路等同等重要的技术。在2022年中央经济工作会议中首次明确提出加快量子计算等前沿技术的研发和应用推广。安徽、上海、广东、深圳等省市也出台政策，支持和培育量子计算产业发展。据ICV TA&K和光子盒研究院联合统计的2018-2022年各国政府量子信息科技的投资显示，中国在量子科技领域总共投资63亿美元，位列全球第一，可见我国对量子信息技术的重视程度。
美国将量子信息视为涉及国家安全利益的关键技术。去年，拜登政府签署行政令将将量子信息技术视为与半导体和微电子、人工智能同等重要的技术，并将其界定为涉及美国国家安全利益的军民两用敏感技术和产品[1]，同时也禁止美国实体在相关领域与中国大陆、香港和澳门实体进行交易和投资。在技术投入方面，2018年签署的《国家量子倡议法案》（NQI法案），计划在2019-2023年间投入12.75亿美元用于量子项目研发，旨在加速美国量子信息技术发展，但据《NQI 2023年报》显示，该法案5年间实际投资高达37.38亿美元，几乎为原计划的三倍。2023年11月，美国众议院科学、空间和技术委员会通过《国家量子计划重新授权法案》，支持将NQI法案期限延长至2028财年。
在技术布局上，中美两国均全面布局了量子计算主要技术路线。作为前沿技术，量子计算目前呈现多种技术路线并行发展的情况，主要包括超导量子、光量子、离子阱、半导体和中性原子等。在技术路线布局方面，根据ICV TA&K和光子盒研究院《2024全球量子计算产业发展展望》数据显示，美国是整机公司分布最广且数量最多的国家，中国整机公司数量无明显落后、技术分布相似。
图 中美整机硬件企业各技术路线分布
参考资料：《2024全球量子计算产业发展展望》
在技术发展上，美国领跑、中国追赶，两国各具优势。我国作为量子技术追赶者，近年来在量子计算领域加大政策支持，在一些领域中已接近甚至超越美国。量子比特数量、量子体积、逻辑门保真度、量子纠错和纠缠比特数等是评估量子计算能力的关键指标。量子比特数量上，超导量子路线中，量子比特数量最高的是美国公司IBM发布的量子计算处理器Condor，拥有1121个量子比特；光量子路线中，中国中科大等团队合作研发的光量子计算原型机“九章三号”可操纵255个光子，是该路线中量子比特数量之最。量子纠错方面，美国Google团队和中国南方科技大学先后宣布突破量子纠错盈亏平衡点，实现纠错编码规模与相干时间、错误率等性能指标的正增益。纠缠比特数量上，中国科学技术大学与北京大学合作，成功实现了51个超导量子比特簇态制备和验证，刷新了所有量子系统中真纠缠比特数目的世界纪录。
二、我国在量子计算核心器件和生态构建上仍有差距
尽管在量子计算机核心进展方面，我国的光量子计算路线已经处于领先水平，部分关键领域也处于国际前沿，但是在核心器件研发和生态建设上，仍存在一定差距。
（一）我国缺少量子计算核心器件和设备方面核心技术
不同技术路线对于设备有不同的需求，这也加大了设备研发的难度。以超导量子计算路线为例，超导量子计算需要在接近-273.15摄氏度的极低温的环境中运行，稀释制冷机是提供极低温的关键设备。中国起步较晚，通过持续投入研发，已成功研制出高性能指标的无液氦稀释制冷机，如中科院物理所研发的无液氦稀释制冷机，连续运行最低温度达到7.5mK，制冷量达到450μW@100mK，但在脉管制冷机、核心部件蒸馏室等核心技术上，与国际前沿仍有一定差距。
（二）我国量子计算云平台发展较为落后
目前，量子计算主要通过云平台为用户提供量子处理器和量子模拟器。量子计算发展仍处于起步阶段，标准制定尚未成熟，难以形成行业壁垒，但云计算平台作为量子计算生态系统中的重要一环，云平台降低量子计算技术应用门槛的同时，也推动了量子计算商业化，有可能在未来形成生态壁垒。国际上较为常见的三家量子计算云平台分别是IBM的IBM Q Experience、微软的Microsoft Azure Quantum和亚马逊的Amazon Braket，均为美国企业提供的平台，这当中处于领先地位的是IBM提供的IBM Q Experience，在性能、技术等方面都具备优势。另外，IBM、微软等科提供云平台的科技巨头可以通过用户数据进一步优化相关技术，增加未来在标准制定上的影响力和话语权，进而在量子计算领域形成难以突破的生态性壁垒。相较而言，中国企业的云计算平台在数量和性能方面均有所不及。
三、布局未来，前瞻性、战略性发展量子计算技术
（一）补短板，确保核心技术设备安全自主可控
量子计算是人类科技能力极限的系统工程，涉及多个学科的极限水平集成，需要不同领域、不同专业的合作。虽然在前沿技术探索中，我国已处于国际第一梯队，部分领域更是国际领先，但支撑量子计算发展的核心设备和技术方面存在明显的差距。量子计算的技术路线未呈现收束的趋势，或许未来会形成各路线基于自身优势应对不同任务的情况。各路线并行发展也导致出现了多条不相互依赖的供应链。一方面，中国需要注重规划和布局，关注各技术路线发展情况，同时避免低水平重复建设；另一方面，需要加强跨学科合作，各领域企业和人才加强合作、联合攻关。
（二）建生态，推动国产云平台发展
量子计算机昂贵的价格和使用限制导致大部分使用者选择通过云平台使用量子计算。目前，华为、本源量子、国盾量子、中电信量子集团等中国企业也推出了云平台，但仅提供了超导量子路线，技术路线覆盖范围不足。未来，中国需要加强政策引导，支持企业提升云平台的性能、覆盖范围等，构建起以量子计算云平台为核心的生态系统，逐步增强国产云平台的国际影响力，突破并超越国际科技巨头可能形成的技术封锁。
（三）促落地，加强“产学研”联动
通过对比可以发现，IBM、Google等科技巨头是美国量子计算发展的中坚力量，但当中也有高校和研发机构身影，企业和高校建立了良好的合作，确保美国保持量子计算发展的领先优势。虽然中国量子计算领域内涌现出了不少技术处于国际前沿的企业，但高校和研发机构仍是中国发展量子计算的主要力量。企业在推动技术转化应用方面更具备优势，中国需要支持和鼓励更多有能力的企业参与到量子计算发展中，发挥企业在推动技术应用和构建产业生态方面的优势，推动量子计算发展。
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