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聚焦Focus|新质生产力

评述与展望：

浅析量子计算发展进程

■曹善文︱文

传统计算架构下的算力增长趋缓，量子计算被视为超越经典计算最具潜力的技术方

向，以量子计算为代表的量子科技已成为新一轮国际科技竞争的焦点。量子计算作为后摩

尔时代的一种新的计算范式，其出色的并行计算能力有助于解决传统技术体系无法解决的

部分重大现实问题，推动人类社会进步与发展。

原子等，部分天然量子如离子阱、光子和中性

量子计算理论及基本原理原子等可直接作为量子比特，部分量子比特如

超导和硅半导体则需要人工制备。在软件层面，

量子计算是基于量子叠加和纠缠等量子力量子系统软件是连接用户与量子计算硬件设备

学规律，将信息存储在物质的量子态中，并通的桥梁，主要包括量子编程软件、量子测控软件、

过量子门实施量子态的受控演化来实现计算处应用服务软件，其中利用量子程序设计语言用

理的新型计算模式，其主要理论基础为量子力于解决某具体问题的量子算法，通过量子编译

学、矩阵运算及存算一体。区别于经典计算采器翻译以生成可在硬件上执行的底层格式程序，

用“0”和“1”的二进制逻辑，通用量子计算通过量子测控软件的数据及接口来实时运行及

将量子比特作为基本物理信息单元，即“0”“1”控制量子比特，完成量子门操作和测量。

及其任意比例的叠加态，其信息存储量、并行

计算能力以指数级增加。量子比特的演化实现

容易受到振动、电场、磁场等环境噪声和干扰我国量子计算发展分析

影响，量子态的维护、操作执行及状态读取都

易引入错误，为提高实用性，需要在硬件、算法、我国高度重视量子计算发展，“十三五”

软件等层面进行多方位探索，不断提高相干时规划将量子计算作为前沿技术及基础研究列入

间、测控精度、规模化扩展能力。国家中长期科技创新规划及未来产业，明确提

当前，量子计算分为通用量子计算机、专出要从研制应用、技术突破到加快布局；2021

用量子模拟退火机两大类。通用量子计算机参年先后发布“十四五”规划、《“十四五”数

照经典计算中的比特和逻辑门，通过量子逻辑字经济发展规划》；2024年1月，工业和信息

门操控量子比特，是量子计算可以大规模应用化部、教育部、科技部、交通运输部等七部门

的主要实现方式，其物理实现主要包括硬件及联合印发《关于推动未来产业创新发展的实施

软件基础。在硬件层面，量子硬件或芯片是制备、意见》，相关政策文件均明确提出加快布局量

操作和测量量子比特的基础，量子比特的物理子计算、量子通信、神经芯片等前沿技术，提

载体是同时具有两种状态的物理客体，如电子高数字技术基础研究能力。在重点研发计划方

或原子核的自旋、光子的正交偏振态、二能级面，科技部、国家自然科学基金委员会围绕先

40中国电信业

CHINATELECOMMUNICATIONSTRADE

August082024284

新质生产力

进计算与新兴软件、高性能计算、量子计算等53个量子比特的超导量子计算机Sycamore在随

发布年度重点研发计划或重点研究课题，数据机线路采样任务中首次展示了量子计算优越性；

显示，2021年—2023年累计国拨经费超70亿2023年7月，进一步利用其第二代70量子比特

元。在地方政府层面，各省市均与中国科学院Sycamore量子处理器在“随机电路采样中的相

及相关院校合作建设量子计算新型研发机构，变”问题上再次实现了量子优越性。2020年12

积蓄发展力量，如山东省与中国科学院于2011月，中国科学技术大学、中国科学院等相关单位

年合作成立济南量子技术研究院，北京市与中和院校成功构建76个光子的量子计算原型机“九

国科学院、清华大学、北京大学于2017年共建章”，并对于计算高斯玻色采样问题实现国内首

北京量子信息科学研究院，安徽省与中国科学次验证量子计算优越性，而2023年10月发布的

院、中国科学技术大学于2017年合作成立量子“九