作者简介
王敬
李红阳
赵文玉
论文引用格式:
王敬, 李红阳, 赵文玉. 量子计算技术研究及应用探索分析[J]. 信息通信技术与政策,2022,48(7):20-27.
量子计算技术研究及应用探索分析
王敬 李红阳 赵文玉
(中国信息通信研究院技术与标准研究所,北京 100191)
摘要:量子计算是量子信息技术的研究热点,具有经典计算无法比拟的强大并行计算处理潜力,已成为世界各国在量子信息技术领域的布局推动重点。对量子计算技术的研究进展进行了分析,探讨了未来的发展趋势,讨论了应用探索的发展情况。
关键词:量子计算;技术研究;应用探索
中图分类号:TN918;O413 文献标志码:A
引用格式:王敬, 李红阳, 赵文玉. 量子计算技术研究及应用探索分析[J]. 信息通信技术与政策, 2022,48(7):20-27.
DOI:10.12267/j.issn.2096-5931.2022.07.004
0 引言
量子信息技术是物理学和信息学的前沿交叉领域,其物理基础是量子力学特性,包括量子纠缠、量子叠加以及量子隧穿等,量子计算通过操纵量子叠加态,使用量子力学特性作为计算逻辑,基于量子纠缠原理,可以实现信息的并行处理。量子信息技术包括量子通信、量子计算以及量子测量三大领域[1]。量子计算作为未来算力跨域式发展的重要探索方向,具备原理上远超经典计算的强大并行计算潜力,有望为人工智能、量化金融、密码分析、气象预报、资源勘探、药物设计、信息安全等所需的大规模计算难题提供潜在的解决方案。
近年来,随着量子计算原理样机和实验平台科研的快速发展,量子计算优越性的实验验证不断取得阶段性成果[2],量子计算领域正逐步形成集学术研究、工程研发、应用探索和产业构建为一体的全方位发展格局。近年来,全球多个国家/地区诸如美国、欧洲、中国、日本、加拿大等均高度重视量子信息技术,尤其是量子计算领域的发展,纷纷采用出台政策法案、制定量子计划、成立研究机构、支持企业发展等措施,积极开展量子计算领域布局。本文梳理了量子计算领域国内外重要的战略布局,对最新研究成果进行了总结并探讨了技术发展趋势,并讨论了量子计算在若干场景中的应用探索发展情况。
1 国内外政策布局
美国在量子计算领域具有深厚的研究基础,其发展处于世界领先地位,近年来其对量子计算领域的投入不断增大。早在2002年,美国国防部高级研究计划局(DARPA)发布《量子信息科学与技术规划》[3];2018年,美国连续颁布《量子信息科学国家战略概述》《国家量子计划法案》等计划法案[4],确立以国家量子协调办公室(NQCO)为统筹中心、为期10年的国家量子计划;2020年,白宫发布《关键与新兴技术国家战略》[5],同年NQCO颁布《美国量子网络战略愿景》[6];2021年3月,白宫颁布《国家安全临时战略指南》[7],再次强调量子计算等新兴技术有望改变各国之间的经济和军事平衡,同年6月,参议院颁布《2021年美国创新与竞争法案》[8],表明重点支持包括量子计算和信息系统在内的十大关键技术。美国量子计算呈体系化发展模式,重视战略部署、顶层设计以及路线规划,采取建立有效协作机制、成立委员会、资助研究机构等措施,充分发挥战略科技力量优势,预计未来几年将持续加大投入。
欧洲对于量子计算的研究起步也较早,大力推动技术及应用产业发展,各成员国积极响应。2016年,欧盟委员会推出《量子宣言(草案)》[9],倡导尽早实施量子技术旗舰计划;2018年,量子技术旗舰计划正式实施,投资约10 亿欧元,计划为期10 年;2022年初,量子技术旗舰计划发布《欧洲量子计算和量子模拟基础设施白皮书》[10],阐述当前欧洲量子计算技术的发展状况与未来规划,发展时间表如表1所示。英国国家量子技术计划(NQTP)横跨量子计算、通信、计时、传感和成像等多个领域。德国于2018年启动QUTEGA国家量子计划[11],重点关注包括量子计算在内的多个研究领域。荷兰于2019年发布Quantum Delta NL(QΔNL)计划,研究集中在量子计算、量子模拟、量子网络和量子传感应用等方面。欧洲各国积极制定量子计算相关计划,系统、详细地规划欧洲量子计算领域的发展,部署诸多研究项目,涉及多种技术路线,旨在构建具有竞争力的欧洲量子计算产业。
表1 欧洲量子计算与模拟基础设施发展时间表
本文刊于《信息通信技术与政策》2022年 第7期
主办:中国信息通信研究院
《信息通信技术与政策》是工业和信息化部主管、中国信息通信研究院主办的专业学术期刊。本刊定位于“信息通信技术前沿的风向标,信息社会政策探究的思想库”,聚焦信息通信领域技术趋势、公共政策、 国家/产业/企业战略,发布前沿研究成果、焦点问题分析、热点政策解读等,推动5G、工业互联网、数字经济、人工智能、区块链、大数据、云计算等技术产业的创新与发展,引导国家技术战略选择与产业政策制定,搭建产、学、研、用的高端学术交流平台。
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