一、量子計算凸顯戰略意義，多國紛紛布局競爭加劇

　　計算能力是信息化發展的核心，隨著社會經濟對信息處理需求的不斷提高，以半導體大規模集成電路為基礎的經典計算在性能提升方面面臨瓶頸。量子計算利用量子疊加和糾纏等物理特性，以微觀粒子構成的量子比特為基本單元，通過量子態的受控演化實現數據的計算處理，理論上具有經典計算無法比擬的超強信息攜帶和并行處理能力，未來或將成為科技加速演進的“催化劑”，對物理化學等基礎科學研究、新型材料與醫藥研發、信息安全與國防建設、資源勘探與人工智能等眾多領域產生重大影響。

　　近年來，全球多國加快量子信息技術研究與應用布局，競爭態勢日益明顯。美國近十年來以每年2億美元的投入力度持續支持量子信息各領域研究發展；歐盟今年已啟動10億歐元規模的“量子旗艦”項目，重點支持量子計算、模擬、通信和傳感四大領域；我國2016年起設立國家重點研發計劃“量子調控與量子信息”重點專項，并籌建量子信息科學國家實驗室；此外，英國、荷蘭、澳大利亞、瑞典也紛紛出臺相關政策或項目支持。在全球競爭加劇、量子計算技術產業加快發展的背景下，美國今年6月推出了《國家量子行動計劃（NQI）》法案，將在原有基礎上每年新增投入，進一步加快推動量子信息技術研發應用，并在今年11月將量子計算列入出口管制框架。

　　二、量子計算正處于技術攻關關鍵階段，專用機未來幾年可能率先突破

　　量子計算包含處理器、編碼和軟件算法等關鍵技術，近年來發展加速，但仍面臨量子比特數量少、相干時間短、出錯率高等諸多挑戰，目前處于技術攻關和原理樣機研制驗證的早期發展階段，超越經典計算的性能優勢尚未得到充分證明。量子處理器有超導、離子阱、半導體、中性原子、光量子、金剛石色心和拓撲等不同技術路線，每種路線各有優劣勢，現階段超導和離子阱發展相對領先，但尚無任何一種路線能夠完全滿足實用化要求并趨向技術收斂。另外，量子系統非常脆弱，極易受材料雜質、環境溫度等影響引發退相干效應，量子編碼技術將多個“物理比特”構造為能夠糾錯的“邏輯比特”，是克服退相干難題和量子系統脆弱性的有效手段。然而現有量子編碼方式的閾值高效率低，技術尚未突破，正處于向第一個“邏輯比特”邁進的關鍵階段。量子軟件和算法是硬件處理器充分發揮計算能力和解決實際問題的神經中樞，開發設計需緊密結合量子疊加、糾纏等物理特性，不能從經典計算中直接移植。目前量子計算算法典型包括Shor和Grover算法等，數量有限，只在部分經典計算難以解決的復雜問題上具備理論優勢，并非普適于解決所有問題。

　　從應用范圍的角度，量子計算機可分為通用量子計算機和專用量子計算機。通用機用于解決普遍問題，需要上百萬甚至更多物理比特，并具備容錯能力、以及各類軟件算法的支撐，其實用化將是長期漸進過程。專用機用于解決特定問題，只需相對少量的物理比特和特定量子算法，實現相對容易且存在市場價值。業內專家預測，未來五年左右量子專用機有可能在模擬、優化等領域率先取得突破。

　　三、量子計算領域美國全面領先，我國加速發展仍存差距

　　美國已形成政府、科研、產業和投資力量多方協同的良好局面，取得系列重要成果并建立領先優勢。科研領域頂尖人才聚集，加州大學、馬里蘭大學、哈佛大學和耶魯大學等研究機構取得大量原創性和開拓性研究成果。谷歌、IBM、英特爾和微軟等科技巨頭成為推動量子計算原理樣機研發加速的重要力量。從技術路線來看，谷歌、IBM致力于超導體系，Intel同時涉獵硅半導體和超導體系，微軟布局全新的拓撲路線。從研究成果來看，量子比特數量由2015年的9位迅速拓展至今年3月谷歌宣布的72位，3年內提升8倍，迭代速度明顯加快。從發展模式來看，科技巨頭在全球范圍內聯動優勢資源展開廣泛合作，谷歌2013年聯合美國國家航空航天局成立人工智能實驗室，與D-Wave合作開展量子退火模擬專用機研究；2014年與美國加州大學圣塔芭芭拉分校頂尖科研團隊合作，布局通用量子計算機研發攻關；2017年與創業公司Rigetti Computing合作推出開源量子計算軟件平臺。英特爾與荷蘭QuTech研究所、德國馬普量子光學中心、美國國家標準技術研究院等研究機構聯合推進硅半導體量子計算。微軟與荷蘭QuTech研究所、丹麥玻爾研究所等合作攻關拓撲量子計算。IBM則基于量子計算云平臺與金融、汽車、電子、材料等不同領域的合作伙伴探索產業應用，推動量子計算初具產業生態。

　　我國在量子計算基礎理論、物理實現體系、軟件算法等領域均有研究布局，中國科學技術研究院、中國科學技術大學、清華大學、浙江大學等研究機構近年來取得一系列具有國際先進水平的研究成果，為我國量子計算發展奠定了堅實基礎。從各國高水平SCI論文總量和熱點論文來看，美國位列第一，我國、德國分列第二和第三位；在被引次數方面，我國緊隨美國、德國和英國其后。近期代表性研究成果，如中科大分別實現了光量子體系18比特糾纏和半導體體系3比特邏輯門等。阿里巴巴、騰訊、百度和華為開始關注和投資量子計算領域，并發布量子計算云平臺；國內首家量子計算初創企業合肥本源量子2017年成立，為研究和應用注入了新動力。我國在量子計算領域雖已取得一定成績，但仍存在一些不容忽視的問題與挑戰。首先，我國量子計算研發由研究機構主導，科技企業進入晚、參與度有限，初創企業偏少，整體發展模式仍在摸索，多方尚未形成合力。其次，量子計算機研制屬于巨型系統工程，涉及眾多產業基礎和工程實現環節，我國在高質量材料樣品、結構工藝、制冷設備和測控系統等領域落后于領先國家，存在關鍵環節受制于人的風險。

　　四、量子計算未來發展挑戰與機遇并存，我國應加大投入聚力攻關

　　未來幾年，量子計算技術作為全球科技熱點將持續研究加速發展，量子處理器路線方案不斷明朗，量子比特數量、質量和糾錯能力進一步增強，專用量子計算向實用化靠近，全球競爭態勢進一步加劇。我國量子計算技術發展具有良好的研究基礎和廣闊的應用空間，應加大投入聚力攻關，促進優勢資源形成合力，進行關鍵技術研發并補齊產業基礎短板，搶抓“機遇窗口”期，從而趕超國際先進水平。