电子行业：量子计算新范式，加速算力新革命.pdf

电子行业：量子计算新范式，加速算力新革命。量子计算尚未实用化落地，纠错是关键。量子计算是以量子比特为基本运算单元，利用量子叠加、干涉、纠缠等量子特性进行信息处理 的计算新范式。与经典计算中“比特”只能以确定性方式表示0或1不同，“量子比特”可同时表示|0>和|1>的叠加态。在特定场景下， 量子计算可实现对经典计算的指数级加速。当前，量子计算处于前期探索的关键阶段，构建逻辑量子比特进行量子纠错是推动量子计算 实用化落地的重要举措。

量子计算多种技术路线并存，尚未收敛。量子计算技术路线包括超导、离子肼、中性原子、光量子、半导体等，哪种技术路线能最终胜 出仍未有定论，技术路线尚未收敛。超导量子计算核心是利用约瑟夫森结构建二能级系统，是业界研究最多、发展最快的路线之一，海 外Google、IBM等巨头以及国内“祖冲之”、“本源悟空”等系列均采用超导路线；离子肼是通过囚禁离子链构建二能级系统，保真度高、 相干时间长，当前研究重点是扩大量子比特规模；中性原子是利用光镊阵列囚禁中性原子构建二能级系统，可扩展、长相干，但还需解 决能级不稳定以及光镍阵列工程化等问题；光量子是以光子偏振/路径自由度编码量子比特，抗干扰能力强、相干时间长，但逻辑操作难 度较高。

构建性能优异的逻辑量子比特并扩大其规模是重点。量子计算优越性得到验证后，构建性能优异的逻辑量子比特并扩大量子比特规模成 为全球量子计算领先企业的研究重点。Google是量子计算引领者之一，在实现量子优越性之后，研究重点转向量子纠错，目标是2030年 前后制造、连接和控制100万个量子比特，实现大规模容错量子计算机；IBM目标宏大，旨在2029年建成拥有200个高质量逻辑量子比特的 “IBM Quantum Starling”容错量子计算机；QUANTINUUM是离子肼路线佼佼者，计划2029年实现100个逻辑量子比特；芬兰IQM是欧洲量 子计算之星，计划2030年实现容错量子计算。国内，“九章”系列是光量子路线之代表，率先在国内实现量子优越性，“祖冲之”系列 已迭代至“祖冲之三号”，拥有105个可读取比特和182个耦合比特。总体看，量子计算优越性已实现多次验证，构建高质量逻辑量子比 特并扩大其规模成为业界研究重点。