量子信息网络产业联盟2024量子计算云平台功能模型体系架构与能力分级研究报告58页

量子计算云平台功能模型、体系架构与能力分级研究报告 1 一、研究背景与意义 (一)国内外量子计算云平台发展现状 图 1给出了量子计算及云平台的发展历程。1900年 Max Planck 提出“量子”概念，宣告了“量子”时代的诞生。科学家发现，微观粒子有着与宏观世界的物理客体完全不同的特性。20世纪80年代，科学家将量子力学应用到信息领域，从而诞生了量子信息技术。量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式，它与现有计算模式完全不同。与经典计算相比较，经典计算使用二进制的数字电子方式进行运算，而二进制总是处于0或1的确定状态。量子计算借助量子力学的叠加特性，能够实现计算状态的叠加。它不仅包含0和1，还包含0和1同时存在的叠加态。 图 1 量子计算及云平台发展历程 量子计算的发展可以分为3个阶段，1980-1994年，为提出建立量子计算云平台功能模型、体系架构与能力分级研究报告 2 概念和自由探索阶段，这个阶段比较有代表性的是在1980年，Benioff与Manin提出了量子计算的概念，1981年Feynman提出了模拟量子体系的量子计算机，Denstch在1985年阐述了量子计算机的普适性及量子计算并行。1994-2016年，为算法突破和高强度基础研究阶段，1994年Shor提出了量子并行算法，证明量子计算可以求解“大数因子分解”难题，从而攻破广泛使用的RSA公钥体系，1996年，Grover提出了Grover算法，这两种算法推动了量子技术研究高潮。在2016年，Long算法诞生，提高了量子算法的成功率。2016年后，量子计算处于竞争加速阶段，2019年谷歌宣称实现“量子霸权”，首次在实验中证明了量子计算机对于传统架构计算机的优越性，2020年，IBM公司公布量子计算机发展路线图，2021年实现127量子比特，2022年433量子比特，2023年建造1121量子比特芯片。 图 2 量子计算发展的重要里程碑 量子计算云平台功能模型、体系架构与能力分级研究报告 3 量子计算经过四十余年发展，目前已经进入样机研发攻关阶段，在全球各国科研人员努力下，在通用（门型）量子计算机和各类型专用量子计算机研发方面，已取得多项里程碑成果，如图 2所示。 在通用量子计算方面，超导、离子阱等多类型量子计算原型机已经突破小型样机阶段，开始向百比特量级的NISQ