2021年量子云计算发展态势研究报告.pdf

量 子 云 计 算 发 展 态势 研 究 报 告 （2021 年） 中国信息通信研究院技术 与 标准研究所 2021 年 9 月版 权 声 明前 言 2020目 录 . 2 ( ) . 3 ( ) . 7 ( ) . 10 . 11 ( ) . 12 ( ) . 12 ( ) . 13 . 14 ( ) . 14 ( ) . 20 . 23 ( ) . 23 ( ) . 24 ( ) . 27 . 30 ( ) . 30 ( ) . 31 ( ) . 31 ( ) . 32图 目 录 1 . 2 2 . 5 3 . 11 4 IBM . 15 5 Google . 15 6 D-wave . 16 7 Amazon . 17 8 Microsoft . 17 9 Xanadu . 18 10 Honeywell . 19 11 Strangeworks . 20 12 . 25 13 . 25 14 . 27 表 目 录 1 . 9 2 . 12 3 . 28 4 . 29量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 1 2021 2020 技术发展 方面： 服务应用 方面： NISQ 企业参与 度方面 ：量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 2 能力测评 方面： 趋势建议 方面： 一 、量子 计算云平 台 技术 发展 趋势 IT Quantum Computing and Prospects 1 用 户 数据/ 代码托管 至接入 云 端 数 据中心 计 算 任务转 化为量 子计算 控 制/ 测 量指令 在 量 子计 算 装置 中 完成 计 算操 作 ，通 过 测量 返 回计 算 结果 互联网 用户提 交代码/ 数据 高 可 靠量子 计算运 行 环境 量 子 计算装 置量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 3 1 ( 一) 量 子 计 算 硬 件 多种 技 术 体 系 竞 相发 展 1. 量子 计算 处理器 NV ns IBM Google IBM 2020 2021 128 2023 1123 2030量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 4 Google 2019 53 2020 2021 2023 1000 2029 Honeywell 2021 H1 10 128 2023 40 H2 2030 NV ms量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 5 2020 76 2021 2.0 113 2021 5 62 2021 6 66 2021.9 2 IBM IonQ量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 6 Zapata Computing NISQ 。 2. 量子 计算 模拟器 2021 5 Amazon Amazon Braket DM1 17 2020 9 HiQ 3.0 HiQ Optimizer HiQ Tensor HiQ 2020 12 2.0量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 7 NVIDIA 2021 4 cuQuantum NVIDIA GPU ( 二)多种 量 子 计 算 软件 并 举 研 发 迭 代活 跃 1. 基 础运行 类软件 EDA 2. 计 算开发 类软件量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 8 3. 应 用服务 类软件 + 4. 通 用系统 类软件 5. 量子 计算 软件 小结 1量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 9 1 QASM eQASM QASM-HL Quil OpenQASM f-QASM Jaqal EDA Qiskit Metal IBM KQCircuits IQM 昇 LabOne HVI Optimus Google PyQCat QCL Q# Qiskit Cirq QRunes Quipper Silq Scaffold QPanda QDK Cirq Qiskit ProjectQ HiQ Forest SuperstaQ OriginIR Quil Blackbird Qiskit IBM Quantum Microsoft SuperstaQ Super.tech HiQ Qpanda2 OpenFermion Google ChemiQ HiQ Fermion Quantum SVM IBM Quantum-Fog Quantum-Edward Artiste TensorFlow Quantum Google VQNet量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 10 Paddle Quantum Deltaflow Riverlane ParityOS ParityQC 2021.9 ( 三) 经 典 云 计 算 可 为量 子 计 算 提 质 加速 1. 计 算资源 虚拟化 2. 分 布式计 算 存储 Map Reduce 3. 云 平台通 用管理量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 11 二 、量子 计算云平台 上开展 应用服 务探索 3 3量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 12 ( 一) 加 速 科 研 领 域 突破 IBM ( 二) 深 度 挖 掘 行 业 潜能 Google 2017 OpenFermion 2019 HiQ VQE 2021 7 ChemiQ 2 2 CQC Crown量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 13 Bioscience JSR JSR Life Sciences Kuano Amazon SARS-Cov-2 ApexQubit Aqemia DKFZ KPMG D-Wave 2000Q AlgoDynamix 2021.9 ( 三) 助 力 普 及 量 子 教育量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 14 IBM Q Experience 2016 2020 9 NISQ 三、 量子 计算云平台 提供 企业发展 态势 ( 一) 国 际 企 业 多 元 发展 ， 竞 争 合 作 并举 / 1. IBM IBM IBM 4量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 15 4 IBM 2. Google Google Google 5 5 Google量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 16 3. D-wave D-Wave D-wave 6 6 D-wave 4. Amazon Amazon 2019 Amazon Web Services AWS Amazon Braket Amazon 7量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 17 7 Amazon 5. Microsoft Microsoft Microsoft 8 8 Microsoft量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 18 6. Xanadu Xanadu 2016 2020 Xanadu Quantum Cloud PennyLane Strawberry Fields Python Xanadu 9 9 Xanadu 7. Honeywell Honeywell 2014 Honeywell 10量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 19 10 Honeywell 8. QuTech QuTech 2013 2020 4 Quantum Inspire 9. Strangeworks Strangeworks 2017 SaaS Strangeworks量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 20 11 11 Strangeworks ( 二) 国 内 企 业 多 方 发力 ， 积 极 贡 献 原生 力 量 1. 华为 2012 2018 HiQ HiQ 3.0 HiQ Optimizer HiQ Tensor量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 21 2. 本源 2017 9 2020 9 6-Qubit OriginQ Y QRunes QPanda Qurator-VSCode 2021 7 2021 9 3. 百度 2018 3 4. 腾讯 2017 2018 ABC2.0 (AI RoBotics Quantum Computing)量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 22 2019 Simhub AI 2021 9 5. 阿 里巴巴 2015 - 2017 2018 81 2019 2020 12 (ACQDP) 2.0 6. 量旋 2018 2019 12 2 4-Qubit 2020 10量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 23 7. 北 京量子 院 2021 5 8 QASM 8. 量 子创新 研究院 2017 10 2018 11-Qubit 2021 2 12-Qubit 2021 4 四 、量子 计算云平台 测评 研究 与实践 ( 一)量子计算云平台 测 评 需 求 与 研 究进 展 2021量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 24 (QSCOUT) DARPA 12 NEASQC NISQ NISQ 2020 ( 二)量子计算云平台 测 评 体 系 多 维 度分 析 1. 测评 体系 持续探索量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 25 12 2020 12 2. 技术 成熟 度与指标 13量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 26 13 2020 API /量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 27 ( 三)量子计算云平台 测评实践案例 1. 量 子计算 云平台服 务时间 测评 14 14 SDK/API N 1 1 M 1 n API/SDK量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 28 3 & (us) 1 11134 15800 15819 2 9065 10730 12159 (us) 1 75 786 10134 2 242 1664 16280 (us) 1 34 318 566 2 22 122 202 (us) 1 219 1845 9169 2 64 484 1667 (us) 1 10512 17707 32109 2 2247 6440 15633 100 3量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 29 2. 量 子计算 虚拟机性 能基准 测评 Q-IaaS 4 1 2 116700.0 lps 38250922. 0 lps 3277.7 20097396 0.5 lps 17221.4 55.0 MWIPS 4000.0 MWIPS 727.3 44462.2 MWIPS 8084.0 43.0 lps 2571.5 lps 598.0 1221.6 lps 284.1 Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks 3960.0 KBps 112339.5 KBps 283.7 14576.9 KBps 36.8 Copy 256 bufsize 500 maxblocks 1655.0 KBps 8121.3 KBps 169.9 3654.5 KBps 22.1 Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks 5800.0 KBps 379466.7 KBps 654.3 55897.3 KBps 96.4 12440.0 lps 245723.2 lps 197.5 2271245.9 lps 1825.8 4000.0 lps 35111.0 lps 87.8 182214.5 lps 455.5 126.0 lps 5808.9 lps 461.0 13344.4 lps 1059.1 (n=1) 42.4 lpm 4933.5 lpm 1163.6 83.0 lpm 19.6 6.0 lpm 1002.0 lpm 1670.0 5.7 lpm 9.4量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 30 1 2 (n=8) 15000.0 lps 131414.8 lps 87.6 930460.4 lps 620.3 1.0 445.5 287.0 4 Q-IaaS 五、 发展 态势总结 及建议 ( 一) 商 业 模 式 初 步 尝试 ， 多 方 合 作 热度 提 升 AWS D-wave Microsoft量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 31 Honeywell IonQ Google Cirq Strangeworks ( 二) 行 业 巨 头 大 力 推动 ， 联 盟 生 态 初具 雏 形 IBM Q Network 160 100 20 Q Experience 2021 1400 7000 Microsoft OQIA ( 三) 云 化 能 力 仍 需 提升 ， 标 准 测 评 亟待 推 进 IBM Qiskit Runtime量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 32 ( 四)发展建议量子云计算发展态势研究报告（2021 年） 1 中 国 信 息 通 信 研究 院 技术 与 标 准研 究 所 52 100191 010-62300331 010-62300123