1、量子计算系列报告量子计算系列报告Quantum Computing Series Report量子计算机整机量子计算机整机光子盒研究院2021 年 9 月量子计算系列报告i目录目录.i图表目录.ii编者序.iii光子盒简介.iv声明.v第一章 量子计算机发展历程简介.1第二章 量子计算机发展的三大阶段.7一、实现量子计算优越性.7二、制造专用量子模拟机.8三、制造可编程通用量子计算机.8第三章 量子计算机的工作原理.10第四章 量子计算机的技术路线.13一、超导.14二、离子阱.15三、光量子.16四、量子点.19五、冷原子.22第五章 量子计算机的性能衡量.25第六章 中国量子计算整机重大进

2、展简介.28一、“九章”量子计算原型机.28二、“祖冲之号”量子计算原型机.29三、“本源悟源”超导量子计算机.33第七章 总结.34关于作者.35黑目录量子计算系列报告ii图表目录图目录图目录图 1 量子计算发展的主要阶段（基于门的量子计算机）.9图 2 未来十年通往广泛量子优势之路.9图 3 量子计算机的工作原理.10图 4 超导量子计算机的工作流程.11图 5IBM 量子计算机运行流程图.12图 6 Xanadu 光量子计算机处理器.17图 7 Xanadu 的 X8 光子量子处理单元.18图 8 由 GlobalFoundries（格罗方德）制造的 PsiQuantum Q1 芯片层.

3、18图 9 英特尔低温控制芯片 Horse Ridge.21图 10Atom Computing 第一代 100 原子量子计算机Phoenix.24图 11 商业化量子计算机外观对比.25图 12 影响量子体积的因素.26图 13“九章”的光量子干涉实物图.29图 14“九章”2.0 技术示意图.29图 15“祖冲之号”的二维超导量子比特芯片示意图.30图 16“祖冲之号”66 量子比特超导量子处理器示意图.31图 17“祖冲之号”2.1 升级版高性能量子处理器器件示意图.32图 17 本源悟源量子计算机外观.33表目录表目录表 1 各技术路线主要参与者及机构类型.13表 2“九章”和“祖冲之

4、号”量子计算原型机对比.32黑图表目录量子计算系列报告iii编者序20 世纪 80 年代初，Paul Benioff、Yuri Manin 和 Richard Feynman 提出了各自的想法，他们为量子计算机的发展奠定了基础。1985 年，David Deutsch 描述了基于门的量子计算机。1994 年，Peter Shor 提出一种可以在量子计算机上实现的量子算法，该算法的提出使人们意识到量子计算的巨大潜力。至此，科学界掀起了第一波量子计算机的研究热潮。在量子科技这轮角逐中，美国、加拿大、欧洲等国都参与其中，竞相争夺制造出第一台量子计算机。2019 年，IBM 发布 IBM Q Syst

5、em One，这是世界首个量子计算集成系统。同年，谷歌 Sycamore 量子处理器，第一次向世人展示量子计算优越性。2020 年和 2021 年，我国自主研发的量子计算原型机“九章”和“祖冲之号”相继问世，并展示了超越谷歌的量子计算优越性。这些研究进展令科学界和产业界兴奋，并期待着更加强大的量子计算机的尽快问世。量子计算从设想到实验室再到可以脱离实验室环境运行，这一路已经走了40 年，距离真正实现商业价值的几百万量子比特的量子计算机还有很大差距。为了更好地预测量子计算机的未来发展方向和进程，研究量子计算机的过去和现在便成了基础。光子盒基于此目的编写了这份报告，希望能为中国量子计算产业发展提供

6、参考和借鉴。本报告是光子盒研究院出品的量子计算系列报告第 3 期，介绍了量子计算机的发展简介、发展阶段、工作原理、性能衡量等内容。希望通过此文章，可以加深您对量子计算机这一新事物的理解。更多关于量子计算或量子计算机的信息，详见光子盒研究院量子计算系列报告其他子报告。关键词：量子计算机发展简介；量子计算机发展阶段；量子计算机工作原理；量子计算机技术路线黑编者序量子计算系列报告iv光子盒简介光子盒创立于 2020 年 2 月，名称来自于在 1930 年第六届索尔维会议（SolvayConference）上，爱因斯坦在其与玻尔的争论（Bohr-Einstein debate）中提出的一项光子盒实验（