歐洲量子產業聯盟發布《戰略產業路線圖》報告

2024年初，歐洲量子產業聯盟發布了《戰略產業路線圖》報告，闡述了170多個成員對未來十年歐洲量子產業的集體愿景。

量子技術具有廣闊的發展前景和塑造新的全球產業價值鏈的潛力。全球越來越多的企業正致力于開發利用量子力學的解決方案。2024年1月，歐洲量子產業聯盟（QuIC，成立于2021年4月14日，負責倡導、促進和推動歐洲量子產業）發布了《戰略產業路線圖》（Strategic Industry Roadmap，SIR）報告。報告指出，量子技術將通過重塑信息處理和通信方式，甚至重塑我們與地球和深空環境互動的方式，對全球經濟社會產生廣泛影響。北美是全球量子技術市場的領導者，擁有全球近40%的參與者和超過60%的初創企業融資。12家最大的硬件廠商中有10家位于北美。而中國在量子通信方面具有最廣泛的商業應用。報告呈現了未來10年歐洲量子產業的集體愿景，以最大限度促進泛歐（歐盟國家以及以色列、挪威、瑞士、土耳其和英國等）量子產業的商業成功。報告主要內容包括5大技術領域：量子計算、量子模擬、量子傳感、使能技術和量子通信。

量子計算

預計量子硬件、中間件和軟件的持續進步將推動通用量子優勢機器在2030—2035年左右問世。路線圖中強調了量子計算發展過程中軟硬件協同發展的重要性，以及量子算法和應用發揮的關鍵作用，并指出了提高量子比特、降低錯誤率、實現量子優越性、開發實用算法等仍是量子計算領域所面臨的重要挑戰。量子計算主要采用6條技術路線：超導、半導體量子點、離子阱、中性原子、光量子和金剛石氮空位中心（NV中心），并為各路線制定了技術路線圖（見表1）。

量子模擬

量子模擬主要用于建模物理問題，中性原子量子模擬硬件將在2035年擁有1000個量子比特的量子處理器以模擬模式工作。量子模擬是指代模擬特定量子系統的設備，通過參數調解進行編程和控制，可以作為加速器與經典計算機結合使用，運行量子-經典混合算法，其中計算的特定部分在量子計算機上運行，其他部分在經典計算機上運行，通過結合經典計算機和量子計算機的優點，降低對量子硬件的技術要求，從而更早地感受量子優越性。在超導路線上，D-Wave退火量子計算機以5000個量子比特和35 000個耦合器得到業界認可；西班牙Qilimanjaro的全棧模擬量子計算機架構基于高質量的超導量子比特，可提供更高的相干性。在中性原子路線上，因量子比特數量具有良好擴展性，預計發展前景廣闊。在半導體量子點、離子阱、光量子、NV中心路線上，由于缺乏企業支撐，產業化進展緩慢。

量子傳感

基于固態物理和原子氣體的量子傳感器將在2030—2035年實現大規模市場普及。量子傳感利用了自然界的量子特性、量子現象、量子態的普適性和內在可重復性、相關物理量的量子化。與傳統傳感器相比，量子傳感器具有更高的靈敏度，但測量退相干性也限制了測量相互作用時間。量子傳感可被應用于眾多領域，尤其在儀器領域有著大量應用，如Qnami和QZabre的NV掃描顯微鏡已經達到技術就緒度（Technology Readiness Level，TRL）9并已大規模商業化。

量子傳感系統主要分為3類：固態、氣態和光量子態。它們都有特定的性質，對不同的物理量敏感，這使它們適合于特定的應用，例如用于重力學的冷原子、用于高分辨率磁強計的金剛石等。在固態傳感系統中，基于金剛石氮空位中心的大多數平臺已達到TRL 3，超導量子干涉波濾器處于TRL 5，空間燒孔效應技術處于TRL 5。在氣態傳感系統中，蒸汽傳感器處于TRL 3，原子鐘處于TRL 4～5。光量子態傳感系統，主要用于引力波探測器等大型儀器設備，目前市場上產品數量較少，包括基于冷原子的地基量子重力計和基于NV鉆石掃描探頭的納米分辨率顯微鏡。

使能技術

低溫技術、光子技術和電子控制技術是量子產業的重要支柱，預計量子供應鏈中的組件和系統的需求將迅速增長。使能技術是指開發量子基礎應用程序的物理組件。低溫技術中，歐洲擁有較為完整的供應鏈與龍頭企業，包括低溫制冷機的開發和集成公司Absolut System（法國）、4 K以下兩級循環制冷公司TransMIT（英國）、10 K以下GM制冷機公司Oxford Cryosystems（英國）等，在制造與銷售低溫設備方面有巨大市場潛力，但仍存在關鍵零部件與原材料的供應問題。光子技術中，共焦激光掃描顯微鏡用于研究光學活性量子比特正在開發中，預計在6年內達到TRL 9；基于光學傳感器掃描陣列的微腔掃描平臺和顯微鏡目前正在開發中，通過光學微腔內的增強光-物質相互作用，預計在3年內達到TRL 7，但由于缺少用于構建單通道頻率轉換器的非線性晶體等關鍵零部件，使得歐洲在光子技術的發展中存在外部依賴并導致行業脆弱性。電子控制技術中，Thales（法國）在低噪聲射頻電子設備方面成果顯著，還有Qblox（荷蘭）、Zurich Instruments（瑞士）等室溫電子設備企業，高技術成熟度企業的支持使高量子比特數的控制堆棧成為可能（見表2）。

量子通信

2035年將有可能將位于同一地區的量子計算機連接成具有合并計算能力遠遠超過單個設備總和的網絡。量子技術的不斷發展將對現有保密技術產生威脅，安全通信的潛在風險愈加凸顯。量子密鑰分發（QKD）和后量子密碼學（PQC）被視作應對挑戰的主要策略，地面段量子通信網絡（Terrestrial Segment）、空間段量子通信網絡（Space Segment）、量子隨機數生成領域（QRNG）是量子科技網絡安全的重要組成部分。

本文作者李航祺為上海市科學學研究所產業創新研究室工程師