《2020年量子信息处理前景:英国国防与安全展望》

  • 来源专题:计量基标准与精密测量
  • 发布时间:2023-04-19
  • 在晶体管和后来的集成电路的推动下,属于“第一次量子革命”的技术来自于对量子力学本质的理解。这些设备无处不在,对日常生活至关重要:我们戴着它们,通过它们访问和处理信息,它们使我们能够交流。“第二次量子革命”将引入利用更微妙量子效应的技术,预计将产生更大的影响。

    许多人将开发量子计算的热潮视为一场新的“太空竞赛”。通过量子纠缠和量子叠加等违反直觉的现象,大规模量子计算机有望超越最好的数字超级计算机几个数量级,并使我们能够前所未有地模拟自然世界的复杂性。在全球范围内,过去5年的进展是显著的,2019年10月,谷歌声称已经实现了“量子霸权”——也就是说,一台可编程量子计算机能够解决经典计算机实际上无法解决的问题。

    2014年,英国计划实施一项连贯的国家计划,并在秋季声明中宣布了为期五年的第一阶段政府对转化研发的支持(利用数十年来大学公共资助的基础研究),以建立主权量子技术产业部门。2019年秋季声明中宣布,政府将为国家量子技术计划(NQTP)再提供五年的支持,该计划涵盖量子计时、传感、通信、计算和模拟,包括创建国家量子计算中心。与此同时,国防科学技术实验室(Dstl)于2014年启动了一个类似DARPA的项目1,以开发量子技术,主要集中在位置、导航和定时(PNT)的量子传感器,包括时钟、重力传感器和惯性力传感器。该项目补充了NQTP和Dstl的工作,自国家计划启动以来,英国国防部一直是NQTP的合作伙伴。

    2014年,量子信息处理(QIP)被认为太不成熟,不利于近期的国防和安全利益,只进行了技术观察活动(重点是量子算法)。然而,国家和全球取得的进展超出了早期的预期,技术观察立场不再适合国防部。因此,Dstl和MOD已经调查了QIP在国家和全球的地位,本景观报告是生产的产品之一。预定读者包括国防和安全领域的高级政策制定者和决策者。

    本文件对英国在QIP硬件和软件方面的研发进行了批判性调查,以告知国防部应考虑哪些投资,以在近期(2020-2025年第一阶段)、中期(2025-2030年第二阶段)和未来(2030年第三阶段及以后)从QIP中获得国防和安全利益。特别关注第一时代早期采用这一新兴技术可能带来的任何破坏性好处。

相关报告
  • 《英国国家量子技术计划2020年战略意图》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 发布时间:2023-04-19
    • 这个量子技术的新时代将在我们日益成熟的数字时代改变经济,并有助于应对社会的挑战;推进医疗保健和环境保护,实现净零目标和更好的土地利用,支持金融服务和通信,提供国防和安全能力以及计算能力。这些技术将为那些有能力开发和利用它们的人创造新的全球市场机会和竞争优势,通过将它们集成到复杂系统中来释放创新1。出于这个原因,全球正在大力发展量子技术。英国准备参与量子技术的创建和应用,这份《战略意向》文件提出了实现这一机遇和发展量子经济的目标。 国家量子技术计划(NQTP)由合作伙伴(EPSRC、STFC、IUK、Dstl、MoD、NPL、BEIS、GCHQ、NCSC2)于2014年成立,旨在使英国成为这些技术开发和商业化的全球领导者。正如政府的研发路线图所强调的那样,世界级的研究和动态创新是一个相互关联的系统的一部分。NQTP迄今为止取得的成就是由将这个相互关联的系统整合在一起的连贯方法促成的。这种关注使英国在国际竞争中脱颖而出。
  • 《TQI 2024年度报告:量子行业在变革潜力和商业化前景的驱使下所面临的挑战》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:张宇
    • 发布时间:2025-01-22
    • Resonance的《量子内情》已发布其2024年度报告,报告显示全球量子领域投资高达490亿美元,并预计到2030年量子领域经济规模将超过2000亿美元。目前价值20亿美元的量子经济规模,预计到2030年将超过50亿美元,尽管在可扩展性和错误率方面存在障碍,但量子计算即服务(QCaaS)和量子安全将推动其迅速发展。到2030年,量子行业预计创造25万个全球工作岗位,区域创新中心将在商业化和人才培养中将发挥关键作用。量子技术已从探索性研究转向商业应用和区域创新中心,这种快速的发展标志着该技术正在重新定义量子市场的格局,世界各国政府已承诺为量子计划提供超过400亿美元的资金,其中美国、英国和德国等主要贡献者位居投资前列。这些国家几乎占据了所有量子资金的一半,并试图利用先发优势来获得量子技术所带来的经济和就业方面的利益,并为应对该技术可能带来的国家安全威胁做好准备。私人风险投资方面,资金也在激增,2024年已超过24亿美元,其中PsiQuantum的6.17亿美元融资尤为引人注目。量子研发是一个重要的——也可以说是显而易见的——重点领域,每年13亿美元的私人研发资金推动了门保真度、可扩展性和纠错方面的创新。IBM和D-Wave在专利效率方面脱颖而出,展现出超高的研发投入产出比。然而,市场在实现可行的含噪声中等规模量子(NISQ)系统方面仍面临挑战,保真度率直到最近才接近实现更广泛应用所需的99.9%阈值。量子市场预计将从目前的20亿美元估值增长到2030年的超过50亿美元,并由硬件和量子计算即服务(QCaaS)引领。QCaaS是增长最快的细分市场,展现出每年62%的年复合增长率(CAGR),预计到本世纪末将有2800家公司采用该服务。尽管前景乐观,但量子硬件交易已趋于平稳,由于新进入者专注于较小的系统,平均交易规模有所下降。量子安全和传感也带来了重大机遇。在采用后量子密码学(PQC)的推动下,量子安全市场预计将实现以54%的年复合增长率,到2030年将达到90亿美元。与此同时,量子传感在医疗保健、国防和环境监测中的应用预计将在同一时期翻一番,达到8亿美元。该报告强调了区域量子创新中心的增长趋势,这些中心整合了政府、学术界和企业的利益相关者,以推动本地化的经济影响。例如,美国已经发起了州级倡议——例如在南卡罗来纳州和科罗拉多州——这些倡议通常会得到联邦资金的支持。在国际上,韩国和日本等国家正在追求雄心勃勃的量子战略,强调国内能力和全球合作伙伴关系。这些中心被视为培养人才和促进长期商业化的关键。到2030年,量子经济预计将在全球范围内创造25万个工作岗位,重点关注涵盖研究、工程和商业开发等领域的职位。虽然量子领域充满潜力,但可扩展性和高错误率仍然是重大的技术障碍。大型硬件交易的停滞和对探索性项目的依赖也给供应商未来的收入带来更多不确定性。尽管存在这些障碍,但混合量子和经典系统,以及协同设计方法的进步正在为生产级应用铺平道路。展望未来,该报告强调了量子技术在金融和医疗保健、能源和制造业等各个行业的变革潜力。随着区域生态系统的成熟和商业化的加速,量子有望成为下一次技术革命的基石。