物理学家开发量化量子纠缠的新方法：挑战传统理论，或将推动量子计算发展【附量子计算技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

纠缠是量子物理学中的一种现象，其中两个或多个系统以一种无法单独描述其量子态的方式互连。当系统相互作用并变得纠缠时，它们表现出很强的相关性。这个概念对于量子计算至关重要，因为纠缠的程度直接影响量子计算机的优化和效率。系统纠缠得越多，量子计算机的性能就越好。

巴西里奥克拉罗圣保罗州立大学地球科学与精确科学研究所 (IGCE-UNESP) 物理系的研究人员进行了一项研究，测试了一种量化纠缠的新方法及其最大化的条件，应用包括优化量子计算机的构造，挑战了传统理论，并有可能推动量子计算的发展。这项研究强调了纠缠在增强处理能力方面的重要性，并提供了对经典计算局限性的见解，突显了谷歌和IBM 等公司领导的量子技术的快速进步。有关这项研究的文章以信件形式发表在《物理评论 B》上。

该研究展示了赫尔曼-费曼定理在特定条件下如何失效。该定理描述了系统自身能量对控制参数的依赖性，是从量子化学到粒子物理学等跨学科使用的量子力学的关键部分。

该文章的最后作者、IGCE-UNESP教授Valdeci Mariano de Souza表示，简单地说，我们提出了一种Grüneisen参数的量子模拟，该参数在热力学中广泛用于探索有限的温度和量子临界点。在我们的提案中，量子Grü的neisen参数量化了与控制参数相关的纠缠，例如，控制参数可能是磁场或一定水平的压力。使用我们的提议，我们证明了纠缠将在量子临界点附近最大化，赫尔曼-费曼定理在临界点处崩溃。

对Souza来说，这些结果有助于物理学的基础研究，也可能对量子计算产生直接影响。回忆起英特尔联合创始人戈登·摩尔1965年的预测，即传统计算机中使用的晶体管数量将每两年翻一番，他说，经典计算机的这种快速增长是无法持续的，而最近的技术进步正在使量子计算突飞猛进，谷歌和IBM等巨头处于领先地位。

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技术价值观察

量子信息主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域。量子信息产业链从上游到下游主要包含基础光电元器件、量子通信核心元器件、量子通信传输干线、量子系统平台、以及应用层五个环节。其中基础光电元器件和核心设备是支撑起量子通信的技术和硬件基础;量子传输干线是实现远程量子通信及量子网络的传输渠道;量子系统平台主要负责对信息进行整合处理并根据需求做出相关指令，是维护整个系统健康运转的软件基础;应用层则为量子信息产业化的下游，主要为军事国防、政务、金融、互联网云服务、电力等领域的应用。

圣保罗州立大学的研究人员开发了一种量化量子纠缠的新方法，应用包括优化量子计算机的构造，并有可能推动量子计算的发展。因此，从量子计算产业链上看，该技术处于产业链的中游环节。

宏观市场观察

——量子信息三大领域发展定位及应用前景

目前，国家层面的量子信息产业发展规划暂未出台，参考中国信通院对量子信息领域的发展定位及应用前景，“十四五”期间，我国量子信息产业的发展目标各有不同、各有侧重。其中，量子计算侧重于突破经典计算极限的算力飞跃、量子通信技术侧重于服务经典通信加密、量子测量注重实现物理量测量和信息获取的精度、分辨率、稳定度等。

——欧美日韩积极布局量子计算

当前，量子力学已经成为世界的科技研究一大热点。全球主要国家高度关注量子信息技术发展，纷纷加大政策和资金支持，力争抢占新兴信息技术制高点。

美国是量子计算布局里最早也最积极的玩家之一，2018年美国通过《国家量子倡议法案》，在此之前，美国商务部的国家标准与技术研究院(NIST)，以及非营利组织SRI International签署了合作研发协议。通过财团的力量，帮助美国推动量子计算行业的发展。2019年，美国政府发布未来工业发展计划，将量子信息技术等四大关键技术视为未来科技和产业发展的“基础设施”，认为发展量子信息科学能够保持美国在全球产业变革中的主导地位。政策上的持续加码，让美国在全球量子计算研发上占据主导地位。

此外，英国、德国、荷兰等国也相继出台了针对量子计算、量子通信等量子领域的发展规划;日本、韩国起步较晚，但是凭借着本身的技术积累，在量子计算领域的发展也来势汹汹。

——量子计算：2030年左右实现商业化，市场规模超过千亿美元

结合量子计算所需的物理学基础与算法基础，量子计算有望在10-15年内实现商用。根据IDC数据，2022年全球量子计算技术(包括硬件、软件和即服务解决方案)市场规模为11亿美元，2027年将增长至76亿美元左右。预计量子计算的商用元年在2030年，市场需求超过1000亿美元，2022-2030年年均复合增长率达79.72%。

——量子计算：多种技术路线竞相发展

量子计算包含量子处理器、量子编码、量子算法、量子软件、以及外围保障和上层应用等多个环节。目前，量子处理器的物理比特实现仍是量子计算研究的核心瓶颈，主要包含超导、离子阱、硅量子点、中性原子、光量子、金刚石色心和拓扑等多种方案，研究取得一定进展，但仍未实现技术路线收敛。

量子计算硬件技术主要分两大类，一类是以超导和硅半导体为代表的人造粒子路线，另一类是以离子阱、光量子和中性原子为代表的天然粒子路线。量子计算硬件研发目前处于各种技术路线并行发展和开放竞争阶段。

中国量子计算技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与量子计算关键技术强关联的城市集群主要集中在华南、华东和华北地区，并且以海南、安徽省为重点发展区域，未来布局量子计算技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南华东优先导入，其中可重点关注海南省海口市龙华区、安徽省合肥市庐阳区、山西省太原市迎泽区所处量子计算的相关企业，以及该地方对于量子计算产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

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更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国量子计算机行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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