量子计算迎来最新突破！非常规界面超导体研制成功，品质因数可达100万【附量子计算技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

近日，美国加州大学河滨分校领导的多机构团队研制出一种新型非常规界面超导材料。该材料可用于量子计算，并成为“拓扑超导体”的候选材料。研究成果发表在新一期《科学进展》杂志上。

据了解，拓扑超导体利用电子或空穴的非定域状态（空穴的行为类似于带正电荷的电子），以稳健的方式传输量子信息和处理数据。

研究团队将三方碲（一种非磁性的手性材料）与在金薄膜表面产生的表面态超导体结合在一起，并在界面上观察到了具有明确自旋极化的量子态。自旋极化允许激发态潜在地用于创建自旋量子比特。

团队在手性材料和金之间创建一个非常干净的界面，进而开发出了二维界面超导体。界面超导体是独一无二的，因为它存在于一个自旋能量比传统超导体高出6倍的环境中。界面超导体在磁场下发生转变，在高场下比在低场下更为稳健，这表明它能转变为在磁场下更稳定的“三重态超导体”。

通过与美国国家标准与技术研究所的合作，团队发现，这种包含异质结构金和铌薄膜的超导体可自然地抑制由铌氧化物等材料缺陷引起的退相干源，而退相干源是铌超导体面临的一个常见挑战。研究表明，这种超导体可制成高品质、低损耗的微波谐振器，品质因数可达100万。

技术价值观察

团队表示，他们使用的材料比量子计算行业通常使用的材料薄一个数量级。低损耗微波谐振器是量子计算的关键组件，可实现低损耗超导量子比特。而量子计算的最大挑战正是减少量子比特系统中的退相干或量子信息损失。

与以前需要磁性材料的方法不同，新方法使用非磁性材料来获得更清洁的界面。这种材料可能会成为开发更具可扩展性和可靠性的量子计算组件的候选材料。

“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。

宏观市场观察

科技巨头和初创企业积极布局量子计算

在量子计算领域，我国科技巨头阿里巴巴、腾讯、百度和华为通过与科研机构合作等方式成立量子实验室，布局量子处理器硬件、量子计算云平台等领域;而初创公司-本源量子，则在量子处理器硬件、开源软件平台和量子计算云服务等方面进行探索：

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。

全球量子计算产业规模预测

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%。

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、华东地区，并且以海南、安徽、广东省为重点发展区域，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、广东省深圳市福田区及广东省广州市天河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。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国量子计算行业市场前瞻与投资策略分析报告》

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