1.1 量子信息技术的由来
1900年，德国物理学家普朗克便 提出这一概念——“量子”。
说起量子，可能大家都会知道“薛定谔的 猫”。这要提到量子力学理论，这一猜想来源于基于该理论的放射性镭处在一种“叠加”状态(即衰变和不衰变)这 一说法，而薛定谔的猫就是指猫处于既死又活两 种状态的叠加状态。如果说普朗克提出量子概念 是量子力学的开端，那么薛定谔波动方程则是将量子力学上升到一个全新的高度。但薛定谔的猫仅仅是一个思想实验而已。
随着人类对量子力学研究的不断深入，在微观物理体系(电子、光子等)中操控量子，利用量子叠加态、纠缠态等物理特性，结合计算机科学原理，实现信息获取、处理和传输的量子信息技术由此诞生并快速发展。量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域，它可以在提升运算处理速度、信息安全保障能力、测量精度和灵敏度等方面突破经典技术的瓶颈。
1.2 量子计算的概念
通常来说，量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模 式，它与现有计算模式完全不同。经典计算使用二进制的数字电子方式进行运算， 而二进制总是处于0或1的确定状态。量子计算 与现有的计算模式完全不同，它借助量子力学 的叠加特性，能够实现计算状态的叠加。它不 仅包含0和1，还包含0和1同时存在的叠加态 (superposition)。
普通计算机中的2位寄存器一次只能存储一 个二进制数(00、01、10、11中的一个)，而量子计算机中的2位量子比特寄存器可以同时保持所有4个状态的叠加。当量子比特的数量为n个时， 量子处理器对n个量子位执行一个操作就相当于对经典位执行2n 个操作。
1.3量子计算如何实现？
1981年，诺贝尔物理学奖得主理查德•费曼 (Richard Feynman)在量子计算领域提出两个问题： ①经典计算机是否能够有效地模拟量子系统？②如 果我们放弃经典的图灵机模型，是否可以做得更 好？正是因为科学家们用微分方程表示量子系统的 演化比传统物理体系存在更多变量，而费曼认为目 前没有任何行得通的办法来求解变量多的微分方 程，所以他认为经典的计算机无法有效地模拟量子 系统。但如果人们拓展一下计算机的工作方式， 用一些其他的东西，比如分子和原子，而不是使用 逻辑门来建造计算机，那么结果会不会不一样？ 针对这样的问题，费曼做了一系列验证性实验， 并从实验结果推测可知这个方向或许可以实现。
在这之后，基于量子力学的新型计算机的 研究被提上科学发展的日程。此后，计算机科学 家们也一直在努力攻克这一艰巨挑战。1985年， David Deutsch描述了通用量子计算机。科学家们逐渐达成一个共识：一个完整的量子计算机需要具备三个基本模块，即量子芯片(强大的物理硬件体系)、量子信息控制系统(确保计算可靠的底层信息处理系统)、量子算法(提高运算速度的软件系统)。
在理论方面，量子计算发展迅速，但在真正的试验落地阶段却因为一些原因要缓慢得多。量子比特需要满足(具备)可伸缩、特性良好、初态制备能力、相干时间足够长、完全幺正操作能力、能够对量子比特终态实施有效的测量、规模集成化等等这些条件才能实现可实用化的量子计算物理体系。除此之外，在量子固态器件方向的量子芯片物理体系制备对正常运行的环境要求十分苛刻，工作温度接近绝对零度，因而目前的技术水平加上环境条件的苛刻，在量子世界实现计算规模化也是非常困难的。
2.2 国外主流研究体系企业的发展
2.2.1 英特尔(Intel)
在紧跟人工智能时代步伐的同时，英特尔积极加入量子计算的研究和准备大军，同时开展半导体和超导方案，研究量子计算。早在2015年Intel与QuTech(由荷兰代尔夫 特理工大学与荷兰国家应用科学院联合创立)合作，Intel将其在材料科学、半导体制造、互连 (interconnect)和数字系统方面的专业技术用于开发两种类型的量子位或量子比特——这是量子计算机中处理的基本要素.QuTech在2017年10月已研制出17位量子比特的超导芯片。
2019年12月，英特尔研究中心发布第一个低温控制芯片，代号为“Horse Ridge”，是与 QuTech合作开发的。从这次发布的Horse Ridge可以看出， 英特尔内部已经将研究技术路线更聚焦在硅自旋量子计算上。早期的量子硬件开发中，英特尔认定阻止量子计算商业规模化的主要瓶颈是互连和控制(control electronics)，而Horse Ridge的推出正是英特尔量子控制系统小型化的最新尝试。 它可以实现对多个量子比特的控制，从而进一步提升设计、测试和优化商业化量子计算机的能力。
2.2.2 IBM
IBM是世界上最具创新性的公司之一。IBM 开发了动态随机存取存储器(DRAM)、磁盘驱动器、信用卡磁条和许多其他发明。IBM在2019年宣布，它已经成功开发出了一款基于超导系统的20位量子计算机，有望在年底前向付费用户提供。
IBM还表示，一个50位量子位的原型已经开发出来，这 将为未来的IBM Q系统奠定基础。 2019年IBM展示了世界上第一个独立的商用量子计算机Q System One ，并且明确表示，“IBM Q System One是 迈向量子计算商业化的重要一步。”
2.2.3 谷歌(Google)
2019谷歌在被称为“量子优越性”方向上的重大突破研究登上英国《自然》杂志 150 周年版的封面——谷歌已经利用一台 54 量子比特的量子计算机实现了传统架构计算机无法完成的任务。早期谷歌量子人工智能实验室(Google Quantum AI Lab)的目标是建造可用于解决现实世界问题的量子计算机。谷歌量子人工智能实验室指出，使用量子处理器Bristlecone 可以实现量子霸权。
3.1 国外量子计算产业化态势
3.1.1 IBM Q Network
2017年12月，IBM创建了由汽车制造商、金 融机构、橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Lab)和研究型大学等组成的Q Network。 IBM Q Network作为一个全球范围的团体， 致力于先进量子计算的发展及其在工业和科研 领域的应用。这个团体内的成员可以通过云技术 在IBM量子计算机上进行实验和运行算法，接触 到量子计算方面的专家和资源。对于特定的参与 者，还将提供接触IBM Q系统的机会。IBM Q可为在量子计算竞赛中的初创公司提供深度接触 API和高级量子软件工具的机会，以及来自IBM 科学家、技术人员和顾问的关于未来量子技术应 用的建议。IBM Q平台让公众不受限于硬件，在 用户集成量子计算相关硬件之前，还为用户提供 设计和配置量子计算硬件的能力，加快相关应用 功能系统的实现。 IBM官网上写着这样一句话：具有前瞻性思 维的公司、学术机构和国家研究实验室正在加入 IBM Q Network，利用量子解决当今无法解决的 问题。
3.1.2 芝加哥量子交易所
2019年11月，欧洲和澳大利亚的主要研 究机构宣布加入芝加哥量子交易所(Chicago Quantum Exchange)，成为其首批国际成员，建 立了全球合作伙伴关系，这对量子科学和工程领 域的新突破至关重要。 近期，QuTech和新南威尔士大学(UNSW)加 入芝加哥量子交易所，成为其第一批美国本土外 成员。芝加哥量子交易所与QuTech的合作将在 量子计算、量子传感和量子通信等领域展开，而与UNSW的合作则聚焦使用自旋量子位技术进行 量子计算。 芝加哥量子交易所的成员除了新南威尔士 大学和QuTech以外，还包括芝加哥大学、阿贡 国家实验室、费米国家加速器实验室、威斯康星 大学麦迪逊分校、伊利诺伊大学香槟分校和西北 大学。芝加哥量子交易所还包括7个行业合作伙 伴：IBM、波音、应用材料公司、ColdQuanta公 司、HRL Laboratories LLC、Quantum Opus LLC 和Rigetti计算公司。
