半导体量子计算是利用半导体量子点中的电子/空穴自旋态（如Si/SiGe或GaAs异质结）编码量 子比特，通过电控势阱局域载流子，借助自旋共振（ESR）或交换相互作用（Heisenberg模型）实 现门操作。 拓扑量子计算利用非阿贝尔任意子（如Majorana零能模或ν=5/2分数量子霍尔态）的拓扑简并 态存储量子信息，通过编织这些任意子（即交换它们的位置），可以实现量子比特的操作。 7 2024产业发展概览 01 01 和双量子比特门的实验演示和层析扫描，这些电子通过离子注 入与硅中引入的单磷供体结合。研究观察到交换相互作用对量 子比特一致性没有影响。通过使用门集层析扫描（GST）量化 量子运算的保真度，并使用通用门集创建电子自旋的纠缠贝尔 态，保真度为91.3±3.0%，并发度为0.87±0.05。 第三章 硬件整机 56 与半导体工艺相结合 目前，半导体路线尚未成熟，架构设计仍处于不断创新的阶段。例如，亚琛工 业大学采 拓扑量子计算仍未取得突破 武汉量子技术研究院、华中科技大学、清华大学、中国科学院 大学利用迈斯纳效应可以在小于 10mT 磁场下在导体/拓扑绝 缘体/超导体异质结中产生拓扑相,由此诱导具有非阿贝尔统计 属性的马约拉纳零模。 澳大利亚墨尔本大学、德国汉堡大学探索了一种通过将磁链耦 合到单分子磁体来初始化基于磁体-超导体混合网络的拓扑量 子比特的协议。 不列颠哥伦比亚大学、南开大学、汉诺威大学探索出一种在对

人工智能（AI）和数据分析。正如趋势 6中详细说明的，这可以提高流程效率。例如，采 用数字孪生技术可以帮助开发物理资产、系统和流程的虚拟模型，这些模型可用于模拟不 同的操作场景，优化决策，以提高采矿生产率和降低碳排放。11 诺基亚贝尔实验室和淡 水河谷目前正在对位于巴西卡拉贾斯的瓦莱公司自主铁矿石矿的一个数字副本进行试验。 初步估计，通过流程优化，该矿的生产效率有望提高25%。12 各企业面临的投资挑战性质，取决于企业规模以及其组织结构和运作方式。例如，对于

中国科学技术大学等推出“祖冲之三号”处理器，具有很高的操作保真度。 • 麻省理工学院使用可控的 4×4 超导量子比特阵列来模拟二维硬核 Bose-Hubbard晶格。 超导量子计算 • Quantinuum等在波函数中实现了非阿贝尔拓扑序，并演示了对其任意子的控制。 • 清华大学首次实现了512个离子的稳定囚禁以及300个离子的量子态测量。 • Oxford Ionics的单、双量子比特门保真度达到了99.9992%、99

4 8.00 269 67.25 2022.0 2 中国科学院 3 6.00 809 269.67 2018.3 3 电子科技大学 3 6.00 752 250.67 2020.0 4 贝尔法斯特女王大学 3 6.00 301 100.33 2021.7 5 新加坡国立大学 3 6.00 216 72.00 2021.0 6 南京理工大学 3 6.00 160 53.33 18 6.77 2021.3 8 清华大学 16 6.02 2021.4 9 南洋理工大学 15 5.64 2020.9 10 北京化工大学 14 5.26 2020.4 南加州大学 贝尔法斯特女王大学 华东理工大学 中国科学院 电子科技大学 新加坡国立大学 南京理工大学 中国地质大学 四川大学 中国科学技术大学 108 全球工程前沿 Engineering