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计算机技术与网络安全研究
Computer Technology and Cyber Security Research
信息专业委员会的研究成果，用七章 200 多页的篇幅详尽阐述量子计算优势和领
域背景、量子计算机的物理原理及其与经典计算机比较、发挥量子计算能力的量
子算法、基于 shor 算法的非对称密钥破解应用、研制量子计算所需软硬件的体
系结构与进展，以及专委会对量子计算的发展战略评估报告。
白皮书指出量子计算的发展主线是门量子计算，支线是量子退火（如
D⁃Wave 公司）。门量子计算可分为四代，门一代小规模 10⁃qubits 量级，门二代
演示“量子优越性”，门三代验证量子计算实际应用，门四代大规模容错量子计算。
四年来，量子计算发展遵循这个路线图取得了长足进步，量子处理器 Osprey 的
集成度达到 433 量子比特，量子比特错误抑和量子比特错误缓解已经实现。2023
年有望突破“G2b：展示门量子计算纠错”，量子计算商用化“G3：验证量子计
算实际应用”，这必须突破提升量子物理比特品质和找到公认的 NISQ 应用等核
心关键技术。
门量子计算的主线在分支后将汇聚到量子逻辑比特，这是通用量子计算之
路的关键里程碑。量子科技领域已经为第一个量子逻辑比特做好了理论准备和实
践准备，近 3 ～ 5 年可望见证通用量子计算机研制大门的开启。阿列克谢·基塔
耶夫在 1997 年提出利用多体系统的拓扑特性对量子信息进行编码和保护，从而
实现量子逻辑比特。2001 年，基塔耶夫等人又指出优于 1% 的容错阈值，就能
采用表面码（Surface Code）实现量子纠错。2022 年，Google 基于 2019 年发布的
72⁃qubits 超导量子芯片悬铃木（Sycamore)，实现量子比特错误缓解，突破了扩展
量子比特数量增益量子逻辑比特性能的临界点。这个方案主要有两点改进：一是
采用旋转表面码（Rotated Surface Code)，在有效码距 d 值不变的情况下减少编码
量子物理比特数量；二是采用 XZZX 表面码（XZZXSurface Code)，将容错阈值提
高到 5%。从技术角度推算，至少需要 720⁃qubits 才能够实现一个超导量子逻辑
比特，如果 IBM 采用同样的纠错技术，那么计划 2023 年发布的 1121⁃qubits 超导
量子芯片，有望成就第一个量子逻辑比特。
门量子计算的另一个核心关键技术是找到公认的 NISQ 应用。尽管量子计算
取得了令人瞩目的进展，但不可否认量子计算依然没有任何实际应用。在实现容
错量子计算（FaultTolerant Quantum Computing,FTQC）之前，量子计算都将处于
中等规模含噪量子计算（Noisy Intermediate⁃Scale Quantum,NISQ）时代，这可能
持续 3 ～ 10 年。在 NISQ 时代，量子计算最适用于模拟自然（基础物理、生物
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