2021年世界量子信息技术科研及产业化研究
一、引言
在当前欧美等发达国家纷纷启动量子信息国家战略背景下，量子信息技术已成为全球最热的科技竞争焦点之一。美国、中国、日本、加拿大及欧洲等国家和地区在加快量子信息技术基础研究和应用研发过程中，愈发重视创新成果的保护和运用。近5年来，量子信息科研产出和技术专利大量涌现。本文在对最新的量子信息领域专利申请和科研论文趋势进行分析的基础上，为量子信息技术和产业发展提供参考。
二、量子信息领域科研成果，近期热点频
通过对超过4 万篇量子信息技术论文进行统计，按照Web of Science学科分类，发现论文主要分布在物理学、光学、工程等领域，同时与计算科学、化学、数学等领域也有较多关联[2]。其中，物理学（多学科）占16.13%、光学占14.90%、物理（应用）占11.79%、物理（原子、分子与化学）占 9.51%、工程（电气与电子）占6.65%。另外，全球发文量排前20名的期刊汇聚了超过45%的量子信息相关科研论文，分布较集中。
量子信息作为数学、信息学、物理学及计算机科学等学科的交叉前沿领域，经过论文筛选和关键词聚类分析发现，关键词关系图呈现出3个主要的聚簇。
第一个聚簇主要围绕量子物理实现技术，包括超导
（Superconductivity）、NV色心（Color Center）、硅量子点（Silicon Quantum Dots）等。
第二个聚簇主要围绕量子加密和通信技术，包括量子密钥分发（Quantum Key Distribution）、量子隐形传态（Quantum
Teleportation）、安全直接通信（Secure Direct Communication）、单光子探测器（Single Photon Detector）、量子克隆（Quantum Cloning）等。
第三个聚簇主要围绕量子计算和量子信息学技术，包括量子算法（Quantum Algorithm）、 搜索算法（Search Algorithm）、神经网络（Neural Networks）、深度学习算法（Deep Learning Algorithms）、纠错算法（Error Correction）、 量子图像处理（Quantum Image Processing）等，在第二个和第三个聚簇交汇处出现量子测量领域相关技术。
此外，量子退火（Quantum Annealing）、粒子群优化（Particle Swarm Optimization）、可逆逻辑（Reversible Logic）、单光子探测器（Single Photon Detector）等关键词位于词云的边缘，与量子计算和量子密码学关系比较紧密，与其他主题的关系较弱。 随着人们对量子信息技术的兴趣日益高涨，对最近3年新增关键词词频进行统计发现，科研方向出现了一些新的关注点，如量子霸权（Supremacy）、量子区块链（Block Chain）、量子发射器（Quantum Emitters）、分布稳健（Distribution Robust）、几何自旋（Geometric
Spin）、二维量子材料（Two-Dimensional Materials）、片上量子（On-chip）、量子纳米光子学（Quantum Nano Photonics）等。除量子霸权外，这些新增关键词都是以理论研究为主，如有科学家认为利用跨时间的量子纠缠在未来的量子网络中实现高度安全的量子区块链是值得提倡的。持续上升，领先国家织密科研合作网络
量子信息技术各领域论文年度发文量及国家排序如图1所示。量子计算、量子通信、量子测量领域科研论文发文量持续上升。
图1 量子信息技术各领域论文年度发文量及国家排序（来
源：中国信息通信研究院知识产权中心）
（1）量子计算上升趋势最明显，来自美国科研
机构和企业的论文数量超过8000 篇，位列第一；中国紧随其后，超过4000 篇；其次是德国、日本、英国、加拿大、法国、澳大利亚、
2021年世界量子信息技术科研及产业化研究
