量子计算
▲图1 ：量子计算路线图
过去十年开发的量子处理器可以归类为“噪声中等规模量子” (NISQ) 设备。然而，近期有限的量子纠错（QEC）演示预示着一个新时代的开始。DOE预测这两类设备将共存，路线图显示：
5年内：实现1000个物理量子比特，错误率阈值低10倍。
5-10年：第一代小型量子纠错计算机将投入使用。将量子比特规模扩大到10000个，同时保持低错误率，并开发量子互连以实现模块化架构。
10-20年：量子计算机的规模将继续扩展，逐步实现大型量子纠错计算机。实现大规模架构解决方案，并原型化和开发量子数据中心。
20年后：超大规模量子计算机将具有容错能力，这意味着它们的逻辑错误率将足够低，计算能力极大提升，为科学研究带来革命性突破。
量子传感
使用量子比特作为传感器可以达到人类有史以来最精确的测量，例如原子钟及其关键应用。几种类型的量子比特实现的高空间分辨率也为材料、化学和生物医学诊断的微观探测带来新的可能。某些量子比特类型的内在稳定性、可重复性和鲁棒性使其成为可以在极端环境中部署的优秀传感器，例如地下、太空和等离子体附近。将量子传感器部署于极端环境中是一项复杂的任务，需要广泛的跨学科合作。DOE预测路线图如图2所示：
▲图2：量子传感路线图
过去十年，量子传感器的开发及验证其在应用中的潜力是重点。下一代量子仪器将通过借鉴最先进的光学原子钟，在动态的地面环境中维持高灵敏度。光子集成电路（PIC）激光技术的进步也将显著降低这些设备的尺寸和成本。路线图表明：
5年内：将开发高灵敏度的量子传感器，用于材料科学和基础物理测量。
5到10年内：发展这些平台将需要改进材料，集成探测器，提高灵敏度。
10年后：量子传感器有望进行更深远的物理探索和生物医学领域实现广泛应用，实现商业转化，提供高精度的监测和诊断能力。
量子网络
旨在通过连接量子资源来发挥其优势。量子网络如同纽带，扩展了计算与传感应用并充分发挥它们的潜力，同时促进计算机与传感器之间的新型应用，从而产生指数级的性能优势。在追求量子网络最大化性能的过程中，面临着各种技术挑战。量子网络最关键的构建模块是量子中继器。另一个可能的颠覆性技术是开发能传输可见光并且低损耗的光纤，这会消除或减少对量子中继器的紧迫需求。其他量子信息科学（QIS）领域的进展（如计算和传感）也可能打乱这一时间表。DOE预测路线图见下图3：
▲图3：量子网络路线图
将资源分配到量子网络的关键要素上，如中继器、路由器、低损耗光纤等，并集成连接这些组件，将带来灵敏度的提升、精度的增强以及互联设备能力的增加。路线图表明：
5-10年内：将实现超100公里范围内的纠缠光子网络和量子交换机。量子中继器通过光纤克服损耗，实现量子路由器和量子局域及城域网络。
15-30年内：量子技术将通过光纤或卫星，实现洲际间量子纠缠，以及量子存储器在网络节点的应用。最终实现高速高质量的量子网络。
翻译：程欢
来源：https://science.osti.gov/-/media/QIS/pdf/DOE_QIS_Roadmap_Final.pdf
