什么是量子计算？
随着量子计算技术的不断进步，量子计算的标准化工作也在多个标准化发展组织中逐步展开。基于当前量子计算技术在国内外主要标准组织的开展与推进情况，针对量子计算的标准化现状、阶段性输出成果、热点问题及研究计划等进行分析总结，进一步对未来标准化工作进行展望，最后提出我国量子计算标准化发展建议。
关键词：量子信息技术；量子计算；标准化
1 引言
量子计算利用量子纠缠和叠加的物理性质，在数据的存储、特征的表征和计算的高效并行方面具备技术潜力，有望在大数据、人工智能、交通、物理、电信、化学制药等领域取得突破性应用，是目前量子信息技术（Quantum Information Technology，QIT）领域重点关注的发展方向之一[1]。随着量子计算技术的不断进步，学术界与工业界的不断交融，新应用模式的不断探索，商业资本的不断投入，量子计算的标准化工作也在多个标准化发展组织（Standard Development Organization，SDO）逐步展开[2]。
2 国际量子计算标准化进展
目前，量子计算国际标准研究初步启动，ITU-T、IEEE、IETF、ISO/IEC等多个SDO及EU Qflagship、NIST等研究组织正积极开展量子计算标准化布局以及标准化研究的前期工作。
2.1 ITU-T
目前，ITU-T中主要由FG-QIT4N量子信息及网络技术焦点组[3] 进行量子计算方面的预标准化工作。2019年9月27日，在瑞士日内瓦会议上，ITU-T决定设立FG-QIT4N焦点组，计划由来自中国方面的专家担任主席，来自美国、俄罗斯的专家担任联合主席，对量子增强型网络技术、量子信息技术驱动的新型服务及应用开展标准化预研工作。目前，量子计算作为QIT的重要技术领域，焦点组的WG1工作组对其开展了预标准化研究和套路讨论，详情如表1所示。
表1 FG-QIT4N WG1工作组输出物报告规划
量子计算、量子云计算、分布式量子计算、盲量子计算、量子信息网络、量子互联网等作为FG-QIT4N焦点组重要的技术内容，目前正在WG1的各工作子组间进行预标准化工作推进。涉及到量子云计算、量子信息网络、量子互联网等标准议题，计划与ITU-T SG13[4]、IETF[5]等SDO开展联络，为推动量子计算相关标准立项，提供相关技术背景信息和标准化工作建议。
2.2 IEEE
目前，IEEE主要有如下两个工作项目在进行量子计算的标准化研究，仍处于起步阶段，旨在澄清概念，定义术语，识别标准化需求并提供性能指标和基准。
2.2.1 IEEE P7130：量子计算技术术语及定义
为了使量子信息技术达成技术共识，该标准定义了量子技术相关的专有名词与特定术语，以在量子计算方面实现兼容性和互操作性，目前该标准通过立项建议（Approved PAR），处于研究周期中。
2.2.2 IEEE P7131：量子计算性能度量指标和基准测试
该标准涵盖量子计算性能度量，用于标准化量子计算硬件和软件的性能基准。这些度量标准和性能测试包括：对量子计算机进行基准测试（独立测试和对比测试），以及对量子计算机与经典计算机进行基准测试所需的一切测试，所用方法考虑了专用解算器等因素。目前，该标准通过立项建议（Approved PAR），处于研究周期中。
2.3 IETF
IETF标准组织的互联网技术研究工作任务组IRTF，设立了量 子互联网研究组（Quantum Internet Research Group，QIRG）。如表2所示，该研究组致力研究量子信息网络的架构、使能技术、路由协议、关键器件等方面内容，并依托新一代量子互联网络开展量子计算、量子传感和量子通信等服务应用的标准化工作，其中与量子计算相关的量子信息处理、量子信息互联及组网协议也可能在QIRG组开展讨论，目前该研究组的相关标准草案还在讨论之中[6]。
表2 QIRG研究组量子计算相关标准的进展情况
2.4 ISO/IEC
2018年，国际电工委员会第一联合技术委员会（ISO/IEC JTC 1）在量子计算方面成立了两个研究工作组，分别是SG2和SC7/SG 1。2019年，ISO/IEC JTC 1放弃了“研究工作组” 的提法，重新组建了量子计算的咨询工作组（AG），继续开展量子计算在信息技术领域标准化研究和需求分析工作，目前该组已经完成了研究梳理工作并向JTC 1提交了研究报告，同时建议JTC 1正式成立相应的技术组织，专门开展信息通信技术对量子计算的标准化需求研究，梳理应用场景和案例，开展术语标准的研制。2020年4月，由我国牵头提出的《信息技术 量子计算 术语和词汇》国际标准提案在ISO/ IEC JTC 1成功立项，对量子计算领域中的常用术语和词汇进行标准化制定，并于2020年6月下旬召开远程会议进行讨论[7]。
2.5 EU Quantum Flagship
欧盟量子旗舰（EU Quantum Flagship）组织是欧盟委员会成立的面向量子信息技术的研究组织，采用量子信息创新项目征集方式，号召欧盟工业界和学术界开展对量子信息技术的长期研究及发展演进工作。目前，欧盟量子旗舰组织已设立了20个量子信息领域的科研项目，这些项目将来有望为量子信息技术的标准化提供基础研究成果和技术支持，其中与量子计算相关的7个项目简介如表3所示[8]。
表3 欧盟量子旗舰组织目前开展的量子计算项目
2020年6月，欧盟量子旗舰组织、欧洲标准化委员会和欧洲电工标准化委员会（CEN-CENELEC）成立量子技术标准组，开展量子技术相关的预标准化工作，目标是加强量子技术领域的所有欧洲利益相关方之间的互动交流，沟通正在进行的活动，确定共同的需求和合作机会，并建议采取进一步行动举措，推进量子技术的标准化，支持量子技术的工业部署。
2.6 NIST
考虑到量子计算的算力提升对现代密码学的挑战，例如Shor算法理论上对现有RSA加密体系造成巨大的威胁，Grover算法可降低密钥的强度等，美国国家标准技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）已经启动了量子信息对抗情况下的量子公钥密码算法的技术征集和评估标准化项目，该项目的实现目标为在经典计算体系与未来量子计算体系中，采用抗量子密码学（Post Quantum Cryptography）技术升级现有公钥密码体系，在量子计算时代提供网络信息安全保障解决方案。
3 国内量子计算标准化进展
我国在量子信息技术标准化方面相比国际组织起步稍晚，目前正在积极推动布局相关工作。2018年8月，量子计算与测量标准化技术委员会（TC578）成立，主要负责量子计算与测量领域国家标准制修订工作[9]，由国家标准化管理委员会负责业务指导。其目前正开展的量子计算领域标准项目和研究课题情况参见表4。
表4 TC578中立项的量子计算标准项目及研究课题
此外，全国信息技术标准化技术委员会物联网分技术委员会（ SAC/TC 28/SC 41，SC 41）也成立了先进计算研究组，开展先进计算技术体系梳理和标准化需求研究，其中可能包括量子计算方面的标准化研究内容，目前正在征集标准化工作研究建议[7]。
4 量子计算标准化进展总结及发展建议
从量子计算标准化重点工作方向来看，由于量子计算技术尚未收敛，商业模式尚未明确，关键技术产品和市场化工作仍在发展中，目前量子计算标准化主要聚焦于科学术语定义的制定和量子计算潜在应用场景与需求分析两个方面：一方面，量子计算术语定义的标准化有助于学术界和工业界信息技术的对齐，在方法论层面达成一定的共识，有助于量子计算技术路线的平稳发展与产学研成果的顺利转化；另一方面，量子计算在业务层面和网络层面的潜在应用场景发掘及成效分析，有助于获取需求方、研究者和资本投资方的持续关注，从而加速量子计算技术领域与产业化进程的加速发展。而在关键器件、软件、安全、组网和测评等标准化方面，未来仍然以技术研究分析和标准化预研工作为主，进行逐步推进。
从国内外量子计算标准进展和布局来看，我国量子计算领域在计算硬件、软件、理论、算法、基础设施、测试仪器等方面，和欧美先进水平相比仍有一定差距，目前科研领域和工业领域均在起步阶段，因此量子计算标准化进程也相应滞后。但总体来说，我国量子计算标准化工作布局和发展方向和国际标准化总体趋势保持一致，未来在产学研用各方共同努力下，具备良好的发展潜力。
综上所述，结合国际量子计算标准化发展方向，以及我国量子计算技术与产业现状，针对我国标准化工作开展，本文提出两点建议。
一是对外加强国际标准制定的参与深度，扩大标准组织参与广度。建议积极争取牵头和参与量子计算标准和研究项目的制定工作，与国外量子计算专家积极交流、沟通合作，在标准化制定方面增加话语权；考虑到国际上多个SDOs在量子计算的标准侧重点和推进角度有所不同，建议企业、高校和研究机构在ITUT、ISO/IEC、IEEE、IETF等多个标准组中进行多方参与，丰富量子计算标准的沟通维度；同时，也应该注意到目前量子信息技术在标准推进工作中具备一定敏感性，因此在沟通、合作和标准工作方式上也应采取灵活的应对策略和积极平和的工作态度，保证标准化推进的公开、透明、开放和共享。
二是对内利用标准化的角色与平台属性，加大量子计算产学研生态培育力度。目前，我国量子计算标准化工作刚刚启动，量子计算产业生态还处于培育期，因此建议利用好标准化作为学术界与产业界桥梁和纽带的角色，为国内ICT企业、研究机构、初创企业和科研院所等提供公开、透明的沟通平台。建议学习及借鉴欧盟量子旗舰组织的运营模式，组织产学研界对量子计算和量子信息技术进行充分聚焦，一方面积极开展量子计算方面的研究立项与标准化工作，一方面定期组织技术和应用研讨会和论坛，为量子计算应用推广和标准化研究提供更灵活和广泛的沟通交流及合作渠道。
5 结束语
我国量子信息技术研究和应用探索具备良好的实践基础，目前在量子计算标准化方面，与国际进展相比虽然起步较晚，但发展态势良好，国内ICT企业、研究机构、初创企业也积极开展量子计算方面的研究、建设与应用探索工作，未来有望缩小与国际先进水平的差距。从研究与标准的角度来讲，及时开展相关技术和应用的标准化研究，将有助于引导和支持新兴技术的推广应用和相关产业生态建设，挖掘我国量子计算产业的发展潜力。
参考文献
[1] ITU. ITU Workshop on Quantum Information Technology(QIT) for Networks[EB/OL]. (2019-06-05)[2020-05-27]. https://c.quk.cc/3/z14/eqsttgn43nh QIT4N-I-117. Introduction of QIT4N and relevant standardization activities[C], 2020.
[3] ITU. ITU-T Focus Group on Quantum Information Technology for Networks(FG-QIT4N)[EB/OL]. [2020-05-27]. https://c.quk.cc/3/z14/zh3wdhd4meu ITU. ITU-T SG13: Future networks including cloud computing, mobile and next-generation networks[EB/OL]. [2020-05-27]. https://www.itu.int/en/ITU-T/studygroups/2013-2016/13/Pages/default. aspx.
[5] IETF. Internet engineering task force[EB/OL]. [2020-05-27]. https://www.ietf.org.
[6] IETF. Quantum Internet Research Group[EB/OL]. [2020-05-27]. https://datatracker.ietf.org/rg/qirg/about/.
[7] 国家标准化管理委员会. 首个量子计算国际标准成功立项[EB/OL]. [2020-05-27]. http://www.sac.gov.cn/xw/bzhdt/202005/t20200509_346517. htm.
[8] Quantum Flagship. Learn more about Quantum projects[EB/OL]. [2020-05-27]. https://qt.eu/understand/projects/.
[9] 国家标准化管理委员会. 关于征集全国量子计算与测量标准化技术委员会委员的通知[EB/OL]. (2018-08-16)[2020-05-27]. http://www.sac.gov.cn/szhywb/sytz/201808/t20180816_342848. htm.
Quantum computing standardization progress
LYU Bo, LAI Junsen
（Technology and Standards Research Institute, China Academy of Information and Communication Technology，Beijing 100191, China）
Abstract: With the continuous development of quantum computing technology, the standardization of quantum computing has also been gradually carried out in several standardization development organizations. This paper discusses the current status and progress of quantum computing technology in international and domestic standards organizations, analyzing and summarizing the progress of quantum computing standardization, periodic output, hot issues and research plans etc. , further looking forward to future standardization work Furthermore, it puts forward some suggestions for the development of quantum computing standardization in China.
Key words: quantum information technology; quantum computing; standardization
