ACM通信

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评估量子计算的前景

作者:Advait Deshpande
ACM通信，2022年10月，第65卷第10期，57-65页
10.1145 / 3524109
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关于量子计算和量子通信的潜在改变游戏规则的影响，现在流行和学术文献中都出现了一种新兴的论述。^6，18对量子计算投资的预期回报及其颠覆当前经典数字计算格局的潜力，加剧了所谓的大型科技公司之间的竞争，并选择了一些高性能的初创企业，以交付功能强大的量子计算机。^15，17尽管一些软件工具已经免费或以开源的方式提供，但大型科技公司和初创企业对硬件的大多数研发仍然是私有的。这使得现实地评估可用的量子计算能力和区分炒作与市场现实具有挑战性。^1，23尽管与量子计算相关的预期和时间线越来越多，但可能不现实，^14，38从2021-2022年的市场角度评估技术前景的研究似乎数量有限。

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关键的见解

本文旨在评估量子计算的发展，重点关注已开发技术的市场准备程度和以下关键参与者的投资水平:大型科技公司、初创企业和民族国家。这份市场评估报告采用了案头调研的方法。本文的讨论旨在对当前的运行状态进行初步的、探索性的审查，而不是对市场参与者的全面调查。其目的是提供对量子计算技术的当前能力和它们对计算的未来的影响的更充分的理解。这些发现有望引起量子计算研究人员的兴趣;政策制定者;市场参与者，如风险资本投资者、技术公司和在量子计算领域投资资源的民族国家;还有那些追随新兴科技趋势的人。

本文首先讨论了研究方法，包括其局限性，然后描述了关键术语，并对量子计算硬件和软件的市场准备情况进行了分析。接下来是对报告的量子计算技术投资水平的讨论，然后是对未来量子计算前景的影响的考虑。文章最后对研究结果进行了反思。

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研究方法

为了了解量子计算技术发展的当前状态，本文使用了一种高度针对性的文献综述形式，基于对谷歌Scholar和谷歌的可用文献的扫描。作为初始扫描的一部分，文献搜索覆盖了谷歌Scholar上的同行评审期刊文章和会议论文，使用以下搜索词的组合:“量子计算”、“市场准备程度”、“投资水平”、“技术准备程度”、“开发成本”、“总可寻市场”、“市场规模”、“^＊大型科技股^＊”、“启动^＊、“start up”^＊”。

灰色文献被排除在谷歌Scholar上进行的初始搜索之外。然而，在谷歌Scholar上对这些术语的初始扫描主要产生了关于量子计算的技术文献。因此，搜索标准被扩大到包括灰色文献(技术咨询和政策报告、博客、技术杂志和新闻文章)。第二轮搜索是在谷歌而不是谷歌Scholar上进行的。2010年以后的搜索结果被优先考虑，只有英文发表的文章才被认为是两轮文献扫描的一部分。

对于在扫描谷歌和谷歌学者搜索结果期间识别的文献，摘要和执行摘要在较高的水平上进行了审查。48篇文章根据它们与本文目标的相关性入围，并根据以下相关参数对这些文章进行了详细的审查，以对研究结果进行分类:定义、量子计算的方法、该技术的市场准备程度、报告的投资水平以及对量子计算技术未来发展的影响。作为审查最终文章短列表的一部分所提取的信息构成了本文其余部分讨论的基础。通过扫描入围文章中的相关参考文献(也就是滚雪球)，确定了43篇额外的文章，以交叉检查和三角测量结果。与本文叙述最相关的文章被引用并包含在参考文献部分。

鉴于文献扫描的高度针对性，必须考虑对本文中提供的发现的一些注意事项。扫描依赖于公共领域的信息，结果主要是定性文献被识别。数据来源在性质上是次要的，由于获取数据的成本，商业上可获得的关于量子计算发展的定量信息被排除在外。因此，后续部分的分析是探索性的，而不是对现有文献的全面覆盖。

尽管有越来越多的文献关注量子计算技术在安全和加密领域的应用，但本文主要关注通用量子计算。关于量子加密和量子安全方法的广泛讨论超出了本文的范围。关于量子通信的文献——即量子物理在信息处理、网络和通信方面的应用——也被排除在分析之外。这是为了促进对量子计算技术发展状态的校准讨论。

本文主要关注大型科技公司、初创企业和民族国家。尽管文献将投资银行、汽车制造、石油和天然气生产、保险和跨国零售银行等领域的市场参与者确定为技术的主要投资者，但他们被排除在讨论之外。虽然中国和美国一样是量子计算技术的主要投资国，但英语文学似乎主要针对北美、欧洲和亚太地区其他国家的发展，如新加坡和澳大利亚。¹⁵因此，本文只介绍了中国市场发展的部分情况，主要关注以下几家中国大型科技公司:阿里巴巴、百度和腾讯。

目前使用的小型量子计算机面临的主要挑战之一是，当硬件放大时，硬件误差也会呈指数级增长。量子比特的质量，包括它们以持久的方式保持量子比特状态的能力，还没有得到证实。^16，17此外，导致错误的一个关键因素是退相干，在退相干中，量子位与外部环境相互作用，改变其量子态，并丢失存储在量子位中的信息。²⁸如果在纠错、降噪或量子晶体管方面的突破比目前预测的要早，那么主流技术采用的时间线将会发生重大变化。

本文的研究结果是对2021-2022年的研究现状的简要描述。在出现不可预见的突破的情况下，需要对它们进行重新评估。

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关键术语描述

本节简要介绍与讨论量子计算相关的关键术语:

量子比特。量子比特(qubit)是量子计算中经典计算中的比特的等价物。为了理解它们的区别，可以将经典比特和量子位形象化，就像在三维球体上绘制一样。¹⁸经典位只有两个值，0或1，因此只能取球体上的北极或南极的值。相比之下，一个量子比特可以取球面上任何一点的值，包括每一对可能的纬度/经度测量值。量子比特也可以同时占据0和1之间的中间位置。因此，对于n个量子位，可以对所有量子位的0和1的所有可能组合执行相同的操作——即2ⁿ组合是可能的。¹⁸

量子算法。量子算法是一组可以在量子计算机上执行的解决问题的指令。⁴

量子的霸权。当一个量子设备被证明能够执行经典计算机无法完成或耗时太长的任务，并且不太可能被经典计算机的算法或硬件改进所推翻时，就实现了量子霸权(也称量子至上或量子优势)。²⁶

通用量子计算机。一个通用量子计算机被认为是一个被赋予使用量子算法和硬件的全套经典计算机能力的计算机。¹⁰

核磁共振，离子阱和其他量子技术。现有的构建量子计算机的建议主要集中在使用离子阱、核磁共振(NMR)、光学/光子和固体技术。³³其中,核磁共振和离子阱技术是最先进的，光学和固态技术对未来充满希望。³³这些方法都受到量子噪声和缩放问题的困扰，阻碍了从数十个量子位到数百个量子位的进展。³³专家建议，要让量子计算机在解决现实世界的问题上发挥作用，这些设备需要扩大到数百万个量子位。²⁵

NISQ电脑。当今的量子计算机被称为噪声中尺度量子计算机，这意味着它们只有很少的量子位，有限的门深度和短的相干时间。¹⁸

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小型量子计算机在使用中面临的主要挑战之一是，当硬件规模扩大时，硬件误差也会扩大。

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大型科技股。这个术语指的是世界上最大的信息技术公司，就市场可用性而言;收入;运营足迹，以及有形/无形的社会经济、政治和法律影响。在本文中，科技巨头指的是以下几家公司:阿里巴巴、亚马逊、苹果、百度、Facebook (Meta)、谷歌(Alphabet)、IBM、英特尔、微软和腾讯。

启动。这是指一家公司或一个项目，由企业家或一群企业家负责，以开发量子计算软件或硬件能力为基础，与大型科技公司合作或独立开发可行的商业模式。

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当今量子计算技术的市场准备情况

到2021年，能够执行相当于当前计算机、智能手机和其他智能设备操作的通用量子计算机还需要几十年的时间。文献中报道的大多数值得注意的突破都是关于硬件设备的，这表明量子计算投资的重点一直在硬件开发上。

下面的讨论考虑到了这一点，使用两个参数来评估量子计算硬件和软件的市场准备程度:已发表的结果或技术的公开演示，以及硬件或软件的可访问和可用程度。

在回顾的文献中，原子钟具有毫秒级的精度，通常被引用为该技术的最早可证明的例子。^2，3120世纪90年代量子计算硬件的其他著名例子包括:

• 这是一台简单的双量子比特核磁共振量子计算机，由位于圣何塞的IBM阿尔马登研究中心、位于剑桥的麻省理工学院和加州大学的研究人员于1997年建造。^20.
• 1998年，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员演示了三量子比特核磁共振量子计算机。^20.
• 牛津大学的研究人员在1999年建造了一个简单的双量子比特量子计算机。^20.

在原子钟和重力仪等设备中使用量子传感器被认为是该技术的一项实际的、有用的贡献。^2，31特别是，量子传感有望在未来5到7年内成为量子定位导航和计时(PNT)设备和量子雷达技术的关键组件。²

量子计算硬件的市场准备情况。当考虑到量子计算的硬件发展时，一些大型科技公司(如谷歌、IBM和英特尔)以及学术研究人员已经进行了一些技术演示。

值得注意的例子包括:

• 在2015年初，谷歌演示了一个运行中的9个量子位的线性数组。³⁶
• 2015年底，Veldhorst等人的演示。³⁹和Hensen等人。²²强调了固态自旋量子位的突破，这可能使量子计算更加实用。³⁶
• 2016年，谷歌用一个9量子比特量子计算机模拟了一个氢分子。²⁵
• 2017年，英特尔达到了17个量子比特，IBM则开发了一个50个量子比特的芯片，可以在90 μs内保持其量子状态。²⁵
• 2018年，谷歌推出了72量子位处理器bristel -cone。²⁵
• 2019年，IBM推出了首款商用量子计算机——20量子位的IBM Q System One。²⁵
• 据报道，截至2019年，IBM和加拿大公司D-Wave Systems出售了量子增强计算器的使用权。^3.Biamonte等人。^3.谷歌、微软和英特尔也计划在三到五年内推出类似产品。
• 截至2020年，IBM已经建立了一个53量子比特量子计算机Q System One，据报道，该计算机已与德国和日本达成了销售协议。³²

这些演示都表明可用量子机器的量子位能力在不断增长。大多数量子机器最多只有几十个量子位。⁹由于当前技术中固有的破坏计算的噪声，大多数这些演示的实际用途有限。⁹例如，尽管截至2019年谷歌最大的量子计算机有72个量子位，但一个通用量子计算机将需要大约100万个量子位才能发挥功能。¹⁵

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一个通用的量子计算机需要大约一百万个量子位才能发挥功能。

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2019年，谷歌公司报告了该技术在市场准备方面的一项重要突破，该公司声称已经达到了量子霸权。²¹谷歌声称其量子计算机(Sycamore)在200秒内完成了经典超级计算机需要1万年才能完成的计算。^15，17，21然而，IBM对这种说法表示质疑，认为一台经典的超级计算机可以在两天半内完成计算。^{12，15，17，18}抛开性能争论不谈，从大规模通用量子计算的角度来看，谷歌的Sycamore代表了重要的一步，因为它可以检测和修复计算错误。³⁵然而，Sycamore目前的系统产生的错误比它解决的要多。³⁵

尽管存在纠错和退相干的挑战，IBM还是在2020年9月宣布了量子计算机的发展路线图，其中包括到2023年建立具有1000个量子比特的量子计算机的目标。²谷歌还表示计划在2029年之前建造一个百万量子比特的量子计算机。²据报道，英特尔正在准备一种超导量子计算机。¹⁸

当考虑到量子计算领域的初创企业所制造的硬件时，总部位于加拿大的D-Wave常常被视为异类。^4，25，36D-Wave从20世纪90年代末开始销售商用量子计算机，并声称其设备中有数千个“退火量子比特”。²⁵然而，退火量子比特只在某些类型的问题中有用;因此，量子退火机不是通用计算机。²⁵鉴于目前的技术发展状况，量子退火机是能源密集型和非常昂贵的。例如，2015年建造的量子退火机D-Wave 2XTM计算机有1000个量子比特，消耗25千瓦电力，成本约1500万美元。³⁶

其他著名的量子计算硬件初创公司包括IonQ，该公司计划到2023年生产一种与Xbox视频游戏机大小差不多的设备。²³有消息称，Rigetti和IonQ已经开发出了适用于量子计算的集成芯片。¹⁸总部位于英国的初创公司PsiQuantum预计，到本世纪20年代中期，他们将建造具有完全制造部件的容错量子计算机，能够扩展到100万或更多量子位。²³为此，PsiQuantum与半导体制造商Global-Foundries合作，建造了与超级计算机或数据中心大小相当的机器，用户可以远程访问。^23，37加州伯克利的Rigetti计算公司已经建造了自己的31量子比特计算机。²⁷在提供专业硬件能力的公司中，Janis研究公司是美国唯一一家为超导量子计算机提供冷却解决方案的商业制造商，瑞士联邦理工学院(ETH)领导的量子工程计划(QEI)提供模拟和数字控制电子和设备制造。¹⁸

考虑到通用量子计算硬件，中国的发展在评估该技术的市场准备程度方面也具有重要意义。中国政府决定为国家量子信息科学实验室拨款100亿美元。⁴⁰2020年，中国科学技术大学的一组研究人员报告称，他们用一个名为“Jiuzhang”的设备在短短200秒内完成了高斯玻色子采样(被认为是经典计算机难以解决的问题)，实现了量子霸权。^12，26，40九章背后的研究团队认为，同样的计算需要“Fugaku”(富士通在日本神户理研计算科学中心建造的超级计算机)6亿年才能完成。²⁶该团队认为，当考虑到高斯玻色子采样的性能指标时，Jiuzhang比谷歌的Sycamore快100亿倍。⁴⁰另一个中国的量子计算机“祖冲之”是一个由66个功能量子位组成的二维可编程计算机，据报道它可以执行随机量子电路采样(据报道经典计算机的另一个棘手问题)。¹²

量子计算软件的市场准备情况。量子计算软件的发展面临的一个重要挑战是，目前的硬件在功能方面具有很强的针对性——也就是说，通用的量子计算机并不存在。这导致了一种矛盾的情况，即当前正在编写的软件是为尚未完全可用的硬件功能编写的。^20.

当考虑到大型科技公司开发的软件时，微软、IBM、百度和谷歌都创建了工具。这些工具——q# (Microsoft)、Qiskit (IBM)、QCompute(百度)和Cirq(谷歌)——主要基于Python编程语言，包括为软件程序员提供支持文档的开发环境。²⁷亚马逊、微软、IBM、阿里巴巴和百度也开始以有限的预览模式为开发人员提供具有后端量子计算资源的云计算服务。^{25，32，34，40}

从2019年开始，亚马逊网络服务(AWS)开始在云端为研究人员和开发人员提供Amazon brket量子计算开发环境。^32，40brket在早期预览版中使用了D-Wave、IonQ和Rigetti的量子计算机作为后端。³²据报道，亚马逊正在通过其新的量子计算中心探索批量生产的量子计算机。³²据称，亚马逊也在分析该领域的一些领先初创公司，以寻求未来的合作或收购。⁴⁰

微软的工具采用量子开发工具包(QDK)的形式，包含代码库、调试器和资源估计器。²⁷微软还开发了Azure Quantum，这是一种云计算服务，利用IONQ公司的阱离子量子计算机、康涅狄格州量子电路公司(QCI)开发的超导量子比特和霍尼韦尔的量子计算机作为后端。^25，32尽管微软表示计划建立自己的量子计算硬件，但这项服务目前只提供私人预览。³²截至2021-2022年，Azure在云计算领域仅次于AWS;³²因此，微软的Azure Quantum是亚马逊在量子云服务领域可能领先地位的潜在挑战者。⁴⁰微软还开发了语言集成的量子运算模拟器平台LIQUi|>，在该平台上，以高级程序形式编写的量子算法可以被翻译成用于量子设备的低级机器指令。³¹它包括一个编译器、优化器、翻译器、各种模拟器和供开发人员使用的示例。³¹

与微软一样，IBM是首批向公众提供实验性量子计算平台的大型科技公司之一。³⁶2016年，IBM提供了IBM量子体验(IBM Quantum Experience)的访问权限，使研究人员和学生能够基于云访问5量子比特量子计算机虚拟实验室。³⁶IBM还提供了IBM Q高级服务的访问权限，据报道，IBM正在与包括埃克森美孚、巴克莱和三星在内的100多家公司就该服务的实际应用进行合作。²⁵有消息称，IBM是该领域的全面领导者，拥有硬件和软件的完整补充，而且拥有最多的专利。⁴⁰

在中国的大型科技公司中，当考虑到源自中国的量子计算投资时，阿里巴巴似乎领先于百度和腾讯。¹¹2018年，阿里巴巴的云服务子公司阿里云(阿里云)和中国科学院联合推出了11量子比特量子计算云服务。³⁴据报道，阿里巴巴正在其价值150亿美元的科技研究中心开发量子处理器。⁴⁰百度已经宣布它有兴趣构建一个硬件无关的软件栈，其中量子人工智能(AI)、量子算法和量子架构是它的三个优先领域。³⁴2020年，百度宣布推出量子叶，称其为中国首个云原生量子计算平台。³⁴腾讯创建了一个腾讯量子实验室(旨在构建量子计算云)，作为其5000亿元(700亿美元)的扩张计划的一部分，该计划将扩展到人工智能、区块链、超级计算中心、物联网操作系统、5G网络和量子计算。²⁹

除了大型科技公司的努力，几家初创公司已经发布了量子计算软件开发工具包(sdk)。著名的例子包括Rigetti Computing公司的量子SDK Forest，它包含一个名为pyQuil的Python库。²⁷总部位于英国的剑桥量子计算公司(现在是霍尼韦尔集团旗下的量子公司)推出了TKET，以及一个相关的pytket库。²⁷QxBranch和1Qbit等公司充当量子专家和产业之间的中介，研究量子方法是否以及如何可能改善公司的业务。³¹这些公司提供的服务包括优化交易策略或供应链，或监控网络活动以发现网络攻击。³¹其他著名的软件例子包括Silq，这是苏黎世联邦理工学院的一个团队于2020年发布的一种语言;²⁷QuTip，由亚洲许多研究机构资助的开源软件包;³¹以及马里兰州国家标准与技术研究所的量子算法动物园，它是已知量子计算算法的综合集合。³¹QuTip使用Python使编程量子计算更容易，也更容易使用高级语言。³⁶

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报告的量子计算技术投资水平

截至2021年，根据有关量子计算投资报告水平的现有信息，以下讨论涵盖了两方面的投资活动:

• 民族国家对大学、公共部门研究机构和工业的研究和发展的投资。
• 私营部门投资，包括大型科技公司和其他私营部门运营商的投资，以及风险投资公司对初创企业的投资。

国家和超国家资助机构似乎是量子计算研究的主要投资者。³¹考虑到量子计算的安全影响，许多民族国家的国防部门似乎是资金的主要驱动力。³¹尽管据报道，许多大型科技公司也在大举投资量子计算，但似乎很少有公司公开披露了涉及的金额。¹⁵如果把风险投资活动考虑在内，北美是领头羊。

民族国家的投资。据报道，在投资量子计算的国家中，美国、加拿大、欧盟(EU)、英国、中国、俄罗斯和澳大利亚处于领先地位。^3.，36在北美地区，美国2500亿美元的创新与竞争法案(Innovation and Competition Act)将量子信息科学与技术指定为国家科学基金会的10个重点关注领域之一。⁵美国《国家量子倡议法案》提供12亿美元，用于在5年内促进量子信息科学。⁸作为该计划的一部分，美国能源部的研究人员建立了五个新的国家量子信息科学研究中心，学术界、美国国家实验室和工业界都参与其中，以帮助促进量子信息科学研究。⁸在2021年预算中，美国联邦政府通过其他举措加强了这方面的资金，包括2.37亿美元。¹⁹作为加拿大第一研究卓越基金的一部分，滑铁卢大学，北美主要研究中心之一，被授予7630万加元。³⁶

2018年，欧盟启动了数十亿美元的投资项目，包括为期10年的量子技术旗舰项目。^3.，312020年，德国还宣布在未来5年投资20亿欧元用于量子技术研发，此外还有欧盟委员会为量子技术提供的10亿欧元基金。¹⁹英国据报道，自2014年以来，美国在量子技术研发上的公共和私人投资总额已超过10亿美元。^3.英国也在2017年启动了一个价值2.7亿英镑(3.37亿美元)的项目。³¹

2019年，中国宣布计划在2020年耗资100亿美元建立世界上最大的量子研究实验室。^3.据报道，中国政府每年在量子研究上至少投入25亿美元。¹⁹据报道，俄罗斯正在协调私人和政府对量子技术的研究和开发，这是大型项目的一部分，预计第一阶段将获得高达3亿美元。^3.

其他值得注意的投资包括澳大利亚政府2016年向新南威尔士大学的量子计算项目投资4600万澳元，³⁶包括ARC量子计算和通信技术卓越中心(CQC2T)，该中心获得了3370万澳元的奖励。此外，昆士兰大学工程量子系统中心(EQuS)获得了为期7年的3190万澳元。³⁶印度和韩国也宣布了每年投资数千万美元的意向。^3.

私营部门的投资。尽管大多数大型科技公司(除了苹果和Facebook)都宣布了量子计算计划，但似乎没有一家公司将实际投资水平作为年报的一部分。因此，有证据表明，大型科技公司正在投资数百万美元进行量子计算研发，这主要是道听途说。据报道，一些大型科技公司，包括IBM、微软和英特尔，以及其他行业巨头，如应用材料公司和洛克希德·马丁公司，都参与了新的国家量子信息科学研究中心，该中心是美国国家量子倡议法案的一部分。⁸

然而，与大型科技公司不同的是，有大量证据表明，致力于量子计算硬件和软件的初创公司获得了大量风险资本的资助。超过80%的投资被分配到量子计算硬件或其组件上。¹⁵专注于软件和应用程序的初创企业可能是下一个增长领域。

2015年，麦肯锡报告称，全球在量子技术研究上的投资总额达15亿美元。³¹私营部门对量子计算的投资预计将在未来几年呈指数级增长。据报道，在全球范围内，量子计算的股权投资在2020年和2021年增加了两倍。³⁷有消息人士预测，量子计算领域的投资将从2020年的2.6亿美元增长到2020年的91亿美元。³²霍尼韦尔预计，量子技术将在未来几十年催生一个价值1万亿美元的产业。⁶

北美在吸引风险投资方面是世界领先的，同时也主导着私人量子投资。¹⁵这些投资并不局限于硅谷。加拿大的公司已经吸引了2.43亿美元，形成了一个生态系统，支持滑铁卢和多伦多学术中心周围的量子公司。¹⁵据报道，截至2019年，D-Wave Systems已经筹集了1.77亿美元。¹⁵

据报道，到2021年底，自2015年以来，风险资本投资者已经投资了全球180多家量子计算公司，累计投资超过24亿美元。³⁷尽管量子计算领域的融资总额下降了12%，至3.65亿美元，但2020年北美市场的风险投资交易数量较前一年增长了46%。⁴⁰尽管其中一些投资的财务价值仍未披露，自然的分析表明，在2017年和2018年，公司获得了至少4.5亿美元的私人融资，¹⁵是2015年和2016年披露的1.04亿美元投资的四倍多。¹⁵由于量子计算技术的进步而获得资助的初创公司的数量在未来几年也可能会增加。⁴⁰

据报道，著名的初创公司每家都筹集了数千万美元，包括Zapata Computing(美国马萨诸塞州剑桥)、1QBit(加拿大温哥华)和英国剑桥量子计算公司。¹⁵该领域的领军企业中国国盾量子(位于合肥)和喀斯基(位于芜湖)已经筹集了大笔私人资金，但尚未披露。¹⁵

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对未来量子计算前景的影响

本文关注的是与报告的投资水平相关的量子计算技术的市场准备情况。基于这些证据，可以确定对技术感兴趣的各种利益相关方——研究人员、技术公司、投资者、民族国家和政策制定者——的一些关键含义:

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考虑到量子计算的安全影响，许多民族国家的国防部门似乎是资金的主要驱动力。

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预测和预测。目前对量子计算的市场规模、对各个部门的变革影响、对其影响的估值以及对该技术主流可用性的预测都是早期的、乐观的预测。到2021-2022年，该技术在实践中实际可触及的市场高度有限。³⁷

人才保留。由于量子计算技术正处于发展的早期阶段，一些消息来源认为，有研究人才过早跳槽到初创企业的风险。这可能会分裂市场，限制研究可能产生的突破。^3.，30.鉴于初创企业专利活动的增长，公共资助的研究人才向初创企业的转移是否阻碍了该领域的基础研究，也值得商榷。^3.例如，有消息称，由于在英国扩大技术开发的问题，英国美国最著名的量子计算科学家已经搬到了硅谷。^30.

对计算的影响。虽然量子计算技术仍在发展中，但量子计算机算法的发展已经导致现有经典计算机上大规模组合问题的解决方案的进步。⁷这表明量子计算的发展很可能被证明是互补的，并可能有助于增强和提升经典计算机当前的能力。

驾驶员和采用者。考虑到量子计算在处理原始复杂数据集方面的潜在能力，其规模和速度都是经典计算机无法比拟的，早期采用者很可能是那些数据(尤其是大数据和数据分析)发挥关键作用的行业。这表明，数据是关键成分的行业，如医疗保健、金融、商业、通信、安全、网络安全和密码学、能源和太空探索，将成为短期内技术投资的主要驱动因素。⁸理解数据的作用对于分析下一阶段的市场发展至关重要。

资金的前景。由于围绕该技术的炒作，量子计算研究有可能遭受与人工智能研究在20世纪80年代相同的命运，导致量子相当于人工智能冬天。专家警告说，对可能的突破的不切实际的期望可能会导致研究资金被优先用于其他短期技术研究，研究人才会在完整的机器制造出来之前离开。^9，15

部署方法。根据大约2016年量子硬件能力的状态，一个消息人士估计，构建一个成熟的通用量子计算机将花费约100亿美元，相当于英特尔的一个下一代芯片工厂。¹⁰因此，很有可能取代单一的、通用的量子计算平台，那些依赖于不同方法或混合使用量子和经典平台的平台可能会在过渡时期占上风，这取决于它们对不同任务的效能。¹⁶

结果和期望。与经典计算机相比，量子计算机利用了量子粒子不可预测的属性，因此可能更适合于不同的、更窄的结果范围，例如模拟由量子效应主导的系统。²³大型科技公司和初创企业正在开发的量子硬件和软件，主要目的是用一种与经典计算机截然不同的范式来解决计算问题。²¹对量子计算能提供什么或不能提供什么的预期必须独立于经典计算机的能力。

标准的作用。工业和公共部门的利益相关者有可能开始讨论技术标准和行为准则作为量子计算机监管工具的作用，同时不破坏市场主导的创新。²⁴在早期阶段，这些讨论可以由行业主导，集中讨论量子计算机以量子网络攻击的形式带来的安全问题，包括后量子密码学的使用。²⁴

第一个应用程序。考虑到该技术在纠错需要、量子位的质量不确定以及管理退相干方面的挑战等方面的已知局限性，真正的量子计算机的第一个市场准备应用可能是离散的，专注于特定的用途或结果，如验证随机数。^25，31与量子计算机的小众硬件能力相关，软件和算法开发的重点也可能转移到更小的量子机器上，预计在不久的将来可以使用。³¹

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量子计算的发展很可能被证明是互补的，并可能有助于增强当前经典计算机的能力。

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发展轨迹。尽管大多数报道的量子计算研究资金是由国家和公共部门提供的，但市场上大部分可用的量子计算能力是通过私人技术公司(要么是大型科技公司，要么是初创公司)提供的。特别是，量子计算硬件几乎只能通过私人技术公司获得。²⁷与处于相当发展阶段(20世纪40年代和50年代初)的古典计算机相比，¹³这表明，量子计算机的发展、部署和采用将走向一个不同的、更加市场化的发展轨道。

访问机制。大多数值得注意的量子计算能力的访问都是以亚马逊、微软、IBM、阿里巴巴或百度等大型科技公司提供云服务的形式出现的。^{25，32，34，40}大多数私营科技公司(无论是大型科技公司还是初创公司)都开发了sdk或应用程序编程接口(api)，主要以订阅的方式以私有预览模式访问硬件功能。很有可能，在量子计算机的能力超过其当前的小众用途之前，云计算仍将是访问量子计算机的主流形式。

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对调查结果的思考

这篇文章强调，尽管量子计算的许多被承诺的能力可能会给该领域带来革命，但要实现这一承诺，还需要在量子计算硬件和软件方面取得进一步突破。虽然D-Wave、谷歌和IBM等公司已经展示了一些硬件能力，但它们还没有为量子计算机的商业化提供明确的时间表。据报道，Rigetti和IonQ等初创企业已经开发出了适用于量子计算的集成芯片，而英特尔准备推出超导量子计算机。

在软件方面，来自谷歌、IBM、微软、百度以及Rigetti和quantum等初创企业的产品已经以api、sdk、模拟和量子机器学习功能的形式出现。亚马逊、微软、IBM、阿里巴巴和百度等公司已经开始提供云服务，量子计算能力有望按需提供。然而，大多数这些服务目前都是在私有预览模式下可用的。由霍尼韦尔、IonQ和QCI等公司制造的量子计算机似乎一直是亚马逊、微软和IBM提供的云服务的核心。

阿里巴巴(Alibaba)、百度和腾讯(Tencent)等中国大型科技公司的努力表明，市场竞争日益激烈，总部位于美国和中国的公司所取得的进展主导了市场的发展。一方面，谷歌已经表示，它希望在本十年结束前建立一个有用的量子计算产品。另一方面，批评者强调了量子计算在纠错、退相干和潜在利基地位方面的挑战，认为基于当前的发展状况，该技术的变革能力被夸大了。

当考虑到由量子计算驱动的软件和硬件的整体市场准备程度和对基础技术的投资水平时，一幅复杂的图景就出现了:原始潜力、有前景的早期发展和误导性的炒作。现有证据表明，研制出可演示的通用量子计算机至少还需要10年时间。现在推测通用量子计算能力的广泛商业可行性可能还为时过早。在此期间，一种利用经典计算机和量子计算硬件和软件的进步的混合计算方法可能会占上风。由于该技术具有颠覆性的潜力，资助量子计算基础研究和硬件和软件开发商业投资的兴趣可能在短期内持续存在。然而，基于目前的发展状况，对主流采用和部署通用量子计算能力的时间框架做出任何明确的评估仍然具有挑战性。

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