量子计算：一个价值千亿的创投风口，大国博弈的战略制高点

尽管近几年全球经济环境低迷，但有一个赛道却在募资寒冬下迎来了逆势增长——量子计算。为什么投资界对这个赛道特别看好？因为量子计算代表了国家最强的实力。未来国与国之间的竞争就是算力的竞争。据波士顿、麦肯锡等机构预测，未来15-30年量子计算领域将产生高达8500亿美元的市场价值，应用领域涵盖制药，人工智能等各行各业。

量子计算技术现在处于什么发展阶段？它的商业应用价值是什么？

国内量子计算产业生态的引领者——中国计算机学会量子计算专业组副主任张辉博士带来他对量子计算产业发展的最新思考与研判。值得一提的是，张辉博士也是合肥本源量子计算科技有限责任公司（简称：本源量子）的总经理。本源量子是国内首家将量子计算正式推向商用领域的量子计算企业，也是中国首个量子计算独角兽企业，团队技术起源于中科院量子信息重点实验室，展开全栈式量子计算研究与产业化探索。

#01

量子计算：后摩尔时代的颠覆性算力

量子带来了两次革命。第一次革命是通过控制宏观量子力学效应发展的信息科技，比如手机、电脑 、超导等。第二次革命是当今世界正在发生的，通过控制微观量子体系（电子、原子）开发的技术，主要发生在三个方向：量子精密测量、量子保密通信、量子计算。

经典计算机经过80年的高速发展，即将面临摩尔定律失效的问题（注：“摩尔定律”指的是价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，每隔18-24个月便会增加1倍，性能也提升1倍）。经典计算机最基础的单元是晶体管，一个家用的电脑芯片上可以集成几十亿、上百亿个晶体管。今天我们的晶体管已经可以做到3个纳米的大小，根据摩尔定律，晶体管再往下发展就需要达到1纳米。今天我们的数据呈指数级爆炸，每三到四个月AI对数据的需求就要翻一倍，摩尔定律已经没有办法再往下走了。这意味着经典计算机的方式已经接近极限，即将不能满足各个行业巨大的算力需求。

一方面数据在爆炸式增长，一方面经典计算机的算力增长速度在减缓。在后摩尔时代的矛盾之下，量子计算就在这个时间点呼之欲出。经典计算机靠一块芯片解决不了数据爆炸时代的问题，量子计算可以解决。

1981年，费曼第一次提出量子计算这个概念。量子计算是以量子比特为基本单元，利用量子叠加、量子纠缠等原理，进行高速的数学和逻辑运算、存储及处理量子信息。从理论研究和实验验证上，已经能够看到量子计算在处理海量数据、并行计算以及模拟分子原子演进过程中有得天独厚的优势。

打个比方，经典计算机就是0或者1，它只能做到通和不通；量子计算能处在0-1之间，比如30%的概率在0，70%的概率在1，它利用量子叠加的状态找到新的物理载体代替晶体管，这就是量子计算的颠覆性。对于量子计算，我们要做的是找到好的算法控制概率性的叠加状态，实现天然的并行运算能力。

从理论研究和实验验证结果上，我们已经能够看到量子计算机在处理海量数据、并行计算以及模拟分子原子演进过程中具有得天独厚的优势。很多人担心量子计算机会消灭经典计算机，其实不然。量子计算机和经典计算机处理问题擅长的领域不同。量子计算本身覆盖经典计算，只不过在一些消耗的资源和时间上不体现优势的场景，如看电影、打游戏上，就没有必要用量子计算机，经典计算机依然具有很重要的价值。我们可以把量子计算机比喻成经典计算机的“加速器”。未来5-10年，二者会是并行、融合的发展模式。

#02

大国竞争：量子计算已经进入全球白热化阶段

量子计算技术有三个发展阶段：

第一个阶段（2010-2020年）：量子霸权时代。自2016年全球第一台量子计算机原型诞生后，以IBM和谷歌为代表的企业开始布局量子计算，通过抢占知识产权专利，确立行业标准来寻求“量子霸权”。现在量子计算没有通行标准，未来大家能否形成一个共识取决于用户。

2019年是量子计算领域里程碑式的一年，谷歌用53个物理比特进行量子计算，成功代替电脑CPU中上百亿个晶体管，实现了量子计算的机器工程化。谷歌称之为“量子霸权”，其证实了量子计算机远胜经典计算机。自2019年“量子霸权”至今，量子计算机中央处理器（QPU）也在快速增长，每多一个比特，量子计算机的能力就能翻一番，这也是国内外许多科研团队不断跻身这一领域并全力寻求超越的主要原因。

第二个阶段（2020-2030年）：专用量子计算机时代。在这个阶段，量子计算技术开始从科学研究步入工程化、产业化，所以很多企业开始参与量子计算。与此同时，在生态初期的时候，大家都开始做全面的部署，量子计算领域软硬件研发迅速，量子比特数不断突破，企业构建量子计算应用生态，探索“量子优势”。全球量子计算进入白热化竞争阶段，各国建设专业人才与学科体系，开启全球“抢人”模式。

第三个阶段（2030-2050）：通用量子计算机时代，我们还需要10年才能发展到这个阶段。

今天我们正处于量子计算发展的第二个阶段，全球竞争进入白热化阶段。

从国际的视角，G20主要的成员国几乎都涉及做量子计算。在过去3年左右，几乎所有的发达国家，包括很多的发展中国家，甚至非洲国家都有参与到量子计算的巨量投入当中，特别以美国、欧洲为代表，国家层面投入大量资金，将人才往量子计算方向引流。包括IBM、英特尔、微软这些叫得出名字的巨头及大批创业公司，都在做量子计算。据统计，目前全球已经有超过200家量子计算概念的创业公司，其中4家量子计算公司已经在美国上市。目前中国在该领域还没有上市公司。

近三年量子计算领域已经有非常多的跨国合作，国与国之间也在开展量子计算的交流。例如，IBM于2017年就建立了全球第一个量子生态网络——“IBM Quantum Network”，IBM在全球寻找盟友和合作伙伴，构建量子计算生态圈。现在它的成员已经有200多个，比如摩根、高盛、索尼、三星、波音、大众、奔驰……全球处于行业头部的企业都在参与IBM的研究。

但中国的量子研究团队面临的问题是，国际之间的交流合作是把中国排除在外的，无论硬件还是云服务都对中国人禁止。但是好在我们的一些国企和上市公司已经在关注这个赛道，并且在全力在追。

从中国的视角来看，“十四五规划建议”中明确提出“要瞄准人工智能、量子信息……等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。”在列举出的几大前沿科技中，量子信息仅次于人工智能，被放在了第二位。在国家的“一声号令”之下，全国各个地方都在掀起量子的热潮，现在有22个省市已经把量子科技纳入了省市的十四五规划当中。许多IT巨头，包括BAT、字节、华为、京东、浪潮等，已经宣布在做量子计算，还有很多量子计算的专业公司。

在量子计算机这个赛道里，中国在科学研究上能在国际上占据一席之地，但是在工程化上非常落后，很多的工业基础太过薄弱，本土不能生产制造需要依赖进口。量子计算机不能停留在实验室发论文阶段，要把自主可控的把量子计算机工程化造出来，未来中国的量子计算机不能有一个零配件卡在别人手上。

#03

未来已来：量子计算的商业化应用

我们梳理了三条量子计算的产业链，上游是量子计算机生产制造链；其次是量子计算的应用生态链，这个生态链往下游走需要很多的场景，看看量子计算机到底能解决什么问题；最后一个就是量子计算的教育科普链，目前很多高校是我们现在服务的对象。

生产制造链上，本源量子在建量子芯片的产线。去年我们在合肥建了全国第一条实验线，现在也在和合肥努力建中国第一条量子芯片的中试线，包括低温的元器件、测控的设备都在涉足。

应用生态链上，本源量子在之前一两年中建立了很多产业联盟。本源量子在国内发起了一个产业联盟（QQIA），起步稍晚但在全力追赶IBM quantum Network，银行系、生物医药、人工智能领域都有一些伙伴逐步在QQIA里面开展工作。

量子计算都有哪些商业化应用场景呢？

目前，量子计算在金融、生物医药、AI大数据、网络安全、航空航天、智能制造等领域都能发挥作用，并且已经投入到实际运用中。

1.量子计算+金融：国际上谷歌、IBM很早就在金融的企业做了相应的部署，IBM大概在2020年就用量子计算机跑出180支股票最优的组合，结果比经典计算机算的更好；本源量子和中信银行已经有量子期权定价和投资组合优化。

2.量子计算+生物化学：新药、新材料的研制，传统从合成到在动物身上实验，取得成功可能要花费十到二十年的时间。未来如果有一台计算机去计算数据，会对材料的研制有极大的推进效果。比如本源量子和复旦大学晶体结构预测的课题研究，已经在用量子计算机的方式做相应的工作。

3.量子计算+人工智能、大数据：谷歌还有国内的百度在量子人工智能这个方向上投入了非常大的关注度，像数字识别、图象识别，这些功能在量子计算机上只会比在经典计算机上跑得更好。

4.量子计算+工程设计：本源量子基于流体动力学开发了“本源量禹”的软件。在2019年法国空客发起的全球挑战赛里，本源是唯一从比赛里面杀出来的中国队伍，最终取得流体动力学的全球冠军。#2022生机大会#

作者 | 张辉 博士，本源量子总经理，中国计算机学会量子计算专业组副主任，国内量子计算产业生态的引领者。