量子计算的2022:政策、技术、应用、资本全面开花 ...
admin
2023-10-02 18:42:31
0


纵观整个2022年,量子计算行业在政策和资本的双重扶持下加速发展,技术取得诸多突破,应用加速落地。具体而言:政策方面,世界主要国家和地区继续出台国家级政策,开展战略行动计划,旨在取得量子计算领先地位;技术方面,IBM 发布 433 个比特量子处理器,谷歌、Quantinuum 在量子纠错上纷纷取得突破......技术进展取得不少佳绩,让人振奋;应用方面,多家全球知名企业纷纷尝试量子计算技术,量子计算应用向前迈出重要一步;融资方面,量子计算创业公司依然受到资本青睐,全年累计完成 48 笔融资,合计超 10 亿美元。

为更好地了解 2022 年量子计算行业的发展,我们试图从国家战略与政策、量子计算技术进展、量子计算应用发展和量子计算企业融资四个方面全方位地系统梳理、剖析行业变化,总结行业发展特点,并展望量子计算行业的未来发展趋势。假如有说的不对的地方,还请各位关注量子计算前沿发展的朋友多多指正!

1、国家战略与政策

量子计算是量子信息技术中最综合的一个技术分支,以其并行计算能力和天然模拟原子、分子等特性,存储数据能力强、执行运算速度快等核心优势,成为突破经典计算极限的重要技术。它所带来的算力飞跃将对应用领域产生颠覆性影响,包括网络信息安全、大数据、人工智能、化学生物制药、金融工程、智能制造等领域。因此,量子计算早已成为全球主要国家和地区争夺的科技制高点。

量子计算的发展态势不仅引起世界主要国家和地区的强烈关注,而且各国纷纷出台国家级政策和开展战略行动计划。

从国家战略维度,我们统计了 2022 年世界主要国家和地区的量子计算政策与国家行动。








2022世界主要国家和地区的量子计算政策与行动

基于统计情况,我们发现量子计算在国家战略和政策层面反映出的几个特点:

第一,从政策的主体看,世界主要国家和地区持续加码量子计算,主要通过政策扶持和资金投入推动本国量子计算行业发展。比如美国参议院通过 2800 亿美元《芯片法案》,支持量子计算等关键技术领域研发;法国宣布投资 1.7 亿欧元,启动“国家量子计算平台”。同时,除主要国家外,有经济实力的其他国家也纷纷入局,参与量子计算国家竞争。例如,卡塔尔拨款 1000 万美元启动国家量子计算计划;新加坡副总理宣布建造量子计算机,力争成为全球领导者。

第二,从政策的发布看,以美国、欧盟和中国等为代表的量子计算主要“玩家”发布政策的频率更高,出台的政策数量更多、政策覆盖面更广,资金投入更大。其中,以美国为例,其在2022 年连续出台各种政策,包括《量子计算网络安全防范法案》、《芯片法案》等,并且持续投入资金,如拨款 2500 万美元支持开发光量子计算机。除政策扶持和资金投入外,美国还极力推动产学研合作,吸纳专业人士加入政府指导机构。经过二十年发展,美国通过政府顶层设计推动量子计算发展,形成立法保障、制定专项战略和优先发展相互衔接配套的政策体系。美国在 2022 年出台的多项量子计算政策与行动计划,可视为上述政策体系的进一步完善、细化和落地。

除美国外,中国2022年在量子计算政策与行动方面同样可圈可点,强化顶层设计,多措并举推动量子计算发展。中国近几年陆续出台量子计算国家级支持政策,形成国家-地方的完整体系。比如,在“十四五”规划中,量子信息是排名第二的优先技术;中央经济工作会议首提量子计算,明确加快量子计算研发和应用推广。除中央政府外,包括安徽、上海、广东、深圳、济南等省市纷纷出台政策,支持和培育量子计算产业发展。以深圳为例,深圳未来将重点发展量子计算、量子通信、量子测量等领域,建设一流研发平台、开源平台和标准化公共服务平台,推动在量子操作系统、量子云计算、含噪声中等规模量子处理器等方面取得突破性进展,致力于建设粤港澳大湾区量子科学中心。




中国近两年部分省市量子科技行业相关政策 | 图源:前瞻经济学人

第三,从政策的落地看,越来越多国家将自主建造量子计算机作为路线图的关键节点。未来5-10年是量子计算发展中一个非常重要的转折点,如果国家现在不迅速追求技术,那么未来可能没有机会在量子计算领域保持领先能力。因此,建造更多大型量子计算机并投资量子计算是非常重要的。况且,通过自主建造出本国第一台量子计算机,国家可以借此证明和展现本国量子计算的真正实力。比如,以色列宣布投资约 6200 万美元建造本国第一台量子计算机,韩国宣布在 2026 年底前开发一台 50 量子比特的量子计算机。




超导芯片量子计算机

综上,世界主要国家和地区积极制定量子计算发展政策,规划量子计算中长期发展目标和重点方向,加大投资力度,推动量子计算行业发展。

未来,各国在量子计算方面的竞争将变得更激烈,从单一的技术比拼走向政策、技术、产品、人才、应用和生态的综合性竞争。同时,国家间合作也会变得更加频繁,国家竞争与合作局面并存。

2、量子计算技术发展

目前,量子计算的主要技术路线有多种,包括超导、半导体、离子阱、光量子、中性原子、拓扑、金刚石 NV 色心等。这些技术路线被不同国家的各类量子计算企业所采用,各有优势与不足,但共同目标均为不断提高可操控量子比特数量,并在解决各类计算问题中保持稳定高效。

纵观整个2022年,量子计算在技术方面取得诸多成绩,各方面均有一定突破。在国外,量子比特数上,IBM 推出433个量子比特的芯片;量子纠错上,谷歌和 Quantinuum 分别实现错误率随着比特数增加而降低。在国内,清华、浙大与合作者展示了一款121比特超导量子处理器,刷新国内量子比特数目纪录;保真度方面,阿里达摩院将两比特门操控精度大幅提升至99.72%,达全球同类比特最高水平......尤其值得一提的是,香港科学技术大学物理系主任、量旋科技首席科学家曾蓓教授团队取得量子纠错新进展。该团队提出 VarQEC ——利用变分量子算法搜寻量子纠错码,并可以通过硬件高效的编码电路来搜索量子码。这一成果为理解量子纠错码(QECC)提供了新的思路,也将有助于通过信道自适应纠错码来提高设备的短期性能。

具体来看,各种技术路线中,IBM 以433个量子比特芯片成为超导量子计算领域最引人瞩目的成就。对此,量旋科技联合创始人& 资深科学家冯冠儒表示,作为行业先锋,IBM 验证了超导技术的可行性。




IBM 量子芯片 Osprey | 图源:IBM 官网

她指出,IBM 所用技术和工艺中,既有传统半导体工艺中很成熟的技术,也有为制备超导比特专门发展和改进的工艺。IBM 将这些技术和工艺综合起来,攻克了工程上的一些技术难题,取得行业领先成果,一定程度上证明了大规模超导量子计算系统的可行性。同时,IBM 在很多技术和工艺方面都有所创新,比如 3D 封装技术、柔性线技术、低温 CMOS 技术等,这也给业界指明了技术的前景方向。

除超导外,硅量子计算、中性原子量子计算、金刚石量子计算和光量子计算均在技术方面取得不同程度的突破。比如,硅量子计算实现双量子比特门保真度99%以上,为大型硅基量子处理器的量产和应用铺平了道路;华科大实现光量子计算的里程碑:纠缠门保真度突破99% 。

如果从商业化落地看,核磁共振技术路线独树一帜,商业化进展较为迅速。核磁共振量子计算平台是最早发展起来的量子计算平台之一,且能够成功演示众多的量子算法。但是,过往算法的演示多在超导核磁共振系统中实现,无法小型化。而量旋科技采用永磁体产生静磁场,为小型核磁共振谱仪的建造创造了条件,并且推出了全球第一台桌面型量子计算机“双子座”、第一台便携式量子计算机“双子座 Mini”,面向教育场景,提供完整的量子计算教研教学解决方案,推动量子计算机的普惠实用,进入新的里程碑。




量旋科技便携式量子计算机"双子座Mini"

在量子纠错方面,由于量子比特极易在环境噪声干扰下产生退相干,状态进而受到破坏,因此需通过容错量子计算保护量子比特上携带的量子信息。而实现容错量子计算,有多种方式:一是对量子系统中的物理比特进行量子纠错编码,从而保护物理比特上携带的信息;二是通过一些具有内禀容错性质的计算模型,如几何量子计算;三是使用具有内禀容错性质的量子比特,比如拓扑量子比特。当然,由于现阶段还没有方法实现大规模的量子纠错,因此也会采用减弱噪声对实验结果产生影响的技术,如 error mitigation(错误缓解)。而谷歌通过量子纠错码有史以来第一次实现错误率随着比特数增加而降低,是量子计算“万里长征”的重要转折点。




量子 | Image by Gerd Altmann from Pixabay

在保真度方面,保真度纪录不断被刷新,阿里巴巴达摩院将两比特门操控精度大幅提升至 99.72%;普林斯顿大学首次实现 99.9%以上的硅量子计算比特门保真度。

此外,费米实验室创造世界上最大的稀释制冷机、英特尔和QuTech首次在工艺线上制造量子比特等消息向我们展示了量子计算在产品和工艺方面的突破。

综上,量子计算行业2022年在技术方面取得不少成绩,一方面,技术路线总体上继续呈现多元化发展态势;另一方面,各种技术路线继续向前发展,超导、半导体、离子阱、光量子、中性原子、金刚石 NV 色心等技术路线均有一定突破。并且,产品和工艺方面也有所创新,比如世界最大稀释制冷机、IBM制造433量子比特芯片采用的柔性线技术。简言之,技术方面的各个突破将进一步加速量子计算行业的发展,并且,基于更先进的技术和更丰富的经验积累,企业和机构可以加速创新,涌现更多的成果。

3、量子计算行业应用

量子计算构建起的新一代计算体系,在处理海量数据并行运算,以及模拟原子、分子演化方面具有得天独厚的优越性:前者可用于人工智能、金融建模、密码解析等方面;后者可优化目前生物医药、材料化工、能源开发的计算模拟方式。

量子计算 2022 年在行业应用方面有着不小的进步。比如,美国最大港口洛杉矶港为提升港口运营效率,首次应用量子计算技术,让货物装卸设备的效率翻了一番,并产生了更可预测的货物流。而谷歌在“悬铃木”量子计算机上完成 16 个量子比特的化学模拟,成为迄今为止在量子计算机上进行的最大规模的化学模拟,这个突破同样令人振奋。

根据统计,我们发现 2022 年量子计算行业累计有 32 起公开披露的应用事件,具体如下表。








2022量子计算行业应用

基于统计情况,我们发现量子计算的应用已经涉及从金融、能源、化工到电力、电信以及汽车、药物研发等诸多行业。其中,大多数是事关国计民生的重要行业和领域。




2022量子计算行业应用

从比例来说,金融、汽车、生物医药三大行业关于量子计算的合作与应用最多。以生物医药为例,华大研究院在 2022 年 7 月与量旋科技签署合作协议,推动研究并实现量子算法在生命科学方面的应用。




量旋科技与华大生命科学研究院签订合作协议

其次,我们发现许多行业的领军企业均已开展量子计算探索与应用,寻求新突破。在生物医药领域,诺和诺德投资 2 亿美元建造第一台专用于新药研发的量子计算机;在汽车领域,现代、奔驰、大众均已和量子计算公司合作,利用量子计算技术探索下一代汽车电池;在金融领域,美国最大财险公司 Sate Farm 入局量子计算,探索潜在的量子计算解决方案。

由此可见,作为行业领军者的企业,如果想在未来继续保持行业优势,具备更强的产品竞争力,率先对量子计算的探索和应用将变得越来越重要。

展望行业应用的未来,量旋科技联合创始人& 资深科学家冯冠儒认为,量子模拟有可能率先实现有实际价值的应用,包括药物研发、新材料、化工等领域。以药物研发和材料设计为例,前期研发阶段依赖于对分子的计算模拟,求解量子力学问题。但是,随着分子规模变大,计算模拟所需的资源是指数级增加,经典计算机无法精确地计算几十个,甚至十几个原子组成的量子力学体系结构。量子计算机因其量子比特自身的量子特性,对量子力学的问题求解具有天然优势,非常适合应用于量子系统模拟。

4、量子计算行业企业融资

目前,量子计算行业仍处于早期快速发展阶段,企业在技术研究和产品研发上投入大,周期较长,需要大量资金支持,而融资成为量子计算企业发展的关键之一。

虽然受通货膨胀、美联储加息和经济衰退阴霾影响,量子计算行业 2022 年融资有所下降,但是从历史来看,量子计算行业 2022 年融资依然处于高位。

根据我们统计,量子计算行业全年累计完成约 48 笔融资,合计超过 10 亿美元。




2022量子计算企业融资情况

其中,在国外,D-Wave 公司以 7.6 亿美元融资高居融资企业榜第一。该公司提供唯一完整的端到端量子解决方案,包括硬件、软件、实时量子云服务、开发工具和强大的量子混合求解器。同时,它也是唯一一家构建退火和门模型量子计算机的公司。D-Wave 在 2022 年 6 月推出其第六代机器——Advantage2 的实验原型。除此之外,它还拥有200多项适用于退火和门计算的专利组合。

在国内,量旋科技完成近亿元 Pre-B 轮融资位居融资企业榜前列。与诸多量子计算创业公司不同,量旋科技凭借技术研发和商业落地“双轮驱动”战略,不仅在超导量子计算机方面发力,完成实用型超导芯片量子计算机的原型机、超导量子芯片和射频测控系统的研发,而且通过三款桌面型量子计算机(三角座、双子座、双子座 Mini)成功实现商业化落地。这种战略也让这家公司成为量子计算创业公司中的一类代表,获得媒体认可。本月,量旋科技被全球量子行业权威媒体《Quantum Zeitgeist》列为2023年最值得关注的6家量子计算公司之一。

基于统计,我们发现全球量子计算行业 48 笔融资中,美国以 9 笔融资遥遥领先,中国、加拿大和英国分别以 6 笔融资并列融资排行榜第二,荷兰、以色列分别以 4 笔融资紧随其后,德国和芬兰则分别凭借 3 笔融资并列榜单第四位。




量子计算企业融资国家分布

从融资轮次看,2022 年全球量子计算企业融资仍以早期融资为主,种子轮、A 轮较多,占比接近一半。




2022量子计算企业融资轮次分布

同时,融资方式呈现多样化,既有风险投资,也有股权融资、债务融资、政府资助等。




2022量子计算企业融资细分领域

从细分领域来看,涵盖超导量子计算机、光量子计算机、中性原子量子计算机、离子阱量子计算机、半导体量子计算机和量子软件和算法。其中,量子软件与算法企业融资数量最多,其次是超导量子计算机,光量子计算机企业融资数量排名第三。由此可见,资本市场最受欢迎的是量子软件与算法企业、超导量子计算机企业和光量子计算机企业。

综上,资本加持不仅成为量子计算创业公司发展的关键之一,而且某种程度上,也体现出外界对量子计算行业发展的信心。作为未来算力跨域式发展的重要探索方向,量子计算是无论如何都无法忽视的领域。

写在最后

纵观整个2022年,量子计算行业仍处于快速发展阶段,各国政策频出,技术进展加速,各大企业纷纷探索量子计算应用。如果说政策和资金是基础,那么技术和产品是关键,应用则是最终目标。

展望未来,无论是科技巨头,还是创业公司,只有在商业化方面成功落地,赢得客户,才能在行业竞争中率先脱颖而出。

欢迎阅读更多量子计算精彩内容

相关内容