以量子計算機(jī)為代表的量子技術(shù)正在不斷帶來創(chuàng)新

隨著新興技術(shù)的不斷發(fā)展，以量子計算機(jī)為代表的量子技術(shù)正在不斷帶來創(chuàng)新。從網(wǎng)絡(luò)安全到金融、醫(yī)藥以及先進(jìn)制造等行業(yè)，在量子技術(shù)的加持下，將發(fā)生顛覆性的變化。

以氣候變化為例，由于傳統(tǒng)計算機(jī)的計算模式正趨向瓶頸，而氣候系統(tǒng)極具復(fù)雜性且具有海量數(shù)據(jù)，所以導(dǎo)致傳統(tǒng)計算機(jī)在百分百模擬地球氣候變化方面面臨著困難與壓力。但對量子計算機(jī)而言，在其先進(jìn)的處理能力下，可以將氣候變量考慮在內(nèi)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型，以幫助預(yù)測天氣變化并為自然災(zāi)害做好準(zhǔn)備。

除了對產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步帶來的影響，站在國家安全的角度來看，掌握了這些先進(jìn)技術(shù)，就意味著在產(chǎn)業(yè)競爭力與國家網(wǎng)絡(luò)安全方面占據(jù)了優(yōu)勢。于是，在這種情況下，各國開始不遺余力地發(fā)展量子技術(shù)，紛紛將量子計算納入國家戰(zhàn)略。可以說，“未來，量子計算可能顛覆世界”已經(jīng)成為了全球共識。

各國相繼出臺量子信息國家戰(zhàn)略， 搶占下一輪科技發(fā)展的“制高點”

盡管現(xiàn)在量子技術(shù)還處于初期發(fā)展階段，但為了搶占未來的科技高地，包括美國、加拿大、德國、英國等國家在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)體都在不遺余力地發(fā)展量子技術(shù)。從整體上看，由于早期的投入，美國在該領(lǐng)域占據(jù)著先發(fā)優(yōu)勢。2002 年，當(dāng)時美國國防部高級研究計劃局制定了《量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，對量子計算發(fā)展的主要階段與時間表進(jìn)行了規(guī)劃，將量子信息納入國家戰(zhàn)略，這成為了美國在該領(lǐng)域極具發(fā)展優(yōu)勢的重要原因。

面對量子信息對未來世界各個產(chǎn)業(yè)格局可能帶來的影響，各國相繼出臺相關(guān)國家戰(zhàn)略，加入量子競賽的角逐。

圖 | 各國關(guān)于量子計算的部分政策（來源：CB Insights China 根據(jù)公開資料做不完全統(tǒng)計）

德國

2020 年 7 月，德國聯(lián)邦教育與研究部部長卡利切克（Anja Karliczek）表示，德國將于 2021 年擁有首臺量子計算機(jī)。6 月初，德國政府加碼投資 20 億歐元發(fā)展量子技術(shù)，希望在擔(dān)任歐盟輪值主席國期間，把量子計算機(jī)相關(guān)議題納入未來歐盟的科研框架，進(jìn)一步推動歐洲在這一關(guān)鍵技術(shù)上加速發(fā)展。

此前，2019 年 8 月，在德國總理默克爾（Angela Dorothea Merkel）的支持下，美國 IBM 公司與德國弗勞恩霍夫協(xié)會（Fraunhofer Society）宣布發(fā)起德國量子計劃。IBM 將在德國斯圖加特附近的 IBM 計算機(jī)中心內(nèi)安裝一臺 IBM Q System One 量子計算機(jī)，并與弗勞恩霍夫協(xié)會合作，建立歐洲量子計算研究的主要樞紐。其中，德國政府將為此投入 6.5 億歐元，幫助完成量子技術(shù)從基礎(chǔ)研究走向市場應(yīng)用的過渡。

法國

法國已將量子計算視為“主要關(guān)注領(lǐng)域”，其量子技術(shù)國家戰(zhàn)略計劃提出， 2021 年起法國國家研究局（ANR）的“量子技術(shù)中心”實施 AAPR 專項，每年超 1000 萬歐元，并在巴黎、薩克雷和格勒三個城市和地區(qū)創(chuàng)建三個“樞紐中心”，以支持涉及量子通信專家、網(wǎng)絡(luò)安全專家和電信設(shè)備制造商的 QKD 技術(shù)的研究。

2020 年 1 月，法國國會議員 Paula Forteza 向國會提交了一份長達(dá) 68 頁的議案，呼吁制定法國的量子技術(shù)國家戰(zhàn)略，建議五年內(nèi)投資 14 億歐元，支持量子技術(shù)發(fā)展，如發(fā)起 20 個技術(shù)項目，年度預(yù)算不少于 1000 萬歐元；到 2024 年，法國境內(nèi)創(chuàng)建 50 家量子初創(chuàng)公司；建立 3 億至 5 億歐元的后期投資基金等。

英國

2013年，時任英國財政大臣 George Osborne 發(fā)起了 2.7 億英鎊的英國國家量子技術(shù)計劃（National Quantum Technologies Programme），該計劃在牛津大學(xué)、伯明翰大學(xué)、約克大學(xué)和格拉斯哥大學(xué)建立了四個量子技術(shù)中心。2015年，發(fā)布了《量子技術(shù)國家戰(zhàn)略》和《英國量子技術(shù)路線圖》，將量子技術(shù)發(fā)展提升至影響未來國家創(chuàng)新力和國際競爭力的重要戰(zhàn)略地位。

隨后，2016 年 12 月，英國政府科學(xué)辦公室發(fā)布量子技術(shù)報告《量子技術(shù)：時代機(jī)會》，提出建立一個政府、產(chǎn)業(yè)、學(xué)界之間的量子技術(shù)共同體，幫助英國在未來的量子技術(shù)市場中搶占先機(jī)。

2019 年 6 月，時任英國首相特雷莎·瑪麗·梅（Theresa Mary May) 宣布將大力投資量子計算的發(fā)展，政府將投資 1.53 億英鎊用于發(fā)展量子計算，而全球公司承諾在英國投資超過 10 億英鎊，總投資超過 12 億英鎊。

荷蘭

對于量子技術(shù)，荷蘭計劃在未來 10 年內(nèi)向 QuTech 投資 1.35 億歐元，QuTech 是由荷蘭臺夫特理工大學(xué)（TU Delft）與荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織（Netherlands Organization for Applied Scientific Research，TNO）共同成立的一家量子技術(shù)研究所，旨在加速全棧量子計算系統(tǒng)的研發(fā)。

2020 年 4 月，荷蘭部長 Ingrid van Engelshoven 和歐盟事務(wù)專員 Mariya Gabriel 共同推出了歐洲第一個公共量子計算平臺——Quantum Inspire。據(jù)悉，該平臺主要側(cè)重于教育、培訓(xùn)以及應(yīng)用程序的開發(fā)，可以讓所有人都能訪問世界上第一個使用由可伸縮“自旋量子比特”（Spin Qubits）制成的量子處理器。

俄羅斯

2019 年 12 月，俄羅斯副總理馬克西姆·阿基莫夫（Maxim Akimov）提出國家量子行動計劃，計劃 5 年內(nèi)投資約 7.9 億美元打造一臺實用的量子計算機(jī)，并希望在實用量子技術(shù)領(lǐng)域趕上其他國家。此前，2018 年，俄羅斯前景研究基金科技委員會批準(zhǔn)于 2018-2021 年在俄羅斯發(fā)展量子計算機(jī)的項目，該項目將分階段逐步實施，其中，莫斯科大學(xué)已正在前景研究基金的支持下啟動項目“實體”部分的研制。

另外，俄羅斯鐵路公司計劃在 2024 年前部署 10000 公里的量子網(wǎng)絡(luò)，計劃投資總額為 247 億盧布（約 23 億人民幣）。目前，俄羅斯國家運營商 Rostelecom 在該項目的框架下部署了光纖線路。

韓國

韓國于 2014 年發(fā)布《量子信息通信中長期推進(jìn)戰(zhàn)略》，希望在 2020 年成為全球量子通信領(lǐng)先國家。

2019 年 1 月，韓國科學(xué)和信息通信技術(shù)部（MSIT）宣布，其量子計算技術(shù)開發(fā)項目與 2019 年的下一代信息計算技術(shù)開發(fā)項目已經(jīng)完成并準(zhǔn)備啟動。并將在未來五年內(nèi)，將投入 445 億韓元（約 4000 萬美元）用于開發(fā)量子計算機(jī)硬件、量子計算新構(gòu)架、量子算法、基礎(chǔ)設(shè)施等核心技術(shù)。其中 2019 年，會投入 60 億韓元（約 540 萬美元）。通過量子計算關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，政府計劃到 2023 年完成實用五量子比特（量子比特信息單元）量子計算機(jī)系統(tǒng)的演示，其可靠性超過 90％。

另外，韓國的研究計劃將確保量子計算的核心技術(shù)并建立一個國內(nèi)研究生態(tài)系統(tǒng)。

日本

2013 年，日本成立量子信息和通信研究促進(jìn)會以及量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)，計劃未來 10 年投入400 億日元（約 3.77億美元）在量子信息技術(shù)的研發(fā)。

2019 年 11 月，日本政府規(guī)劃了以量子技術(shù)研究開發(fā)戰(zhàn)略為支柱的路線圖，其中，關(guān)于性能優(yōu)于超級計算機(jī)的量子計算機(jī)，計劃在 10 年后開發(fā)出計算的基本單位（量子位）數(shù)量達(dá)到 100 個的機(jī)型。

同時，為了推動量子技術(shù)的發(fā)展，日本政府計劃在 2020 年成立負(fù)責(zé)整體管理與協(xié)調(diào)的主管機(jī)構(gòu)，在 8 個領(lǐng)域建立核心研發(fā)基地，并在 5 年內(nèi)不斷完善量子計算研發(fā)體系。

美國

除 2002 年美國國防部高級研究計劃局（DARPA ）制定的《量子信息科學(xué)與技術(shù)規(guī)劃》外，2008 年，DARPA 斥巨資啟動名為“微型曼哈頓計劃”的半導(dǎo)體量子芯片研究計劃，將量子計算研究列為與原子彈研制同等重要的高度。2018 年 6 月，美國眾議院科學(xué)委員會高票通過《國家量子倡議法案》，計劃在 10 年內(nèi)撥給能源部、國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所和國家科學(xué)基金 12.75 億美元，推動量子科學(xué)發(fā)展。

2018 年 12 月，美國總統(tǒng)特朗普簽署了美國國會提交的《國家量子計劃法案》，落實“國家量子計劃”正式成為美國法律，為美國加速量子科技的研發(fā)與應(yīng)用，奪取戰(zhàn)略性領(lǐng)先優(yōu)勢提供了立法保障。

2020 年 4 月，根據(jù)美國最新國會審議的預(yù)算，特朗普政府將 2021 年科研經(jīng)費整體削減了近 10%，但量子信息科學(xué)的開支卻增加約 20% 至 2.37 億美元，其中，能源部要求 2500 萬美元來加速量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。如果獲得國會批準(zhǔn)，將為推動量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供重要資金基礎(chǔ)。

中國

在中國，量子技術(shù)被視為國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展受到了國家戰(zhàn)略、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、工程建設(shè)等多個方面政策的支持，出現(xiàn)在了《十三五國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展規(guī)劃》、《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等重要的國家規(guī)劃中。

此外，中國先后推出“自然科學(xué)基金”、“863”計劃和重大專項等來支持量子信息的研究和應(yīng)用。2018 年 5 月的兩院院士大會上， 習(xí)近平強(qiáng)調(diào)“以人工智能、量子信息、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈為代表的新一代信息技術(shù)加速突破應(yīng)用”，量子信息的戰(zhàn)略地位得到進(jìn)一步肯定。

10 年前，量子計算技術(shù)還處于萌芽狀態(tài)，如今它正走在邁向商業(yè)化的路上。在這個過程中，無論是科技巨頭還是初創(chuàng)新貴，都在不斷投入資金、人力等資源進(jìn)行探索。從目前的市場格局來看，科技巨頭已提前拿到入場券，再加上正在展露頭角的初創(chuàng)企業(yè)，可以說，量子計算的生態(tài)系統(tǒng)在不斷完善。

布局中的科技巨頭

全球范圍內(nèi)，正在布局量子計算的科技巨頭，主要集中在美國、日本和中國三個國家。

在美國，包括谷歌、IBM、霍尼韋爾、微軟、英特爾等在內(nèi)的龍頭企業(yè)都已取得了一定的成果。

日本方面，該國在量子計算的基礎(chǔ)研究方面處于領(lǐng)先地位，比如電信巨頭 NTT 自 1960 年代起就已展開關(guān)于光技術(shù)的研究，并于 2019 年 11 月宣布與美國國家航空航天局（NASA）以及斯坦福大學(xué)等多個單位展開合作，研發(fā)光通信技術(shù)的新型量子計算機(jī)。而電子制造商 NEC 約在 20 年前就成功驗證了谷歌方式的原理，不過在商業(yè)化方面落后于人。另外，日本最大的 IT 服務(wù)商富士通（Fujitsu）從“類量子運算”入手，開發(fā)出模擬量子計算的“數(shù)字退火”（Digital Annealing）技術(shù)芯片與服務(wù)器，以商用為前提，為企業(yè)做好準(zhǔn)備。

在中國，BAT（百度、阿里巴巴和騰訊）以及華為是量子計算領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。阿里巴巴旗下阿里云部門在 2015 年 7 月與中國科學(xué)院在上海建立了阿里巴巴量子計算實驗室，主要研究量子計算在各個領(lǐng)域的應(yīng)用；2018 年 2 月，阿里云推出具有 11 個量子位的云量子計算服務(wù)。百度在量子計算的布局始于 2018 年成立量子計算研究所，隨后在 2019 年的百度 AI 開發(fā)者大會公開課上，發(fā)布了量子脈沖云計算系統(tǒng)“量脈”（Quanlse），能將量子計算軟件指令轉(zhuǎn)換成控制量子硬件的脈沖序列，是實現(xiàn)量子軟硬件連接的關(guān)鍵橋梁。

2017 年初，牛津大學(xué)量子物理博士葛凌（Ling Ge）教授以騰訊歐洲首席代表身份加入騰訊，是騰訊布局量子計算的開始。2018 年 1 月，香港中文大學(xué)著名量子理論計算機(jī)科學(xué)家張勝譽(yù)教授加入并搭建騰訊量子實驗室，同年，騰訊提出了“ABC2.0”技術(shù)布局（AI、RoBotics、Quantum Computing)。

而量子計算作為華為中央研究院數(shù)據(jù)中心實驗室的重要研究領(lǐng)域之一，主要研究方向包括了量子計算物理與操控、量子軟件，量子算法與應(yīng)用等。在 HUAWEI CONNECT 2018 上，華為首次正式對外公布了其量子計算模擬器 HiQ 1.0 云服務(wù)平臺，搭載量子線路模擬器；2019 年更是推出了量子計算云服務(wù) 2.0，新增業(yè)界領(lǐng)先的量子化學(xué)模擬平臺 HiQ Fermion 和量子調(diào)控模塊 HiQ Pulse。此外，有消息稱華為目前已經(jīng)和多個量子計算研究團(tuán)隊建立了戰(zhàn)略合作關(guān)系。

正在崛起的新興企業(yè)

雖然從目前的情況看，科技巨頭手握量子計算的入場券，但是新興企業(yè)在投資機(jī)構(gòu)的支持下，正在不斷崛起。從融資的角度看，融資額最高的前 10 家量子計算初創(chuàng)企業(yè)分別來自美國、加拿大、澳大利亞、日本和英國。

圖 | 歷史融資總額最高的 10 家量子計算初創(chuàng)公司（來源：CB Insights；CB Insights China 整理）

在排名中，名列前三的公司情況如下。

總部位于加利福尼亞州帕洛阿爾托市（Palo Alto）的 PsiQuantum 是一家成立 5 年的量子計算初創(chuàng)公司，旨在使用傳統(tǒng)的硅芯片來制造商用量子計算機(jī)。根據(jù)該公司的聲明，其技術(shù)將可以把 100 萬個量子比特串在一起，并從中提取出 100 到 300 個糾錯量子比特。2020 年 4 月，PsiQuantum 籌集了 2.15 億美元的資金，加速量子計算設(shè)備的研發(fā)。

成立于 1999 年的 D-Wave 是加拿大一家量子計算公司，于 2011 年推出第一臺商用量子計算機(jī)，通過“量子退火”（Quantum Annealing）技術(shù)讓每個量子位和附近的量子位相互糾纏。該公司是目前唯一正式出貨量子計算機(jī)的公司。此前，谷歌開始進(jìn)行量子計算研究時，使用的便是 D-Wave 的量子計算機(jī)。

成立于 2013 年的 Rigetti Computing 于 2020 年 3 月完成 7100 萬美元的最新融資。作為嘗試將量子計算商業(yè)化的初創(chuàng)公司之一，Rigetti 在最近的對外聲明中稱將發(fā)布 128-Qubit 的超導(dǎo)量子計算機(jī)。為了發(fā)力量子計算的研究，去年 7 月，該公司收購了量子計算和數(shù)據(jù)分析軟件初創(chuàng)公司 QxBranch 來建立其全棧戰(zhàn)略，提高其量子算法、解決方案及服務(wù)的提供能力。

事實上，除美國、加拿大、澳大利亞、日本和英國外，在將量子計算納入國家發(fā)展政策的其他國家中，也不乏優(yōu)秀的初創(chuàng)公司的出現(xiàn)。比如荷蘭的 Delft Circuits、德國的 JoS Quantum、法國的 Ato、中國的本源量子等。

總結(jié)

隨著人類對微觀粒子系統(tǒng)的觀測和調(diào)控技術(shù)的不斷突破，這使得從量子觀察到量子調(diào)控成為了可能，同時也為即將爆發(fā)的第二次量子科技革命奠定了基礎(chǔ)。在各國的不斷出臺相關(guān)政策并不斷提供資金以大力推進(jìn)量子技術(shù)發(fā)展，以及科技巨頭與新興企業(yè)不斷加碼投資，創(chuàng)新技術(shù)的情況下，誰將在引領(lǐng)前沿，獲得話語權(quán)，值得期待。