全球量子技术市场有多大？180亿美元？

出品  光子盒研究院

量子力学的第一个百年（第一次革命）人们主要只做一件事，求解薛定谔方程，取得了辉煌成果，研制成功激光、晶体管等新型器件，将人类社会引进繁荣的信息时代。

第一次量子革命只是基于量子力学的原理开发出新型的经典器件。第二次量子革命则是直接开发基于量子特性本身的量子器件，这些器件遵从量子力学规律，它以量子态（量子比特）为单元，信息的产生、传输、存储、处理、操控等全都基于量子力学规律，称之为量子信息技术。

目前正在开发的主要量子信息器件和技术，有量子计算、量子密码、量子网络、量子模拟、量子传感等，这些量子器件和技术的物理基础直接应用到量子世界的特性。

在人们的畅想中，量子信息技术可应用于加速优化、安全通信、精密测量、人工智能、分子模拟、金融建模、图像处理等领域，影响着人们生活的方方面面。但是，量子信息技术市场到底有多大？仍然没有一个定数。

量子计算市场

当前，量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量等三个技术领域。而量子计算无疑是最受瞩目的，也是各国投入最大的领域，根据Research and Markets预测，到2024年量子计算将以最高的市场份额引领量子信息技术市场。

波士顿咨询公司（BCG）的报告将量子计算的参与者分为四大类：

量子计算主要参与者

第一类是端到端提供商。这些往往是大型科技公司和资金充足的初创公司。包括IBM、谷歌、微软、阿里巴巴、霍尼韦尔、D-Wave、Rigetti、Xanadu等。

第二类是硬件和系统参与者。它们只专注于开发硬件，这也是量子计算的核心瓶颈。参与者包括科技巨头英特尔，以及初创公司，如IonQ、Quantum Circuits和QuTech等。

第三类是软件和服务参与者。它们致力于实现应用程序并将现实问题转化为量子问题，包括Zapata Computing、QC Ware、QxBranch和Cambridge Quantum Computing等，为用户提供软件和服务。

第四类是专家级参与者。这些主要是从研究机构分离出来的初创公司，为量子计算硬件公司或企业用户提供重点解决方案。例如，Q-CTRL致力于提供更好的系统控制和门操作的解决方案，而Quantum Benchmark评估和预测硬件和特定算法的错误。

在商业化方面，量子计算可应用于高科技（机器学习、人工智能、搜索）、工业品（汽车、半导体、材料）、化工制药、金融、能源等领域。

 量子计算主要应用领域

IBM、谷歌、阿里巴巴、百度等科技公司希望将量子计算应用于搜索、机器学习、数字安全等领域。

根据艾瑞咨询预测，全球机器学习量子计算潜在市场规模，将从2019年的4.0亿美元增至2024年的125.4亿美元，同期搜索行业量子计算规模将从3.7亿美元增至52.8亿美元，数字安全量子计算规模将从22.7亿美元增至74.4亿美元。

另据BCG的预测，大规模的搜索和机器学习问题是通过大量的、并行的、专门的GPU来解决的。参考GPU霸主英伟达的业绩，BCG预测，到2030年，此类取代基于GPU的算法应用规模将超200亿美元。

量子计算还将在化工制药行业中发挥重要作用。目前，对于分子间相互作用的模拟计算复杂程度随着分子数目的增加呈指数性增长，类似于给大数分解质因数的问题。只要对量子计算有所了解，就知道Shor算法可解决这一问题。

基于此，BCG预测2030年，在制药行业，量子计算市场规模将达200亿美元，化学、材料科学等科技密集型产业的规模将达70亿美元。艾瑞咨询则预测，到2024年，生物医药行业的量子计算规模将达62.5亿美元，化工行业将达69.7亿美元。

而在其他行业，量子计算的最大意义是解决优化问题。

对经典计算而言，在大规模物流网络等复杂系统中，设计满足各种需求的最优路线的计算量很大。量子计算则能大幅提升计算效率，从而在物流运输、航空旅行、交通管制、金融资产管理和网络基础设施等领域中提升运营效率、减少碳排放等。

但是鉴于当前经典计算在解决优化问题上仍有良好的性能，很少有企业关注量子计算在优化问题上的潜能，因此很难给出具体的市场规模。

那么，整个量子计算市场又有多大呢？关于这个问题，市场上存在很大的争议。争议点在于未来能否实现容错量子计算。

根据BCG的预测，到2035年，量子计算的应用市场规模可达600亿美元，当然，这得基于逻辑量子比特的制造和集成能力达到基础量子计算所需的最低要求，量子比特的错误率必须显著降低。如若不能实现容错量子计算，到2035年，只有20亿美元的体量。

艾瑞咨询的预测同样乐观，2019-2024年，全球量子计算潜在市场规模有望从119.0亿美元增至429.1亿美元。

另一家市场调查公司Markets and Markets则对量子计算市场持有谨慎态度。他们认为，全球量子计算市场将从2019年的0.93亿美元增长到2024年的2.83亿美元。

来源：Markets and Markets

Markets and Markets着重强调了量子计算在航天国防领域的潜力，美国、中国和沙特阿拉伯等国的高额军费开支将对市场增长产生积极影响。军事上使用量子计算有望提高战场通信的安全性。

上述几家机构更倾向于关注量子计算，而Research and Markets的报告则从全局考察了整个量子信息技术市场，包括量子计算、量子通信、量子传感、量子成像、量子模拟等。

Research and Markets预测，到2024年，全球量子信息技术市场将达到近180亿美元。量子计算将以最高的市场份额引领市场，量子通信将以最高的年复合增长率增长。

从区域来看，Research and Markets认为北美是全球最大的量子技术区域市场，Markets and Markets则认为亚太地区到2024年将成为最大的量子计算市场。

根据Inside Quantum Technology预测，亚太地区量子计算硬件的销售收入将于2020年达到4000万美元左右，2025年将达到2.5亿美元左右，2029年将超过8亿美元。中国与日本并驾齐驱。

从各大机构的预测来看，分歧主要出在量子计算机的实用性上。

我们知道，实现量子计算商业应用需要拥有足够数目量子比特的处理器，以及解决各类应用背后数学问题的量子算法。事实上，密码学、机器学习等领域的相关算法已经存在，处理器也在积极研发中。

量子计算机的实用性有两个维度，一是量子比特的数量越来越多，二是量子比特的错误越来越少，恰恰这两个维度是相互影响的，因为量子比特数量越多，干扰和错误也就越多。

因此，能否在量子比特数量增加的同时减少错误，是量子计算产业大爆发的前提。

量子通信市场

不仅仅是计算，量子技术还将影响通信行业。量子通信利用微观粒子的量子叠加或量子纠缠效应等进行信息或密钥传输，主要包括量子隐形传态和量子密钥分发两类。量子通信可大幅提升通信的安全性，将对信息安全和通信网络等领域产生重大变革和影响。

现有的量子密钥分配（QKD）系统，起源于1984年Charles Bennett和Gilles Brassard提出的BB84协议。而量子隐形传态（QT），是Bennett、Brassard等六人在1993年提出的。

二者的区别是，QKD应用了量子通道，但传输的仍是经典信息（密钥），而QT是将信息编码在量子比特上，在量子通道上将量子比特从甲方传给乙方，直接实现信息的传递。

QT研究目前主要局限在各种平台和环境条件下的实验探索，包括高品质纠缠制备、量子态存储中继和高效率量子态检测等关键技术瓶颈尚未突破，距离实用化仍有较大距离。相比于QT，QKD实现商用化的可能性更大。

目前，实现量子密钥分发有两种形式：离散变量量子密钥分发（DV-QKD）和连续变量量子密钥分发（CV-QKD），其中CV-QKD技术出现时间相对较晚，但凭借其先天优势，近年来得到了迅速的发展。

CV-QKD技术编码信息在光场的正则分量上，系统只需要普通的相干激光器、平衡零差检测器，成本低、实用性强，且在同等条件下其输出的密钥率远高于DV-QKD技术，与传统光通信网络融合性高。

但是目前CV-QKD技术在安全传输距离方面还不如DV-QKD技术。因此，DV-QKD技术和CV-QKD技术各有其应用侧重方向，可以形成很好的互补关系，具备了构建商业化系统的条件。

量子保密通信的目前达到的实际水平是：在百公里范围的城域网，量子密码体系可以做到密钥分配在现有技术保证的各种攻击下是安全的，安全密钥生成率在25公里可确保高清视频一次一密，在100公里内能确保音频、文字、图片等的一次一密。

从各大机构的报告来看，量子密码全球市场规模（包括量子密钥分配、量子密码通信设备、量子安全网关、量子随机数发生器等）约数亿美元。

Inside quantum Technology的报告预测，QKD将在2020年创造近1.5亿美元的收入。另一家机构Markets and Markets提出，全球量子密码市场规模预计将从2018年的1.01亿美元增长到2023年的5.06亿美元，预测期内年复合增长率为37.9%。

其他机构同样表示2018年全球量子密码市场规模在1亿美元左右。

The Insight Partners数据显示，2018年全球量子密码市场规模为1.05亿美元，预计到2027年将达到19.91亿美元，预测期内年复合增长率为39.2%。Data Bridge则预计到2026年，全球量子密码市场规模将从2018年的1.03亿美元上升至13.54亿美元，预测期内年复合增长率为38.06%。

但是Market Research Future预计在2017-2023年期间，量子密码市场的年复合增长率只有14%。2018年市场规模已达3亿美元，但到2023年才突破6亿美元。

来源：Market Research Future

量子测量市场

量子技术还将极大地提升测量精度。

经典测量所能达到的最小噪声一般称为散粒噪声, 对应着测量的标准量子极限。一个物理量的测量精度正比于1/√N（N即单次测量所使用的光子或原子等的数目）。

近年来量子技术的发展，人们利用量子相干、量子纠缠、量子统计等特性可以突破标准量子极限，从而实现更高精度的测量，这个精度正比于1/N，即海森堡极限。

通过对不同种类量子系统中独特的量子特性进行控制与检测，可以实现量子定位导航、量子目标识别、量子重力测量、量子磁场测量、量子时间基准五大领域的精密测量。

而实现精密测量的物理装置就叫作量子传感器，包括量子陀螺仪、量子雷达、量子重力仪、量子磁力仪和量子加速度计等。

量子传感器能够实现更高精度，比如传统机电式陀螺仪的精度约为10e-6°/h，而量子陀螺仪的理论精度可达10e-12°/h；又如传统时间同步技术最高精度是100皮秒（1皮秒=10e-12秒），而量子时间同步协议的精度可达到皮秒量级。

量子传感和成像是相辅相成的，后者的商业应用也非常广泛，例如气体图像处理可以检测到微小的变化，这些变化可能导致早期检测到储罐故障或有毒化学品的存在。与量子传感技术相结合，量子成像技术也可能有助于各种与公共安全相关的应用，如搜救。

从全球范围来看，目前量子时钟源、量子磁力计、量子雷达、量子重力仪、量子陀螺、量子加速度计等领域均有样机产品报道。根据BCC Research的统计分析，全球量子测量市场的收入由2018年的1.4 亿美元增长到2019年的1.6亿美元，并预测未来5年年复合增长率将在13%左右。

Research and Markets表示，未来6G无线技术将推动例如在传感、成像、定位的实质性进步。更高的频率将使更快的采样率以及更高的精度，直到厘米级。

那么，量子计算、量子通信、量子测量三者结合的产物是什么？答案是量子互联网——是由量子密钥分发、量子云计算和量子传感器三部分组成的。

尽管一些大型研究机构和政府机构购买量子计算机用于内部部署，然而这些计算机的高成本加上技术的不成熟，意味着大多数量子用户是通过云访问量子的。

Inside Quantum Technology报告称，量子互联网将拥有与当今互联网相同的“地理覆盖范围”。它将为量子计算机和其他量子设备之间的通信提供一个强大的平台，并实现物联网的量子版本。最终，量子互联网将成为有史以来最安全的网络。

根据IQT报告，到2025年，量子互联网市场预计将达到55亿美元。其中，量子云计算的收入将超过20亿美元。量子传感器的收入预计将达到12亿美元左右。

实际上，为了抢占未来的科技高地，包括美国在内的主要发达经济体都在不遗余力大力发展量子互联网。

5月，欧洲量子技术旗舰计划在其官网上发布了一份战略研究议程（SRA）报告，表示未来三年将推动建设欧洲范围的量子通信网络，完善和扩展现有数字基础设施，为未来的“量子互联网”远景奠定基础。

欧盟在议程中称，实现量子网络的目的是超越短距离的量子密钥分发，充分发挥量子通信的潜力，但最终目标是实现全球量子互联网。

早在2月，美国白宫也发布了一份《美国量子网络战略构想》报告，提出美国将开辟量子互联网，确保量子信息科学惠及大众。

站在中国的角度来说，错过了上个世纪的互联网，这个世纪的量子互联网不能再错过了。

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1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。