量子计算商业前景分析

光子盒研究院出品

最近五年，世界主要国家出现了一波进入量子计算市场的浪潮，全球量子计算创业公司（包括软件、硬件）已有100多家。但在2010年之前，只有少数几家现有公司（Incumbent firms）在研究量子计算，创业公司只有一家D-Wave。

注：因为量子计算技术而成立的公司是创业公司，其他如IBM、谷歌并非因为量子计算而成立。

2010年之后，从事量子计算（QC）硬件开发的现有公司稳定在10家左右，但创业公司井喷至50家以上。而从事QC软件开发的创业公司几乎是一夜之间从无到有，目前在70家左右，其中包括算法、应用程序、模拟器和接口。

自从2016年IBM发布了第一个商业量子计算云平台后，出现了一大批软件开发公司。因为与硬件相比，这些技术需要投入的资金更少，一旦通过云端能够提供一个平台来开发他们的技术，软件公司就会大量涌现。

量子计算可能经历的三个发展阶段

尽管技术在进步、投资在增长，但量子计算仍然面临着技术和市场的高度不确定性。

拿硬件公司来说，目前技术路线有超导、离子阱、半导体、拓扑、光量子、金刚石等等，但还没有一个主导技术路线。

从经典计算机的发展趋势来看，早期人们冒险在技术不确定性中寻找隐藏的机遇，企业数量增加。然而，一旦一个主导技术路线出现，公司的数量就会因为合并和退出的过程而减少。

通用电气，是世界上最大的提供技术和服务业务的跨国公司，如今却对当年进军计算机领域讳莫如深。在通用电气网站上，根本找不到找到该公司进军计算机领域的历史，就好像通用电气从来没有制造过计算机。

上世纪60年代，计算机行业内流行“IBM和七个小矮人”的说法，通用电气是七个小矮人之一，其他六家分别是Burroughs、Sperry-Rand、Control Data、Honeywell、RCA、NCR。但是如今几乎没人知道其他七个计算机品牌，因为他们在与IBM的竞争中全部败下阵来。

众所周知，1946年在美国诞生了世界上第一台电子计算机ENIAC，承担开发任务的人员除了大名鼎鼎的冯·诺依曼，还有来自宾夕法尼亚大学的教授莫契利（John Mauchiy）和埃克特（John Eckert）分别担任总设计师和总工程师。

莫契利和埃克特不仅设计了世界上第一台电子计算机，还成立了世界上第一个以制造电脑为主业的公司埃克特-莫契利电脑公司（EMCC）。但是经营了还不到两年，由于资金困难，不得不把公司卖给了雷明顿兰德（Remington Rand）。

1951年，由莫契利和埃克特设计的第一台商用计算机系统UNIVAC-1诞生了，第一台UNIVAC卖给了美国人口普查部，主要用于人口普查，标志着计算机进入了商业应用时代。

正如2011年D-Wave公司发布世界上第一台量子计算机后大量QC公司成立，上世纪50年代计算机制造行业同样吸引了大量公司的参与，包括通用电气（GE）、霍尼韦尔（Honeywell）、IBM等耳熟能详的公司。

不过当时IBM还不叫“蓝色巨人”（Big Blue），虽然小沃森在1949年上任后也决定开发商用计算机，但技术上还落后UNIVAC许多，而且由于雷明顿兰德军火商的身份，更受美国政府青睐。

于是，IBM开始调动一切资源，聘请冯·诺依曼担任公司的科学顾问，全力以赴加快计算机的研发与生产进度，并且建立了世界上第一条计算机生产线。1952年4月，IBM推出了701计算机，正式与雷明顿兰德竞争，并很快在技术上超过了它。

IBM凭借严谨的工业流水线生产能力和灵活的商业促销，逼得雷明顿兰德节节败退，到了1955年，它与航海设备厂商斯佩里公司合并，成立了斯佩里-兰德（Sperry-Rand）公司。

上世纪60年代，IBM位列美国八大电脑公司之首，市场份额占70%，其他7家瓜分其他30%份额，由此开始流行“一个蓝色巨人和七个小矮人”的说法。

IBM大型机

后来，随着半导体集成电路的出现，IBM积极投入第三代集成电路计算机的生产。

1964年4月，IBM推出了划时代的S/360大型计算机（Mainframe），当时计算机厂商要针对每种主机量身定做操作系统，而S/360的问世让单一操作系统适用于整系列的计算机。

为了应对竞争，1970年“七个小矮人”中的霍尼韦尔和通用电气将计算机业务合并，组成霍尼韦尔信息系统公司，在大型机市场上表现良好。然而，随着上世纪80年代个人电脑的出现，霍尼韦尔再也无力竞争，彻底退出了计算机市场。

通过回顾这段历史发现，早期计算机市场经历了三个阶段：第一阶段由于技术不确定性吸引众多公司参与制造计算机。第二阶段主导技术路线脱颖而出，例如IBM的System/360成为世界上首个指令集可兼容计算机，其他厂商不得不放弃前期投资，跟风IBM。第三阶段通过合并或退出等方式，计算机厂商的数量开始减少。

个人电脑时代，这个趋势同样适用。回想90年代电脑品牌琳琅满目，但如今消费者接触的电脑品牌已经屈指可数。The Silicon Underground网站列出了90年代的电脑品牌^[2]，其中的大部分品牌已经不复存在，有的直接倒闭，有的遭竞争对手收购。

曾经风靡一时的康柏（Compaq）电脑，年收入多次创下美国商业记录，成立第三年即在纽约证交所上市。但在2001年也被迫与惠普合并，惠普在2010年逐步淘汰了该品牌。

从经典计算机的发展来看，目前进入量子计算机市场的浪潮并非没有先例。然而，一旦一个占主导地位的量子计算机设计出现，通过合并和退出的过程，公司数量会急剧下降。

尽管业内认为量子计算机至少需要5-10年才具备实用性，但已有不少公司开始采取措施来应对技术和市场的不确定性，以确保最终退出市场的不是自己。

应对不确定性，量子计算公司多头押注

IBM采取的是全栈战略，在量子计算生态中包括执行所需算法的量子硬件、控制量子处理器并将处理器连接到云的经典硬件、用于将用户与云系统连接的软件工具以及用户可以访问的应用程序和知识组合，IBM公司旨在实现这些步骤中的每一步。

IBM Q Network旨在支持、培训和教育IBM量子计算云平台的用户，同时合作开发这些新工具的实际应用程序。该联盟的成员从国家实验室和大学到《财富》500强公司和QC软件创业公司。

IBM Q Network不包含任何QC硬件创业公司或任何与IBM技术直接竞争的产品，只有澳大利亚的Archer Materials公司正在积极开发一种室温硬件方法。

与IBM的全栈战略不同，微软和亚马逊追求的是开放式创新。亚马逊AWS已经与硬件创业公司IonQ、Rigetti和D-Wave合作，每一个都代表着不同的量子技术，即分别为离子阱、超导和量子退火。亚马逊还表示有兴趣通过最近与加州理工学院的合作推出自己的内部硬件开发计划。

微软在开发拓扑量子计算机的同时，与开发离子阱量子计算机的IonQ和霍尼韦尔以及正在开发超导量子计算机的Quantum Circuits, Inc.合作。同时，微软投资了正在开发光量子计算机的创业公司PsiQuantum。这些合作伙伴关系补充了微软为追求拓扑量子计算而建立的全球研究网络。

通过整合内外部资源，微软和亚马逊能够使他们在不同量子比特架构上的投资多样化，通过多头押注来应对诸如超导量子计算机难以扩展带来的风险。

由于量子计算技术和市场存在不确定性，我们无法判断谁能赢得这场竞争，但可以预测未来的主导技术大概率出现在头部公司中。目前量子计算头部公司可以通过专利数量来了解。

如下图所示，在北美现有公司中，2020年，IBM专利数量近250件，遥遥领先，Intel、微软和谷歌等公司专利数量相对接近。在亚洲现有公司中，专利排名前五都是日本公司，中国的阿里巴巴从2014年开始起步，专利数量增长较快。

在全球创业公司中，D-Wave通过20多年的技术积累，专利数量仅次于IBM，中国本源量子成立仅3年，但近年来异军突起，专利数量超过了Rigetti、ionQ这些知名公司，排在所有量子创业公司中的第二名。

实际上，本源量子也在多头押注，量子硬件包括超导和半导体两个技术路线，软件方面开发量子编程框架QPanda、量子编程语言QRunes和量子应用软件，同时在布局量子教育，建设量子计算生态联盟。

目前的量子计算发展是由100多家创业公司进入该行业推动的，但从商业规律来看，大多数公司都逃不出被市场淘汰的命运，因此只有那些真正掌握核心技术的公司，才能在未来的激烈竞争中存活下来。

参考：

[1]https://doi.org/10.1038/s42254-020-00247-5

[2]https://dfarq.homeip.net/90s-computer-brands/

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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。