光子盒年度系列丨2020全球十大量子计算公司

光子盒研究院出品

量子计算具有经典计算技术无法比拟的巨大信息存储量和超强并行计算处理能力，是不容小视的重要领域。如今，行业领先者一边突破技术限制，实现量子霸权；一边竞相开发和推出一种可行的量子计算机，并使其商业化。

2020年，量子体积突破4百万、第一个量子操作系统发布、量子云平台相继问世、基于量子计算的托管服务上市……行业生态逐渐完善，这注定是量子计算蓬勃发展的一年。

纵观国内外量子计算公司，根据各公司今年量子计算硬件或软件方面的进展、科研成果、商业用例以及未来计划等等，最后遴选出2020年度十大公司。

上榜的十个公司里不仅有国外已宣布实现“量子霸权”的领先者，也有国内奋起直追的开创者；不仅有进军量子计算领域的大型跨国公司，也有专注量子计算的初创公司；不仅有在硬件研发方面稳步突破的领头人，也有在研发操作系统中“最先吃螃蟹”的探路人。

以下为十大公司排名。

01

霍尼韦尔

“最强量子计算机”

上榜理由：量子计算硬件行业领先√推动行业生态发展√

作为有着超百年历史、营业额超300多亿美元的多元化高科技国际公司，霍尼韦尔在量子计算领域有着不俗的表现。

2020年，霍尼韦尔先是发布了6量子比特、量子体积为64的离子阱量子计算机HØ，随后又推出了10量子比特、量子体积为128的离子阱计算机H1，量子体积始终领先于IBM、谷歌。该计算机可通过微软Azure Quantum、Zapata Computing和剑桥量子计算（CQC）以及直接通过霍尼韦尔的云应用程序编程接口使用。

同时，霍尼韦尔还与多家公司合作开发量子处理器、算法应用等。霍尼韦尔与Rahko、Johnson Matthey合作发布了最新的量子处理器（QPU）。它与摩根大通（JPMorgan Chase）合作开发可应用于量子计算机和现有系统的算法。

在进军量子计算领域方面，霍尼韦尔不仅自主研发硬件、软件等，还投资多家量子计算公司，它投资的量子计算公司包括Zapata Computing和剑桥量子计算（CQC），以此推动行业发展。

霍尼韦尔的目标是在未来五年内将其量子体积每年增加一个数量级，根据目前现状，它正稳步实现这一目标，而其研发速度和领域布局将真正改变量子计算的游戏规则。

02

   IBM  

“量子计算教育家”

上榜理由：量子计算硬件软件两开花√推动量子计算人才教育√

继2019年IBM开设新的量子计算数据中心、推出53-qubit量子计算机后，2020年，IBM在量子计算领域动作频繁。

软件方面，IBM推出了量子计算开源框架Qiskit的扩展工具Qiskit VSCode Extension和Terra，同时也推出新模块Qiskit Ignis，这促使Qiskit的能力趋同于微软的Visual Studio Code开发平台。

硬件方面，先是在1月宣布其量子计算机量子体积达到32，后在8月宣布其量子计算机量子体积达到64，虽然较霍尼韦尔晚了2个月。9月，IBM发布了65位量子比特处理器Hummingbird，预计在明年推出127位量子比特处理器Eagle。12月，IBM量子计算副总裁Jay Gambetta在推特官宣了其量子计算机“IBM Q System One Montreal”已达到128量子体积。

促进量子研究和实验方面，IBM将分别在德国和日本安装IBM Q System One，这也是该系统分别在欧洲和亚洲的首次安装。它们将为德国和日本的学生和研究人员提供实践的机会，以探索量子算法、应用程序、软件并研发量子计算的实际应用。

推动量子计算教育方面，IBM的教育计划几乎涵盖各层次不同需求的人群。针对高中生，IBM推出k-12学生的量子教育课程；针对高校学生群体，IBM有夏季量子本科生研究项目和夏季实习计划；针对需要更深入研究的项目研究人员，IBM有量子研究人员计划。更进一步的是，为推动全球的量子教育普及，IBM发起了面向全球5000名高中生的免费量子教育课程。另外，为缩小学生在量子计算学习的差距，它有针对性向黑人群体所在高校地投入1亿美元的计划。

对于未来，IBM在发布的技术路线图中，预计2021年突破100个量子比特，2023年突破1000个量子比特，最终实现百万量子比特以上级别的量子计算设备，足见野心。

03

    谷歌   

“专注量子计算应用”

上榜理由：完成最大规模的量子化学模拟√

继谷歌2019年发布53量子比特处理器“ Sycamore”、宣告实现“量子霸权”后，2020年它则着重探索量子计算的现实应用。

硬件方面，谷歌今年无重大突破。相比于今年霍尼韦尔、IBM的亮眼表现，谷歌稍显逊色。

软件方面，谷歌宣布推出量子机器学习开源库TensorFlow Quantum。这一开源库集成了谷歌之前开源的量子计算框架Cirq和机器学习框架TensorFlow。

量子计算应用方面，谷歌继续深入探索多种可能性。在机器学习领域，谷歌研究人员使用量子计算来帮助改善图像分类，他们能够在MNIST手写数字语料库上实现至少 41.27％的准确度，这比传统的计算方法提高了21.27％。在化学领域，谷歌完成了迄今为止最大规模的量子化学模拟，这将为研发性能未知的多种新材料打开大门。谷歌AI量子团队及其合作者能够模拟H6、H8、H10和H12链的结合能以及二氮烯的异构化。最大的模拟需要12个量子比特，72个2量子比特门和114个1量子比特门。分子电子能量的Hartree-Fock计算是在谷歌的53量子比特处理器上进行的。

对于未来的规划，谷歌计划到2029年开发100万量子比特处理器，他们已经制定了逐步突破100、1000、10,000和100,000 量子比特的计划来开发该处理器。

04

   IonQ    

“惹眼的量子计算初创公司”

上榜理由：400万量子体积√

跟霍尼韦尔技术路径一致，同样专注离子阱量子计算机的IonQ，早在2018年就已经宣布了两款离子阱量子计算机，分别具有160个存储量子比特和79个处理量子比特。

今年，IonQ官方仅发布了一条新闻，而这也是行业内最轰动一时的消息。10月，IonQ宣布制造出了世界上最强大的量子计算机，该量子计算机拥有32量子比特，预期实现超过400万量子体积，而这远远高于霍尼韦尔和IBM的128量子体积。

虽然量子体积远超霍尼韦尔和IBM，但此数据仅为理论数据，目前IonQ尚未进行实验测试验证。

IonQ下一步计划尽快实现其商业化，能够与现有的云合作伙伴Amazon Braket和微软Azure Quantum一起提供服务。他们计划每年将量子比特的数量至少翻一番，并且已经在开发下两代机器。

在未来，虽相比于大型公司全面布局的动作稍慢，但专注技术的IonQ以其足够颠覆的量子计算硬件同样能够脱颖而出。

05

 本源量子 

“国内量子计算开拓者”

上榜理由：中国第一台商用量子计算机√

国内量子计算行业发展、人才储备相较于国外仍然比较贫瘠，而本源量子则是其中最为浓墨重彩的一笔。

2018年，对标IBM Q NETWORK，本源牵头成立本源量子计算产业联盟OQIA。之后，推出国内首个集成化的量子计算机控制系统，成为全球第三个制造出该系统的商业公司。2019年，面向不同层次人群，先后推出了国内首个量子计算在线教育平台——本源溯知、第一代量子学习机、国内首部专业的量子计算与编程教材《量子计算与编程入门》以及量子计算课程体系。

2020年，本源量子继续走自主创新道路，努力突破关键核心技术，同时也不断推动中国量子计算事业发展。

硬件方面，本源正式发布自主研发的工程化超导量子计算机——悟源，其搭载了6比特超导量子处理器“夸父 KF C6-130”。未来，本源将推出60比特的悟源超导量子计算机。与此一同推出的，还有在经过不断更新优化后，本源发布的第二代国产量子计算机控制系统——32位量子测控一体机。

软件方面，本源完全自主开发的超导量子计算云平台今年正式向全球用户开放，该平台基于本源量子自主研发的超导量子计算机——悟源。

此次更新，本源量子云完善了产品功能，提供真实量子计算服务，连接了用户与真实的量子计算机；提供了图形化编程与代码编程两种量子计算在线编程方式，满足普通用户的体验需求与专业用户的开发需求；推出三款典型的量子计算编程应用，助力开发出更为多样与实用的量子算法与量子程序。

量子计算普及方面，本源量子计算体验中心暨量子计算科普教育基地正式免费对外开放。这是国内首个量子计算机主题展馆，也是国内首家量子计算科普教育基地，公众可亲身体验最先进、最真实的量子计算技术，了解量子计算的发展概况、应用现状、以及未来的无限可能。随后，全物理体系学习机推出。本源量子计算全物理体系学习机是一个专为量子计算学习者和从业人员设计的一站式系统环境，提供量子计算及量子算法的学习、培训、开发、试验和应用。

本源作为成立仅3年的初创公司，在量子计算硬件、软件、云平台、现实应用等多个方面均有亮眼的表现，同时还以推动中国量子计算产业化为己任，在抓紧往前赶路的同时，也不忘回馈社会。

06

    D-Wave  

“量子计算商业化领导者”

上榜理由：5000-qubit量子退火机√

D-Wave可以说是量子退火领域的绝对领导者，该公司早在2017年发布了2048量子比特D-Wave 2000Q，在2019年升级为低噪声处理器。通过其云平台Leap向各行各业的客户提供量子计算服务，用例包括机器学习、优化、金融建模、安全、医疗保健、材料模拟等。

软件方面，D-Wave在今年年初发布了第二代混合量子计算云平台 Leap 2，用户可以通过该平台访问D-Wave旗下的量子计算机系统。该平台扩展了量子应用环境（QAE），提供了驱动关键业务应用开发并将其投入生产所需的新工具和资源。除此之外，该平台引入一项称为混合求解器服务（HSS）的新功能，该功能使用经典资源和量子计算资源来为开发人员提出的问题提供解决方案。据该公司称，结合这两种技术将使用户能够解决多达10,000个变量的问题，比以前问题规模大100倍。

硬件方面，D-Wave在9月底发布了第一台可规模化商用的量子计算机Advantage，它基于一款新的芯片拓扑结构Pegasus。Pegasus 拥有 15 个连通的量子比特，是上一代芯片拓扑 Chimera 的2 倍多，而这也将使其连通性达到原来的 2.5 倍。基于此的计算系统比上一代拥有2000量子比特的系统翻了一番多，将会带来至少 5000 量子比特。该计算机可以通过其云平台Leap 2访问。

量子计算应用方面，D-Wave已经启动了一个名为Quadrant的新业务部门，为跨行业和应用领域的公司提供机器学习服务。Quadrant的算法通过构建共同对输入和输出进行建模的生成模型，可以使用较少的数据进行准确的判别式学习。

商业化方面，D-Wave和NEC宣布联合开展活动，为日本客户带来新的量子计算混合应用和服务；D-Wave与SavantX合作，帮助货运公司优化物流和驾驶员调配问题。

推动量子计算发展方面，D-Wave和渣打银行合作开展了量子研究竞赛；另外，D-Wave在印度启动了其云服务，以使该国的开发人员和研究人员可以实时访问其量子计算机。

2020年，D-Wave动作频频。不过由于内部架构调整，其估值下降了一半以上，估值从4.5亿美元下调至1.7亿美元。

对于未来，D-Wave将继续深入推广量子退火机及其云平台的商业运用，以求得更多商业合作。

07

   微软    

“量子计算的潜在颠覆者”

上榜理由：发现可用于拓扑量子计算的新材料√

以研发、制造、授权和提供广泛的电脑软件服务为主的微软，在量子软件开发方面有着得天独厚的优势。去年，微软成立了量子计算联盟Microsoft Quantum Network；发布了开源量子开发工具包，整合了所有的量子开发工具；推出了量子计算云服务Azure Quantum。

2020年，微软继续着重其量子计算云服务和量子计算机领域的研发工作。

软件方面，微软推出了一种用于量子程序的中间表示形式，称为量子中间表示（QIR），用作基于门的量子计算的编程语言与目标量子计算平台之间的通用接口；对其量子计算云平台Azure Quantum进行了升级增强，部分客户和合作伙伴将对此可预览。

研发方面，微软宣布与哥本哈根大学合作成功实现了一种重要的、有希望用于拓扑量子计算机的新材料，新材料有望应用于拓扑量子比特，从而实现真正的拓扑量子计算机；微软量子团队与西北太平洋国家实验室（PNNL）在超级计算机上成功模拟运行量子电路模拟器，他们将PNNL开发的量子电路密度矩阵模拟器（DM-SIM）与微软Q#量子编程生态系统相结合，在美国能源部（DOE）的超级计算机上成功运行。

推广量子计算发展方面，微软已经对来自印度顶级研究所的900名教员进行更广泛的学术领域的量子计算技能和能力方面的培训。

由于微软目前尚未拥有制作量子计算机等硬件的成熟技术，它目前还必须与量子硬件公司合作。同时，它也在利用其公司的优势，采取成立量子计算联盟、推出量子计算云服务等方法，扩大在量子计算领域的影响。

另外，微软一直专注的拓扑量子计算领域，相较于有着成熟工业背景的超导、半导体等，拓扑是一个从0开始的过程，非常具有挑战性。但拓扑的亮点在于，它具有较强的容错性，无需大规模纠错，这对于其他技术路径的量子计算则是致命一击。

08

   Riverlane    

“量子操作系统第一人”

上榜理由：推出世界上第一个量子操作系统√

Riverlane成立于2016年，位于英国剑桥，是一家从剑桥大学剥离出来的量子计算软件公司。Riverlane由剑桥大学应用数学高级研究员Steve Brierley博士创立。Steve在量子信息和计算方面拥有十多年的研究经验，研究量子系统理论、量子计算机架构和量子算法。

Riverlane为工业和政府客户提供咨询服务，并开发新的量子算法，解决机器学习和量子化学中的高价值问题。Riverlane正在与Dividiti公司合作开发Quantum Collective Knowledge——一个软件开发工具包，可以对量子软件和硬件进行公平和可复制的基准测试、优化和共同设计，同时大大缩短上市时间和研发成本。

Riverlane公司自2019年7月以来，一直在致力于量子操作系统Deltaflow.OS的开发工作，

2020年5月，Riverlane透露，他们将领导一个财团，该财团获得760万英镑的拨款，为量子计算机建立一个全新的操作系统。随后在9月份迎来了“hello world”时刻，第一次在Oxford Ionics的离子阱量子计算机上成功试用Deltaflow.OS量子操作系统。

Deltaflow.OS是同类量子计算机操作系统中的第一个。它是一个量子计算机的操作系统，灵感来自于异构体系结构。通过授权量子程序员在堆栈中的适当级别实现快速操作，Deltaflow.OS将性能提高几个数量级。

受到异构体系结构的启发，Deltaflow.OS使堆栈中的所有计算元素都可以访问——CPU、FPGA和量子比特。这使量子程序员能够在堆栈中的正确级别上实现快速操作，与其他系统（如将堆栈隐藏在黑盒中的量子计算电路模型）相比，它提高了性能。

今年12月，迎来Deltaflow.OS第一个版本的公开发布：“Deltaflow-on-ARTIQ”。

它的发布标志着Riverlane朝着构建高性能、可移植于所有量子比特技术、可扩展到数百万量子比特的量子操作系统的目标迈出了重要一步。

作为量子操作系统领域最先吃螃蟹的人，Riverlane将打破量子计算硬件和应用软件的壁垒，让量子计算的通用化发展更进一步。

09

   英特尔   

“引领量子低温控制领域”

上榜理由：推出第二代低温控制芯片√成功控制“高温”量子比特√

英特尔最开始步入量子计算领域，是于15年向QuTech研究所投资5000万美元并建立战略合作关系，计划用十年时间加速量子计算研究，以解决更多的复杂问题。

17年，英特尔推出17量子比特超导芯片。18年，英特尔推出49位超导量子测试芯片Tangle Lake。后英特尔认为硅自旋量子比特比超导量子比特更有优势，于是转向自旋量子领域。

去年，英特尔推出了首款低温晶圆探测器cryoprober，随后推出首款低温控制芯片Horse Ridge，加快了对全栈量子计算系统的开发步伐。

今年，英特尔继续专注量子低温控制领域的研发。

研究方面，英特尔与QuTech共同在Nature上发表论文，证明了在高于1开氏度下能够成功控制“高温”量子比特。英特尔和QuTech还证明了能够控制双量子比特系统电子自旋的能力，并测量出单量子比特门保真度99.3%，且可对系统进行精确调整。

芯片研发方面，在英特尔实验室举行的在线活动上，它发布了第二代低温控制芯片Horse Ridge II。基于2019年推出的第一代Horse Ridge控制器的创新，Horse Ridge II支持更强的功能和更高级别的集成。新功能包括操纵和读取量子比特状态的能力，以及控制纠缠多个量子比特所需的几个门的电势。

对于未来，英特尔将继续以全栈量子研究为导向。量子计算领域主要集中在量子硬件技术上，但是由于量子计算是一种全新的计算范例，因此它需要新的硬件、软件和算法，才能在完整的商用量子系统上运行未来的应用程序。然而具有全局观的英特尔在量子计算领域的多方位发展，仍稍显不足。

10

   百度   

“专注量子应用业务”

上榜理由：推出国内首个云原生量子计算平台√

百度于2018年启动了自己的量子计算研究中心，研究中心的目标是将量子计算整合到核心业务中。百度在最初阶段建立量子计算的初衷是希望来改善自己的运营，后来公司希望将量子计算业务作为服务出售给第三方。

在这双重目标下，百度开展了量子计算软件和应用业务研究。

去年，百度发布了量子脉冲计算系统“量脉”，旨在连接量子硬件和软件。

今年5月，百度量子研究所和百度飞浆团队联合发布“量浆”，它是可支持量子计算的深度学习框架。

9月，在“万物智能-百度世界2020”的会议上，由百度量子计算研究所所长段润尧教授宣布发布了国内首个云原生量子计算平台“量易伏”，它实现了量子计算和云计算的深度融合。同时也发布全面升级的“量脉”和“量浆“。

针对开发者，“量易伏”提供基于 Python 的开源开放工具包 QCompute；对于量子研究人员直接登陆浏览器而不需要任何人工配置即可使用在线编程工具 PyOnline；而对于量子计算爱好者来说，可以使用 QComposer 拖动式编程体验量子计算的乐趣。

除此之外，“量易伏”还带有量子编程全生命周期的支持，根据需要可以调用本地或者云端的服务器完成计算，有10多个重要的算法案例满足不同的需求。所有的数据都会得到完整的管理服务。量子工具链则支持用 Python 和量子汇编语言进行混杂编程以及具有设备无关性。

同时，“量易伏”也提供了功能强大的变分量子特征求解器VQE，可以准确高效的求解一个量子系统的基态以及相应的能量，因而可以用于量子系统的模拟。

百度对于量子计算有一个十年规划，它计划五年时间里在百度组建世界一流的量子计算研究所，并在之后五年将量子计算逐渐融入百度的业务中来。

如今，它正逐步推进量子计算和人工智能的融合，这不仅可以使百度的核心搜索和广告业务显着改善，计算能力的提高也可以极大地改善搜索算法和广告定位技术，而这带来的影响则是深远的。

结语

最后，量子计算领域绝不止这上榜的10家公司，国内外还有如阿里巴巴、腾讯、华为、亚马逊、Rigetti等优秀的量子计算公司。

他们努力创新量子计算的商业模式，不断提高公众对量子计算的认知度，赋予了量子计算更多的可能性，推动着整个行业的良性发展。

未来，期待这些公司在量子计算领域能有更多突破，取得更加优异的成果。

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-End-

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。