光子盒研究院出品
近日，全球知名市场研究分析机构CB Insights发布了一份报告The Big Tech In Quantum Report，调查了美国五大科技巨头谷歌、微软、亚马逊、IBM和英特尔的量子计算发展现状及未来展望。
一、调查结果总结
（一）科技巨头的量子活动正在迅速升温
•谷歌、微软(Microsoft)、亚马逊(Amazon)、IBM和英特尔(Intel)都在开发自己的量子计算硬件。大型科技公司已经在该领域取得了几项突破。
•2021年7月，微软的风险投资部门参与了对PsiQuantum的4.5亿美元融资。PsiQuantum是世界上资金最充足的量子计算初创公司。云计算是大型科技公司进行量子竞争的一个关键领域。
•谷歌、微软(Microsoft)、亚马逊(Amazon)和IBM都在各自的云平台上推出了量子计算服务。初创公司已经与科技巨头合作，提供对多种量子计算机的远程访问。
（二）接下来是什么?
•科技巨头在量子技术方面取得进展。谷歌、微软、亚马逊、IBM和英特尔都有雄心勃勃的量子路线图。预计量子比特数将不断上升，商业应用的演示也将更加频繁。
•关注量子计算将成为一个热门的地缘政治问题，尤其是对中美关系而言。
•其他科技巨头可能会加入这场竞争。Facebook和苹果还没有宣布量子技术计划，但两家公司都时刻关注该领域，并拥有可能受益于量子计算的业务线。
（三）科技巨头将如何重塑量子计算
（1）谷歌：谷歌正在打造先进的量子计算硬件，专注于开发量子人工智能，并将精力投入到实现围绕量子的科学突破。Alphabet(谷歌母公司)有一个秘密的非谷歌团队致力于量子技术。预计谷歌将通过在其整个产品生态系统中整合量子支持的人工智能能力来获得优势。
（2）微软：微软在其Azure云平台上提供众多制造商的量子计算机访问服务。该公司还在开发自己的量子硬件，其风险投资部门已经投资了全球资金最充足的量子计算初创公司PsiQuantum。微软的量子定位表明，它正在加倍押注于为企业服务。
（3）亚马逊：亚马逊与量子计算初创公司合作，在AWS上推出了一项量子云服务。该公司最近还采取行动，开发自己的量子硬件。亚马逊横跨电子商务、物流、医疗保健等领域的业务线可能会大幅提升。确保在量子计算领域的领先地位，也可能是未来应对量子前沿竞争对手的关键。
（4）IBM：IBM正在大力投资开发量子计算硬件。它是量子计算专利的领先者，并有一个雄心勃勃的路线图来扩大其机器的能力。该公司还与顶级企业在量子项目上开展了广泛的合作。作为将经典计算应用于企业的先驱，IBM希望历史将在量子计算领域重演。
（5）英特尔：英特尔正在开发自己的基于硅的量子计算硬件。该公司希望能够利用半导体行业成熟的方法快速推广这一方法。英特尔也非常关注后量子密码技术——一种可以抵御量子计算机威胁的加密方法——并且已经开始保护其产品生态系统的安全。
（四）是什么推动了科技巨头的量子计算活动?
1、量子FOMO*——一场计算革命即将到来
任何能够快速扩大量子计算规模的公司都将发现自己在等领域拥有巨大的优势，比如优化、模拟和人工智能。虽然仍然存在巨大的挑战，但大型科技公司不想错过。
*fear of missing out，是一种害怕错过的心理。
2、一个进入新市场的跨越式机会
强大的量子计算机可能会改变银行业、药物研发、物流等行业的游戏规则。成为一个量子计算的领导者可以让科技巨头在新市场上竞争，并成为众多现有企业的重要合作伙伴。
3、捍卫关键业务线
科技巨头正在无数垂直领域展开扩张和竞争。如果科技巨头不积极采用量子技术，那么配备量子计算机的竞争对手可能会削弱科技巨头对人工智能、电子商务、云服务等领域的控制力。
（五）量子计算机可能永久改变科技
量子计算行业仍处于起步阶段，并面临着无数的科学和工程挑战——但回报可能是巨大的。量子计算允许一种处理信息的新方法，可以将某些任务的速度提高数百万倍，并开启新的算法可能性。尽管现在还处于早期阶段，但科技巨头认为，在量子技术上落后的风险比浪费努力的可能性更大。
未来，量子计算机可能成为广泛行业的摇钱树。波士顿咨询公司估计，一旦量子优化技术成熟，仅在金融、物流和航空航天领域的应用就能产生高达2200亿美元的年收入。科技巨头将希望利用这一量子优势，为此前难以进入的市场开发产品，并成为行业现有企业的重要合作伙伴。正如量子计算可以为科技巨头创造进入新市场的机会一样，它也为竞争对手创造了将目标锁定在科技巨头目前占据主导地位的服务领域的可能性。科技巨头很清楚这一点，它们可能已经在计划如何将量子计算整合到多个产品线中。例如，谷歌最终可以利用量子计算来改进各种产品，如搜索、广告、谷歌助手、地图、Data Studio等等。CB Insights的数据显示，量子计算公司融资从2016年0.67亿美元16笔增加至2021年9.21亿美元63笔。目前只有剑桥量子、PsiQuantum、IonQ等初创公司获得了科技巨头的支持。主题1：谷歌正在打造最前沿的边缘量子计算硬件，其目标是在2020年之前开发出功能强大、具有商业用途的计算机。主题2：这个搜索巨头已经取得了早期的量子突破，包括世界上第一次声称“量子霸权”。主题3：谷歌可以通过其核心业务受益于量子人工智能的连锁效应。谷歌建立了自己的量子计算机，它的计算机目前是世界上最强大的计算机之一，但还不足以用于有用的商业应用。谷歌计划在本十年末将量子比特的数量增加到1百万。该公司认为，这足以运行一台纠错、商业相关的量子计算机。谷歌认为它的量子路线图不是一段轻松的旅程。这是位于加州圣巴巴拉市的数据中心，主要从事量子计算工作。这表明该公司正在加倍押注量子计算，并预计这项技术将成为其业务中更重要的一部分。Alphabet有一个专注于软件的量子团队，名为Sandbox，致力于将量子技术应用于近期的企业用例。Sandbox主要以隐形模式运行；然而，其高层最近发布的招聘信息和过去的评论表明，其工作包括：•量子传感器。Sandbox正在开发一种超灵敏的基于磁的诊断成像平台，可能是一种用于读取大脑活动的MEG系统，该技术结合了基于量子的灵敏度增益(灵敏度比一般方法高出数万倍)和量子机器学习，从背景噪声中分离出信号，以提高灵敏度。这可以实现更精确的扫描，或部署更便宜、更灵活的磁性成像设备，在医院以外的环境中使用，并使低收入国家也负担得起。•后量子密码(PQC)——量子计算机威胁到互联网上使用的许多加密技术。后量子密码将对此进行防御。预计Sandbox的工作将专注于帮助企业向PQC迁移，以及让Alphabet庞大的在线服务变得量子安全。•分布式计算——这项技术允许计算机协调处理能力，共同解决问题。Sandbox在这里的工作可能集中于将近期的量子计算机集成到分布式计算网络中，以提高整体能力。另一种方法是使用量子优化算法来帮助更有效地管理分布式网络。你好量子世界！谷歌发布了具有里程碑意义的量子霸权声明——《Nature》2019年10月23日为什么谷歌的量子霸权里程碑很重要——《The New York Times》2019年10月30日谷歌首次对化学反应进行了量子模拟——《Newscientist》2020年8月27日使用谷歌的量子计算机建造的第一块“时间晶体”——《Quantamagzine》2021年7月30日谷歌已经在量子计算项目上与几个量子计算初创公司合作，包括QSimulate、IonQ、AQT和Pasqal。这有助于谷歌利用更多的行业专业知识，同时更紧密地将其量子计算平台编织到更广泛的生态系统中。这家科技巨头还与许多大学团队和一些公司合作，包括英伟达(Nvidia)和勃林格殷格翰(Boehringer Ingelheim)。2017年至2021年Q3关于谷歌量子的媒体提及次数（四）主题三:谷歌可以通过其业务获得量子人工智能的连锁效应谷歌的量子团队叫做谷歌量子人工智能，该公司将人工智能视为量子计算机的关键应用——即使在短期内，它们也只能使用中等算力的机器。谷歌还开发了一个用于构建量子机器学习模型的开放的源代码平台TensorFlow quantum。Alphabet正在大举投资各种人工智能工具，以便将它们整合到自己的业务中。虽然量子机器学习只是这一更广泛战略的一个方面，但该公司表示如果它成功了，Alphabet可能会利用量子计算，最终在其整个业务中推进人工智能计划。桑达尔·皮查伊（Alphabet首席执行官）在21年第一季度财报电话会议中说：“当我们考虑人工智能时，一切都从我们所做的基础研发开始。我认为我们是世界上最大的人工智能研发投资者之一。因此，提前考虑，我们正在所有的基础领域进行，我们采取了许多不同的方法。”Alphabet的许多业务都在某种程度上利用了人工智能。量子人工智能的发展可以极大地推动这些领域的发展，包括以下业务：•搜索和广告——量子计算将提供更好的方法来快速解析大数据集。源于量子机器学习的自然语言处理技术(NLP)的进步可以帮助提供更相关、更有针对性的搜索结果和广告。•Waymo——量子机器学习可以帮助人工智能基于更少的数据做出更快的决策。将此应用于自动驾驶汽车技术，可以帮助自动驾驶汽车更好地适应动态情况。•谷歌助手——就像量子NLP可以帮助谷歌更好地理解网站一样，它也可以帮助它的语音助手更好地解释请求。该公司可能希望在语音助手竞争中获得量子优势。•谷歌云——除了为企业提供基于云计算的量子计算服务外，谷歌还可以使用量子算法更好地管理云数据存储等任务。•DeepMind——DeepMind在将人工智能能力推向边缘方面赢得了声誉，比如其用于药物发现的蛋白质折叠预测工具。量子机器学习将扩大DeepMind的许多工具，并可能最终帮助其应对试图追赶它的竞争对手。主题2：微软想要自己的量子硬件——内部努力遇到了挫折，但它也投资了一家大型量子计算初创公司。主题3：微软已采取后量子密码举措，预防量子计算带来的最大安全隐患。微软最近开始在公共预览版中提供其Azure Quantum服务。该平台提供对量子计算机和软件开发工具的云访问。微软希望将自己打造成量子云服务的早期领导者——人们普遍预计这种模式将成为大多数企业访问量子计算机的方式。微软目前不提供量子硬件。但它与多家量子硬件制造商合作——包括IonQ、Quantum Circuits、Rigetti和霍尼韦尔(现在为Quantinuum)。它还可以访问东芝的量子启发“模拟分岔机”以解决优化问题，以及1QBit的1Qloud软件。微软正在围绕企业用例构建Azure Quantum平台。例如，微软与毕马威合作，为这家会计师事务所部署了这家科技巨头的“量子启发优化”服务——这些服务在经典机器上运行，但使用量子模拟来超越传统方法。微软尚未发布完整的量子计算机，但它正在投资不同层的量子计算堆栈——包括用于量子比特控制的系统。这家科技巨头押注于使用马约拉纳粒子的“拓扑量子比特”，这可能有助于解决困扰当今量子计算机的纠错问题。如果成功，这种方法可以让微软更快地扩展其机器。微软设想的量子堆栈，包括量子平面、量子-经典接口和经典计算2000–2021年向USPTO提交的量子计算专利3、它的拓扑量子比特研究最近遇到了挫折，但仍有可能成功难以捉摸的马约拉纳粒子死亡的证据——但计算希望仍然存在—《Nature》2021年3月10日微软在量子计算领域的大胜终归是一个“错误”—《Wired》2021年2月12日一维量子纳米线是马约拉纳零模的沃土—《EurekAlert》2021年1月19日马约拉纳的倒退：微软支持的量子计算机研究撤回—《Quantamagazine》2021年3月17日微软的风险投资部门M12已向PsiQuantum进行了多轮投资，PsiQuantum是世界上资金最充足的量子计算初创公司，已筹集了7.29亿美元。PsiQ正在研究一种基于光子的量子计算方法，该方法与当今的半导体技术兼容(它已经与主要制造商GlobalFoundries合作)。PsiQuantum声称将在2025年拥有100万量子比特机器。如果PsiQuantum的方法取得成功，它自然将成为微软的收购目标。量子计算机以与经典计算机完全不同的方式处理信息。最终，他们将能够快速破解当今许多公钥加密方法——一种支持电子邮件、支付、用于证明网站真实性的数字证书等安全性的加密形式。不适应这种威胁的企业将面临巨大的网络安全劣势。后量子密码(PQC)是对量子计算机具有抵抗力的新型公钥加密方法的统称。微软正在投资为一系列应用开发多个PQC协议。这表明微软预计在不久的将来会出现一款功能强大的量子计算机，并渴望在任何对其在线服务的潜在安全威胁面前领先。主题3：亚马逊目前的业务，包括电子商务，可能会得到量子计算机的巨大推动。（二）主题一：亚马逊将量子计算机视为 AWS 未来的关键亚马逊已与量子计算机制造商D-Wave、IonQ、Rigetti、OQC(牛津量子电路)和QuEra合作开发其量子云服务Amazon Braket。亚马逊将其Braket云服务定位为组织开始试验量子计算机的一种可访问方式。它提供了一个免费层，并提供了与量子专家合作的机会。它的重点客户包括初创公司和研究机构。亚马逊希望云客户使用Bracket探索量子计算的潜力亚马逊已获得多项与量子云服务相关的专利。其中包括对以下方案的描述：亚马逊与加州理工学院新中心的量子计算机竞赛—《The Washington Post》2021年10月26日加州理工学院和亚马逊合作创建新的量子计算中心—《Caltech》2021年10月26日亚马逊正在为自己的量子计算机奠定基础—《Bloomberg》2020年12月1日亚马逊的新量子计算机设计依赖于薛定谔的猫—《IEEE Spectrum》2021年4月20日亚马逊与宝马合作举办了一场竞赛，重点是为传感器位置优化等车辆制造问题开发基于量子的解决方案。除了推广亚马逊的量子云服务外，该竞赛还让亚马逊深入了解行业领先团队的量子计算方法。这可以为其构建量子计算硬件的方法提供信息。（四）主题三：量子计算机可以极大地推动亚马逊当前的业务线亚马逊的许多收入来源最终都可以从量子计算的进步中受益。这包括以下业务线：•电子商务和交付——量子计算机解决优化问题的诀窍可以帮助亚马逊将其对物流的掌握提升到一个新的水平。同时，Amazon Braket已被用于探索使用量子计算来构建需要较少数据即可返回良好结果的推荐引擎。•Alexa——量子机器学习有望提高Alexa等语音助手使用的自然语言处理系统的性能。通过构建自己的量子计算机，亚马逊可能希望与谷歌等具有量子雄心的人工智能巨头保持竞争力。•亚马逊医疗保健——亚马逊已采取措施优化医药供应链，甚至可能开始开发自己的仿制药。量子计算机进行更准确模拟的能力最终可以加速仿制药的设计和测试，缩短将它们推向市场的时间。另外，量子计算可用于帮助解决药物供应链优化问题。•AWS——除了在AWS上提供量子服务之外，亚马逊还可能建立在最近的研究基础上——量子计算机可以帮助管理云数据存储，从而提高效率并降低AWS的运营成本。这可以进一步加强AWS的成本优势护城河。主题2：IBM将自己定位为企业必不可少的量子计算合作伙伴。1、IBM刚刚推出了领先的127量子比特机器，并制定了雄心勃勃的路线图IBM于2021年底推出了127量子比特Eagle处理器——这是世界上最强大的量子计算机之一。它的目标是到2023年迅速扩大到1,121个量子比特。IBM最终计划创建一个100万量子比特的量子计算机架构，它可以容纳在相当大的“超级冰箱”(稀释制冷机)中——让人想起在经典计算的早期帮助IBM脱颖而出的大型主机。2、IBM拥有的量子计算专利比其大型科技竞争对手的总和还多IBM已向美国专利局提交了100多项量子计算专利。这比任何其他公司都多，超过了微软、谷歌、英特尔和亚马逊的总和。Red Hat是一家专注于软件的公司，于2019年被IBM以340亿美元的价格收购，也是量子计算专利的领导者。在剑桥量子(Cambridge Quantum)与霍尼韦尔的量子部门合并之前，IBM投资了这家初创公司。此前剑桥量子曾与IBM合作，使用IBM的量子计算机来帮助开发量子算法。（三）主题二：IBM将自己定位为企业必不可少的量子计算合作伙伴通过量子计算，IBM正在加倍关注其历史上的企业重点。它希望成为希望利用新兴技术的大公司的重要合作伙伴，并希望从其客户的量子收益中分一杯羹。Arvind Krishna(IBM首席执行官)在2021年第一季度财报电话会议中说：“到这个十年结束，量子有潜力为我们的客户释放数千亿美元的价值。”IBM Quantum Network吸引了数十家大公司2、IBM宣布在2021年与主要公司进行一系列量子合作欧洲能源集团意昂(E.ON)与IBM Quantum合作，以推进能源转型目标。洛克希德马丁加拿大公司加入加拿大量子研究所的IBM Quantum Hub。英伟达与谷歌量子人工智能、IBM和其他领导者合作加速量子计算研究。埃克森美孚和IBM探索解决路由公式的量子算法。英特尔正在追求基于硅的量子计算——它依赖于使用半导体技术创建的量子比特。这种方法的优点是可以调整当前的制造工艺来帮助扩大硅基量子计算机的规模。Bob Swan(前英特尔首席执行官)在2019年第四季度财报电话会议中说：“我们还在投资引领下一波技术突破，例如量子计算。我们在量子计算方面的投资涵盖了完整的硬件和软件堆栈，以寻求实用的商业上可行的量子系统。”迄今为止，英特尔已向美国专利局提交了最多提及后量子密码的专利。其中许多专利与使抗量子加密协议的计算效率更高有关。这种对效率的关注有助于在整个英特尔生态系统中顺利过渡到后量子加密，并将抗量子加密扩展到物联网设置中使用的低功耗设备。https://www.cbinsights.com/research/report/big-tech-quantum/?utm_source=CB+Insights+Newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=newsletter_general_sat_2021_12_25&utm_term=block-1&utm_content=research-public光子盒将为中国境内的研究机构和企业提供一个免费的垂直招聘信息发布渠道，欢迎有需求的机构或企业直接联系光子盒。（微信：Hordcore）