光子盒年度系列丨2022年最值得期待的量子科技公司

光子盒研究院出品

4600公里天地一体化量子保密通信网络、祖冲之号、九章、中国首个量子计算操作系统、500多公里现场无中继量子密钥分发、127比特超导量子芯片、256比特可编程量子模拟器、量子计算机创造时间晶体……2021年是量子科技集中爆发的一年，让我们对已经到来的2022年充满期待。

本文将考虑商业进展、科研成果以及未来规划等维度，在全球范围内遴选出2022年最值得期待的十八家量子科技公司。按首字母进行排序，具体排名不分先后。

亚马逊 

上榜理由：领先的量子计算云服务商

2021年，亚马逊重点攻关量子计算硬件。4月，亚马逊首度公开容错量子计算机架构——使用猫量子比特更有效地编码信息；10月，亚马逊宣布AWS量子计算中心正式落成，安装了推动量子计算研发所需的一切设备：从制造、测试和操作量子处理器，到创新控制量子计算机的流程，以及扩展支持更大量子设备所需的技术；11月，在亚马逊re:Invent2021大会上，AWS宣布推出亚马逊Braket混合作业功能，旨在帮助用户设置、监控和高效运行混合量子-经典算法。

亚马逊和AWS期望在未来10年生产规模更大的量子计算机。最终目标是提供一台纠错量子计算机：不仅能够执行任何经典计算都无法实现的数学计算，而且能够以解决具有实际客户问题所需的规模运行算法。

迄今为止，亚马逊还没有推出一台硬件，2022年可以期待亚马逊的第一台量子计算机。

Arqit

上榜理由：纳斯达克首家量子加密公司

2021年，英国量子加密公司Arqit从与特殊目的收购公司Centricus达成协议到最终上市，只用了不到4个月的时间。2021年9月，Arqit上市前三日股价上涨70%。

Arqit的量子加密技术QuantumCloud™在任意端点设备上都放置了一个小型软件代理。该软件可与合作伙伴的设备创建无限数量的对称密钥。这个过程非常简单和快速。当前Arqit的系统使用源于数据中心的源密钥，到2023年它计划发射两颗量子卫星来担当这个角色。

目前Arqit已经确认与英国电信、住友、诺思罗普·格鲁曼、霍尼韦尔、Leonardo、维珍轨道等行业领导者的战略合作。Arqit预计，2021年公司总收入将达500万美元，2022年达到1500万美元、2023年达到3400万美元。Arqit还将承建七国集团(G7)基于卫星的量子保密网络。

百度

上榜理由：领先的量子人工智能公司

早在2018年3月，百度就宣布成立量子计算研究所，由悉尼科技大学量子软件与信息中心主任段润尧教授担任研究所所长。2021年3月，百度发布量子机器学习开发工具集量桨(Paddle Quantum)的2.0版本，持续加速量子计算与人工智能深度融合；10月，百度研究院量子计算研究所公布了全球首个云原生量子集成开发环境YunIDE，它采用serverless架构，同时镜像内置量易伏、量脉、量桨等组件和发布包，方便开发者高效便捷地研发量子控制和量子机器学习技术，因此能够为用户提供全新的量子编程体验。目前，百度正持续为高校和科研机构提供技术支持，并与悉尼科技大学、清华大学、中科院物理所、北京量子院等高校与机构在量子计算领域展开密切合作。

在2021年百度量子公布的QIAN战略规划中，未来五到十年，百度的最大任务是研制出比传统技术更好的基于量子计算的量子人工智能解决方案，落地、赋能各行各业。

本源量子

 上榜理由：量子计算操作系统、在金融、化学、航空等领域取得突破

本源量子是一家全栈量子计算公司。2021年，本源量子推出了全新的量子计算芯片“悟源二号”；携手建设银行旗下建信金科量子金融应用实验室共同研发了业内首批量子金融应用算法；发布了首款国产量子计算机操作系统——本源司南；启动建设安徽首个量子计算芯片联合实验室，将在极低温集成电路领域进行工艺合作开发以及工程流片验证；发布国内第一款量子计算流体力学仿真软件“本源量禹”(QCFD)。从芯片、操作系统到应用软件，本源量子均取得了突破。

本源量子透露，2021年上半年，本源量子专利申请量已达100余件，其中发明专利80余件，截至目前专利申请总量近500件。

根据本源量子的量子计算硬件路线图，公司将于2022年实现64、144比特超导量子芯片，到2025年，将实现1024量子比特。

ColdQuanta 

上榜理由：121量子比特处理器

ColdQuanta是全球领先的冷原子量子技术公司。2021年，公司获得2000万美元融资；加入了IBM Quantum Network，同时还与IBM开源软件开发工具包Qiskit进行整合；推出了121量子比特处理器Hilbert，将通过Strangeworks提供云访问服务；启动量子研究即服务(QRaaS)部门，并获得美国橡树岭国家实验室的订单。

2022年值得期待的是，该公司的121量子比特冷原子量子计算机将于第一季度在云平台上线。

ColdQuanta团队表示，为避免稀释制冷机的高昂成本，将在未来三年内构建一个拥有1000+量子比特(35×35阵列)版本的Hilbert，不断增强连通性和保真度，并逐步实现小型化。

IBM

上榜理由：突破100量子比特、量子生态继续扩容

2021年，IBM最受关注的是发布了目前最高量子比特数的超导量子计算芯片——127量子比特处理器Eagle。IBM还将其量子计算机的相干时间从100微秒增加至300-600微秒，平均CNOT门误差从约0.01降低至约0.001。IBM最重视的电路执行速度也取得突破，他们使用Qiskit Runtime将氢化锂分子模拟的速度加快了120倍。IBM发布了新的开发工具，包括超导量子计算机开源电子设计自动化软件Qiskit Metal，这是首个专门针对量子计算机的电子设计自动化(EDA)工具。

生态建设方面，IBM Quantum Network继续扩容，从2021年初的140多家成员增加至现在的170多家。IBM与克利夫兰诊所、伊利诺伊大学香槟分校、意昂集团、凯捷咨询、LG甚至英国政府签署了合作协议。

未来，IBM计划将采用一种新的物理形式：IBM Quantum System 2。Eagle将是使用IBM System One的最后一代，即将打造的433位Osprey处理器和1121位Condor处理器将使用新的IBM Quantum System 2。IBM还计划在2022年成立IBM量子云，并于2024年实现Condor级机器——相干时间约1毫秒、门误差水平约0.0001。

IonQ

上榜理由：在纽交所上市、量子计算金融突破、业界首个多核量子架构

上市，贯穿了IonQ的整个2021年，从3月一直持续到10月，本次上市为IonQ带来了6.5亿美元的总收益。有了资金加持，IonQ加快了发展步伐。提出了业界首个可重构多核量子架构(RMQA)，该架构有望将每个芯片的量子比特数扩展到数百个。纠错方面，IonQ联合马里兰大学使用多个保真度较低的物理量子比特创建了一个保真度更高的逻辑量子比特。生态建设方面，与马里兰大学共建美国首个国家量子实验室——Q-Lab，为Multiverse Computing的量子计算金融解决方案提供硬件支持，与戴尔公司合作推出混合-经典量子平台，等等。

目前，IonQ已经为市场上每个主要云平台提供了量子系统，也是行业内唯一一家被每个主要量子软件开发工具包支持的量子计算硬件供应商。

发展战略上，IonQ正在开发钡离子量子比特，从而将成为全球首家能够利用多种原子作为量子比特的量子计算公司；IonQ预计，到2023年，实现小到可以联网的模块化量子计算机；2025年实现盈利、2027年实现现金流盈亏平衡。

IQM

上榜理由：欧洲量子计算硬件的领导者、向芬兰交付该国首台量子计算机

IQM是欧洲量子计算硬件的领导者，得到了芬兰和德国政府的支持。2021年，IQM向芬兰国家技术研究中心(VTT)交付了一台5个量子比特的超导量子计算机Micronova。IQM架构在三个关键领域提供了优势：复位、门和读出。在硬件制造方面，IQM斥资2000万欧元建成一家专门的制造工厂，用于设计、研究和制造其量子处理器。工厂占地560平方米，是该公司迄今为止最大的投资。在软件开发方面，IQM发布了用于自动化设计超导量子处理器的开源软件工具——KQCircuits。

IQM是拥有最多政府资源的欧洲量子计算公司之一。2021年，IQM领导的一个量子联盟获得了德国教育和研究部(BMBF)1240万欧元的投资，目标是在4年内开发54量子比特处理器。另一个价值4010万欧元的项目Q-Exa，IQM量子计算系统将集成到德国的高性能计算超级计算机中。年底，IQM还在巴黎开设了第四个欧洲办事处，将深度参与法国量子生态系统。

虽然欧洲研究量子计算的历史悠久，但从量子比特数来看，欧洲相对落后，期待2022年IQM为欧洲量子计算带来新的突破。

国盾量子

 上榜理由：助力祖冲之二号实现量子计算优越性

国盾量子是全球领先的量子通信公司，同时也是量子计算、量子测量及科研设备制造领域的积极参与者。根据2021年的一篇论文，国盾量子等在合肥建立的46节点量子城域网已连续运行31个月。2021年，由国盾量子参与编制的国内首批量子通信行业标准获得国家工信部批准并正式发布实施；由国盾量子等单位组成的联合团队完成了国际首次量子密钥分发(QKD)和后量子密码(PQC)融合可用性的现网验证；参与实现了428公里双场量子密钥分发。

2021年，国盾量子在量子计算领域建树颇多，其中最受关注的是该公司的超导量子计算操控系统ez-Q Engine助力66比特超导量子计算原型机“祖冲之二号”实现了“量子计算优越性”。该操控系统于2020年首次推出，并于2021年进行了优化。除了提供操控系统外，国盾量子还将开发自己的量子计算机，2021年4月宣布将使用1.2亿元超募资金投资“特种行业量子通信设备科研生产中心”和“量子计算原型机及云平台研发项目”项目：将先后研制两台高性能超导量子计算原型样机和与之适配的量子计算云平台。

除了量子通信和计算，国盾量子还在联合开发更多的前沿技术，包括单光子源、远距离单光子成像雷达、飞秒光梳等，从而支撑学校及科研院所的需求。

2021年，国盾量子总裁赵勇在接受美国物理学会的采访时表示：“我们的梦想是实现量子信息网络(如量子互联网)，用量子通信技术将量子计算、量子传感以及量子终端连接起来，用量子的能力使信息通信系统更加安全和智能。”期待国盾量子在2022年取得量子互联网方面的突破。

国仪量子

上榜理由：领先的量子精密测量企业、进军量子计算

国仪量子是国内领先的量子精密测量企业，致力于以量子传感器和高端科学仪器为产品载体，赋能到各行各业。截至2021年12月，国仪量子累计申请专利251件、PCT国际专利8件。基于领先的NV色心量子自旋调控技术，国仪量子推出“人无我有”的量子钻石单自旋谱仪、量子钻石原子力显微镜、金刚石量子计算教学机。2021年，国仪量子发布场发射扫描电子显微镜SEM5000，这是一款高分辨的多功能扫描电镜，分辨率优于1nm。

对于未来的发展规划，国仪量子发布了量子精密测量产业化路线图。国仪量子将聚焦金刚石NV色心和原子磁力计两大技术路线，在产业链上游工艺、整机设备研发及下游应用生态三个方面与全球相关领域专家共拓前沿技术，携手推动量子精密测量产业化发展。

量子计算方面，国仪量子已经启动了内部代号为“722工程”的离子阱量子计算机开发项目，将于2022年推出第一台商用离子阱量子计算机，向科研工作者提供稳定可靠的低成本解决方案。

目前，中国在超导和光量子计算领域都处于领先地位，但离子阱系统相对落后，特别是在商业化方面，期待2022年中国在这一领域取得突破。

谷歌

上榜理由：在量子计算纠错、应用领域均有所突破

谷歌从2019年实现量子计算优越性后，还未公开更多的量子比特数，但近年来谷歌利用其“悬铃木”量子处理器，做了大量的科学研究，其中最突出的是创造时间晶体。谷歌还在“悬铃木”上首次演示了纠错：将重复码基于的量子比特数从5个提高到21个，对逻辑错误的抑制实现了最多100倍的指数级增长。谷歌的另一个重心是量子机器学习，2021年，谷歌和麻省理工学院(MIT)提出了新的量子算法：在神经正切核近似下训练广度和深度的神经网络，在梯度下降中实现端到端指数级加速的能力。

同时，谷歌继续完善其开发工具，推出了快速稳定器电路模拟器——Stim，可以在15秒内分析距离为100的表面码电路(2万个量子比特、800万个门、100万次测量)，然后以1 kHz的速率开始对整个电路进行采样；将其开源量子模拟器qsim与英伟达cuQuantum SDK整合，充分利用GPU的能力；发布了费米量子仿真器(FQE)，这是一个能够在费米子模拟中仿真量子计算机行为的软件框架。

展望2022年，鉴于谷歌量子已与制药公司勃林格殷格翰(Boehringer-Ingelheim)达成合作，我们期待谷歌在分子动力学模拟领域取得突破。硬件方面，一直以来谷歌和IBM都是互相最大的竞争对手，随着IBM突破100量子比特，谷歌有望在今年跟随这一步伐。

量旋科技

上榜理由：全栈量子计算初具雏形、超导量子计算机有望突破

量旋科技最初是一家量子硬件公司，但目前已有全栈量子计算的趋势，除了核磁共振量子计算机外，还搭建了云平台，开发了相关软件和算法。2021年，量旋科技推出“三角座”核磁共振量子计算机，可以实现3量子比特的任意算法。搭配随机附带的操作软件SpinQuasar，可以进行量子计算教学演示和自定义量子编程运算。

尽管量旋科技的核磁共振桌面量子计算机已经销往国内外多家高校，但这种设备的应用相对有限。因此，量旋科技正在致力研发超导量子计算机，并透露其首台超导芯片量子计算机预计在2022年初对外发布，比特数将达到20个。该系统将集成稀释制冷机、超导量子芯片与“天琴座”测控系统，并且自主研发适配底层硬件的操作系统。

PsiQuantum

上榜理由：资金最充足的私人量子计算公司、迈出百万量子比特的第一步

PsiQuantum累计融资已经超过6亿美元，但没有任何一个量子比特，他们希望在2025年一步到位实现100万量子比特。2021年，PsiQuantum终于迈出了百万量子比特的第一步，该公司宣布与半导体制造商格罗方德(Global Foundries)合作制造硅光子和电子芯片，这是构成其光量子计算机Q1系统的基础。

应用方面，PsiQuantum和QunaSys宣布了一项联合研究项目，以评估容错量子计算在化学领域的潜力，并加速开发可持续材料。日本JSR公司作为首批客户加入了该项目，将评估量子计算在光刻胶、弹性体、塑料和试剂制造方面的进展。

目前，PsiQuantum正在为量子计算的应用做准备：与医疗保健、材料、电子、金融、安全、运输和能源领域的全球领导者合作，确定并优化算法和应用。谈及企业战略，PsiQuantum团队表示，有用的量子计算机至少需要100万个量子比特搭配纠错方案，光子学是实现这一目标最有可能的途径。公司承诺，将跳过NISQ阶段，在2025年直接实现100万量子比特光量子计算机。

Q-Ctrl

上榜理由：将量子算法性能提高25倍以上、为太空探索提供量子技术支持

Q-Ctrl是一家量子控制技术公司，他们的技术可以为量子计算和量子传感等领域提供支持。2021年，Q-Ctrl最新实验表明，使用量子控制构建的替换量子逻辑操作，可以把在硬件上执行量子算法的成功率提高2500%以上。Q-Ctrl已与新南威尔士州交通局达成合作，将利用量子计算技术来帮助优化公共交通网络。量子传感领域，Q-Ctrl正在开发用于太空探索的量子传感和导航技术，并获得了澳大利亚国防部的多个项目。量子教育领域，Q-Ctrl也有所建树，发布了一个交互式在线学习平台——Black Opal，将为用户提供与其他学习者交流的机会。

使用量子控制技术对抗性能降低是Q-CTRL的专长。未来，该团队将开创“软件定义”的量子传感器研发，利用专业知识将传感器在实际现场环境中的性能提高几个数量级。

Quantinuum

上榜理由：量子自然语言处理工具、量子计算实时纠错、2048量子体积

2021年最受关注的事件之一是霍尼韦尔量子计算部门与剑桥量子公司(CQ)合并成立Quantinuum。而合并后的Quantinuum已经处在全球量子计算的领先地位：

2021年3月、7月和12月，霍尼韦尔System Model H1分别通过512、1024和2048量子体积的基准测试，继续保持量子体积的世界记录；业界首次实现量子计算的实时检测和纠正错误；推出了世界上第一个量子计算驱动的加密密钥生成平台。应用方面，提出了一种加速量子蒙特卡罗模拟的新算法；在量子计算机上模拟了铁晶体；发布世界首个量子自然语言处理工具包和库lambeq；将最新的量子算法用于优化列车调度。

合并后的Quantinuum致力于以与平台无关的方式加速量子计算的发展和量子技术的创新，为经典计算机无法解决的棘手问题提供现实世界的量子解决方案，计划在一年内实现上市。2022年，该公司将对霍尼韦尔H1系统硬件进行重大升级，从而继续朝着容错量子系统的方向前进。

QuEra Computing

上榜理由：推出256比特量子模拟器

2021年11月，波士顿量子计算公司QuEra Computing宣布制造出一种量子比特比任何竞争对手都多的设备——基于中性原子技术的256比特量子模拟器。更多的量子比特意味着可以存储和处理更多的信息。不同于谷歌和IBM的量子计算系统使用超导量子比特，IonQ系统使用俘获离子，QuEra的平台使用中性原子阵列，产生具有高度相干性的量子比特。这台机器是由哈佛大学的Mikhail Lukin和Markus Greiner以及MIT的Vladan Vuletić和Dirk Englund(都在QuEra的创始团队中)打造的。同时，QuEra宣布最新融资1700万美元，计划将256量子比特的系统商业化。

除了量子模拟器以外，2022年，QuEra有望推出64量子比特完全可编程的量子计算机，并计划在2024年推出1024量子比特的量子计算机。

Rigetti Computing

上榜理由：80量子比特、业界首个多芯片量子处理器

Rigetti原计划在2019年实现128量子比特，但并未如愿以偿。2021年，Rigetti推出世界上第一个多芯片量子处理器：采用专有的模块化架构，可以加快商业化进程并解决容错量子计算机的关键扩展挑战。在此基础上，Rigetti推出了由两个40量子比特芯片组装而成的80量子比特芯片，从数量来看，Rigetti在超导这条路线上仅次于IBM。此外，Rigetti还在2021年向英国交付了一台量子计算机。

应用方面，Rigetti将与Riverlane、Astex Pharmaceuticals合作借助Rigetti量子云服务(QCS)开发一个集成应用程序，用于模拟分子系统，进而改变药物研发中的药物发现；中标了美国能源部的“聚变能量子模拟项目”：将在Rigetti的量子计算机上模拟等离子体动力学；开发了一种使用量子计算机解决天气建模问题的有效方案；与德勤和Strangeworks达成合作，探索材料模拟、优化和机器学习中的量子应用。

2022年，Rigetti将至少完成两件大事：Rigetti已与SPAC公司Supernova II签订合并协议，2022年有望在纽约证券交易所上市；Rigetti与微软达成合作，将在2022年第一季度通过云向微软Azure Quantum的用户提供量子计算机。

根据Rigetti的路线图，到2024年，实现1000量子比特，到2026年，实现4000量子比特，最终达成100万量子比特的历史性突破。

Xanadu

上榜理由：可编程光量子处理器、领先的量子机器学习公司

Xanadu是一家光量子计算机公司，2021年，该公司和美国NIST宣布开发了动态可编程的全栈光量子计算机，并对三种量子算法进行了原理证明：高斯玻色取样、分子振动光谱和图形相似性；Xanadu正与比利时微电子研究中心(IMEC)合作开发下一代基于超低损耗氮化硅(SiN)波导的光子量子比特。凭借在光量子计算领域的出色表现，Xanadu在2021年获得了1亿美元融资。

Xanadu还是领先的量子机器学习公司。Xanadu开发了用于量子计算机的专用机器学习软件PennyLane。该软件集成了多个供应商的量子计算硬件和软件，除Xanadu外，包括IBM、AWS、谷歌、Rigetti和AQT的硬件，以及TensorFlow和PyTorch等机器学习库。2021年，加拿大量子计算公司Agnostiq合作宣布将在Xanadu的开源软件PennyLane上构建产品，以使用先进的计算技术解决金融问题。

展望未来，Xanadu计划将其量子计算机从现在的40量子比特芯片逐步发展到2026年的100万量子比特，并将其联网成一个计算系统。

结语

过去的2021年是艰难但丰收的一年，上述企业在技术科研、商业模式探索上都已是硕果累累。实际上，除了上榜的企业之外，国内外还有很多优秀企业，阿里巴巴、腾讯、华为、京东、字节跳动、微软、英特尔、英伟达等大型科技公司都已是量子科技的积极参与者，D-Wave、图灵量子、启科量子、问天量子、玻色量子等也都是优秀的量子科技公司。2022年，苹果、刚刚更名的Meta都有可能成为新的量子科技参与者。

从2020年到2021年，光子盒记录并陪伴着量子企业的成长，感谢所有的量子企业在过去这一年勇破难关，卓有建树。最后，也衷心地祝愿2022年量子科技行业将迎来“百花齐放春满园”的蓬勃又一春。

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