麦肯锡报告：量子技术有望创造7000亿美元价值
光子盒研究院出品
量子技术有潜力解决一些最棘手的全球挑战，包括限制全球变暖和缩短药物发现时间等，解决这些挑战将会改变游戏规则。
麦肯锡最新研究报告《量子技术监测》(Quantum Technology Monitor)指出，为了使该技术实现其承诺，公共和私人资金持续飙升。制药、化工、汽车和金融这四个行业仍然有望成为“量子优势”的第一批受益者，最早在2035年有望实现近7000亿美元的价值。
量子技术（QT）主要分为三个领域：计算、通信和传感。
量子计算（QC）是一种新的计算技术：利用量子力学定律，为一些应用提供指数级的性能改进，有可能实现全新的计算领域。一些早期的量子硬件产品是特殊用途的量子计算机，也称为量子模拟器。
量子传感（QS）是由量子系统构建的新一代传感器。它可以提供对各种量（例如，重力、时间、电磁）的测量，比经典传感器的灵敏度高几个数量级。
量子通信（QComms）是量子信息的跨空间安全传输。它由量子密码学实现，即使面对无限的（量子）计算能力也可以确保通信的安全性。
2021年下半年以来，IonQ成功上市，成为史上第一家上市的纯量子计算企业；霍尼韦尔量子解决方案公司和剑桥量子公司合并成为Quantinuum；Rigetti也在与特殊目的收购公司（SPAC）Supernova合并后正式上市；本源量子发布了到2025年交付1024比特量子计算机的路线图；亚马逊AWS在加州理工学院开设了其量子计算中心。
不同领域的量子技术中，QS和QComms在2021年下半年资金增幅最高；然而，QC仍然拥有最多的资金（自2001年以来共30亿美元）和公司（228家）。
2021年下半年发展简述。主要从生态环境建设、资金供给和重大事件角度分析汇总。
QS、QComms和QC的主要数据汇总。
从资金投入来看，2021年量子技术（QT）启动资金和投资活动超过了14亿美元——这是2020年的两倍多。QT资金也开始向成熟的初创企业转移：近90%的资金是针对A、B、C和D轮融资的公司。
从行业发展来看，金融和生命科学领域可能会看到QC带来的最大影响；然而，预计QC的近期影响仍将在化学品、制药、汽车和金融行业最高。
从全球竞争来看，中国的QT活动正在加速，“据报道，政府的投资估计高达153亿美元，是欧盟政府投资（72亿美元）的两倍以上、美国政府投资（19亿美元）的八倍以上”。中国在所有技术领域都增加了QT专利，在全球QT专利总数中占一半以上。
不过，QT市场仍然主要集中在北美地区：拥有近40%的公司和超过60%的创业资金。12个最大的硬件公司中，有10个位于北美；中国拥有最广泛的量子通信商业实现、日本有最多的行业参与者已经在其业务中采用QT。
1）2021年QT创业投资活动超过14亿美元，是2020年的两倍以上；然而在过去三年中，QT创业的速度已经有所放缓。
基于PitchBook中记录的公开投资数据。但是实际投资额可能更高，因为在2021年下半年完成的20项交易中，有7项没有披露交易规模。
数据来源：Crunchbase、PitchBook、McKinsey
2）风险投资和其他私人资本现在占到QT投资的70%以上，其中，近90%的资金是针对成熟的初创企业（A、B、C和D轮）。
2001-2021年，按投资者类型划分的投资比例（左）和成交轮次划分的投资比例（右）。
3）尽管交易规模不断增加，但是交易重点仍主要在QC硬件上。
按交易规模排序，对QT初创企业的十大风险投资/私募股权投资（降序）。
4）大部分的投资仍然是在美国公司，并主要由私人投资者推动。
2001-2021年按主要投资者类型划分的QT交易规模。单位：百万美元
5）中国和欧盟已宣布将计划为QC工作提供更多公共资金；德国将提供欧盟中最多的公共资金。
宣布的政府资助计划（左）；欧盟公共资金来源，单位：百分比（右）。
6）其中，美国政府对QC工作的资助多于对QComms或QS的资助。
已宣布的政府资助计划（左），按技术划分的美国公共资金投入（右）。
7）在政府资助的刺激下，中国的量子技术活动正在加速进行。
数据来源：IT橘子。
1）从参与的角色数量来看，美国和加拿大仍然是QC方面最活跃的国家。
按国家划分的量子计算公司数量。
2）全球范围内的量子计算（QC）初创企业不断涌现，其中，欧盟和加拿大的新产品最多。
按国家划分的QC初创企业数量（2021年和2015年）。
3）大多数参与者是计算组件和应用软件公司，但硬件初创企业仍然获得了最大份额的资金。
按价值链划分的QC参与者数量。
4）过去的三年里，公开宣布的QC初创企业增度已经放缓。潜在原因有：缺乏人才、硬件解决方案市场较为饱和、当前配套应用程序不够完善、投资者抵触天使投资等。
资料来源：CapitalIQ、Crunchbase、PitchBook、媒体搜索、量子计算报告、专家访谈、麦肯锡。
5）QC生态系统跨越了硬件和软件。不过，QC生态系统的核心部分还没有商业产品，收入主要来自组件商、咨询服务和联合研究项目。
定义成熟度的资金/收入范围：1亿美元以上为高，100万-1亿美元为中等，1万-100万美元为低，1万美元以下为非常低/不详。
组件领域是最成熟的，但也有专门的参与者的空间；
硬件由大型科技公司和少数规模化公司主导，大部分资本用于超导量子比特；
系统软件市场被全栈式和专用软件玩家所分割，大多数产品处于原型阶段；
尽管参与者众多，但应用软件还不成熟，远远没有达到饱和；
服务领域分为咨询服务和云服务。
6）科技巨头在超导量子比特领域占主导地位；新成立的公司在离子阱和光量子方面正迎头赶上。
数据来源：Crunchbase、Capital IQ、PitchBook、量子计算报告、专家访谈、团队分析。
1）QComms初创企业继续在全球范围内崛起，其中大多数在美国和欧盟。
按国家划分的QComms初创企业数量（2021年和2015年）。
2）大多数资金是为应用软件的初创企业筹集的，尽管它们数量相对较少。
按价值链划分的QComms参与者数量。
3）QComms生态系统是由大型技术公司主导。QComms生态系统的核心部分（硬件和软件）还没有商业产品，收入主要是通过组件商、咨询服务和联合研究项目产生。
QComms参与者概述。
1）过去五年中，QS企业的数量几乎翻了一番；然而，他们数量仍然相对较少。
按国家划分的QS初创企业数量（2021年和2015年）。
2）对QS的总体投资仍然很低，大多数参与者和资金都集中在组件上。
按价值链划分的QS参与者数量。
3）QS市场仍处于原型阶段。QS生态系统的核心部分（硬件和软件）还没有商业产品，收入主要通过组件参与者、咨询服务和联合研究项目产生。
数据来源：CapitalIQ、Crunchbase、PitchBook、媒体搜索、量子计算报告、专家访谈、麦肯锡
1）量子计算可能会在短期内影响化工、制药、汽车和金融行业。具体包括：
量子计算的影响预计对化工和制药行业最具颠覆性，因为基于量子计算的分子过程模拟可能取代对基于实验室的测试的需求；
在汽车行业可能会刺激电池开发和新燃料方面的突破；
对金融业的影响则是渐进式的，但所涉及的价值却很高，特别是在资产管理方面。
数据来源：行业报告、麦肯锡技术委员会。
2）然而从长远来看，价值最高的用例可能是在生命科学和金融服务部门。
对通过应用QC释放预期价值的定性估计。
1）中国在所有技术领域都增加了与量子有关的专利活动，这在很大程度上受到中国政府政策的影响。
日本在QT专利开发方面一直位居前三。日本的QT专利份额高，表明QT产业的采用程度高；美国和欧盟是QT专利数量最多的国家。直到2005年，美国和欧盟的QT专利数量最高，然而由于围绕知识产权的文化的变化，这一数字开始下降。
按公司总部所在国划分的量子专利份额（2000-2021），单位：1%。
2）欧盟在量子课题上发表的文章最多，但美国在已发表材料的影响方面领先。美国出版物的影响力最高，表明其在学术研究中处于领先地位；2020年，欧盟在量子相关领域发表的文章数量领先，其次是中国和美国。
注：h指数是一个国家被引用至少h次的文章数。
3）然而，中国研究机构的科学家发表了最多的文章。中国机构的科学家贡献了近四分之一的量子相关学术出版物；美国和欧盟机构的研究人员位列前三，分别占量子相关出版物贡献的24%和22%。
2021年全球前10个国家，按科学出版物份额计算该国研究机构的作者对量子相关出版物的贡献比例。单位：%
4）欧盟拥有最集中的QT人才。与QT相关的毕业生人数最多的是欧盟，其次是印度和中国；欧盟是量子相关人才最集中的国家，其次是英国和俄罗斯。
2019年QT相关领域毕业生的绝对人数。
5）很少有大学提供QT高级学位课程。尽管已经有相当数量的大学开设了量子研究项目（176），但其中提供量子技术硕士学位的大学还不多（29）。大学普遍认识到行业对QT专家的需求，但在开发满足这一需求的课程方面进展缓慢。在拥有QT研究项目的所有大学中，美国大学占三分之一以上。
左：2021全球排名前十的国家（按拥有QT研究项目的大学数量）；右：2021提供QT硕士学位的大学。
6）QC工作的人才缺口可以通过提高技能计划来解决。截至2021年12月，共有851个QC职位空缺。相比之下，每年只有约290名毕业生准备填补一个需要QT技能的职位，而几乎不需要培训；只有大约三分之一的市场可以满足需求；大约35000人毕业时具备一些QT相关知识，这可能是提高技能的巨大潜力。
根据拥有此类课程的大学数量以及每年毕业的学生人数进行估算。包括生物化学、化学、电子和化学工程、信息和通信技术、数学和统计以及物理专业硕士或同等学历的毕业生。
QC技术领先的竞争仍悬而未决。大多数参与者已投资于光子、离子阱、自旋和超导量子比特器件，这些参与者的目标是到2030年逐步改进其硬件技术并制造用于商业应用的大规模量子计算机。
虽然美国和加拿大在过去十年一直是市场领导者，但中国和欧盟决心迎头赶上，并宣布了大量公共资金投入，更多的行业参与者将从竞争前的QC探索转向竞争研究（部分处于“隐形模式”）。在QComms和QS中，许多产品将从原型阶段转向商业化；这可能会导致应用程序和服务公司的增加。
2021年以来已经宣布了几轮大型投资（例如，IonQ约6.5亿美元；ArQit约3.45亿美元；Cambridge Quantum Computing约3亿美元；Xanadu约1亿美元），这表明围绕QC的投资活动将继续增长。
报告全文：
https://www.mckinsey.com/business-functions/mckinsey-digital/our-insights/quantum-computing-funding-remains-strong-but-talent-gap-raises-concern