万字调查报告：量子计算将在五年内投入商业市场

光子盒研究院出品

目录1. 量子从业者的视角——Terra Quantum2. 蓝图：量子应用和战略规划的趋势3. 量子时代的征程，一些开放性观点……4. 量子的好处和机遇5. IQM Quantum Computers：实现量子计算优越性的捷径6. 打造一支准备好的未来量子团队7. 前进的道路方向：量子计算的商业应用8. Lakestar对量子软件难题的看法

近日，IQM Quantum Computers、OpenOcean和Lakestar与The Quantum Insider（TQI）联合发布了《2022年量子现状报告》。这是一项新的研究，探讨了商业领袖对量子技术的准备程度在关键地域和行业中的差异；具体来说，本文就量子公司在公共和私人资金的支持下，如何弥补量子技术发展的速度、方向，与客户计划的差距提供了见解。

“你主要在哪个国家工作？”（n=174）

接受调查的企业中，有66%认为软件开发是量子化投资的主要优先事项；76%的受访者同意，技能危机正在导致量子创新减速；63%的商业领袖预计在未来5年内会有量子计算的商业用途；91%的受访企业领导人已经在投资或计划投资于量子计算。

总结来说，此次调查的核心结论包括：

1）随着量子硬件和软件的投资数字上升，一个繁荣的行业客户生态系统继续增长：每一方都以大量研发预算支持该技术在未来十年实现商业化。

2）随着董事会评估量子计算的快速发展和它在商业上为公司提供的多种机会，一个专门的量子领导职位：首席量子官将变得至关重要。

3）在采取措施解决阻碍进展的量子技能短缺问题，以及为投资和采用该技术建立长期的人员战略方面，拥有专注的领导力将是至关重要的。

4）高比例的行业领导者认为量子技术在一系列特定的应用中具有潜力，特别是在网络安全、金融和医疗保健方面。

5）人们重新关注支持全栈式量子技术的发展和进步的必要性。在优先投资软件的同时，调查显示，行业客户认为运行量子硬件目前对他们的运营是不可持续的，指出运行量子硬件所需的预算比例很大。

从2017年到2021年，对量子的投资增长了五倍：从2017年的4亿美元到2021年的22亿美元的新高，而且不会放缓；政府对量子技术的总支出和承诺是几百亿，并定期宣布新的计划和倡议。波士顿咨询公司估计，在未来15至30年内，量子计算可以创造4500亿-8500亿美元的价值。90%的人认为，到2030年，他们的公司运营将被量子计算所改变。客户对量子投资的兴趣和欲望很高，现在应该由量子行业来倾听这种量子状态，并采取行动：确保这种参与与开发和将量子用例推向市场的持续进展相匹配。

01

量子从业者的视角——Terra Quantum

Markus Pflitsch，Terra Quantum公司的首席执行官、创始人

俗话说，软件会吃掉世界。这在量子领域不会有什么不同。我们目前正处于技术发展阶段，与硬件相比，如果我们以正确的方式部署量子软件，它已经为优化和提高业务绩效提供了巨大的直接潜力。今天的世界是建立在一个破碎的计算堆栈上的，经典的算法运行在经典的计算机上。由于依赖这种经典的计算方法，我们也被阻碍解决世界上一些最大、最关键的问题。量子拥有解决方案，问题是如何在该技术上执行。我们需要一个建立在量子上的完整计算堆栈，但量子硬件还没有真正的可扩展性。

这就提出了一个问题：我们今天如何部署量子软件来提供真正的行业性能提升？

行业领导者已经厌倦了讨论以5到10年甚至更长时间来衡量的量子技术发展；商业领袖希望今天就能看到真实的应用和切实的解决方案。在Terra Quantum，我们致力于实现这一愿景：释放量子技术的力量，提供强大而有意义的解决方案，并使今天的组织能够释放一些量子潜力。

我们与我们的子公司QMware提出了世界上第一个全球量子云的独特混合方法，让客户既可以使用当前的量子硬件，也可以使用模拟的量子比特。通过结合在本地和模拟量子比特上运行算法，我们可以通过量子应用大幅提高业务性能。

我们的算法有三个关键类别：优化、模拟和机器学习。我们在量子算法设计、量子计算和量子安全方面提供端到端的能力，旨在今天就为企业提供下一个级别的性能。

现在对量子的商业化加倍努力是至关重要的，因为该技术正在继续增长。量子技术有广泛的潜在应用，为各种价值数十亿美元的行业提供解决方案，包括物流、航空航天、金融服务、汽车、化工、公用事业和医疗保健。其中许多公司都有共同的问题，那就是如何充分利用复杂的数据集和庞大的需求网络。量子算法具有潜在的用例，可以在不同的行业中进行扩展和复制。例如，利用量子增强图像认知和识别，既可以应用于自动驾驶汽车，也可以大大增强医疗诊断。另外，Terra Quantum与欧洲的一个行业领导者合作，优化卡车的路线规划，以减少空驶里程，能够最大限度地降低成本，同时支持可持续性目标。

展望未来，量子的未来是光明的。量子软件有很大的潜力，可以发展和繁荣。量子硬件继续扩展，随着原生量子芯片开始进步并最终超过模拟量子比特，性能也在加速提升。作为一个行业，我们最大的挑战之一是赢得那些未被说服的人，那些没有看到量子技术前景的潜在客户。这样做的关键是将技术与他们的优先事项联系起来：客户最终关心的还是推动业务绩效。

在Terra Quantum，我们认为自己首先是一家业务和性能提升公司，其次才是量子公司。站在这场革命的起点上，我们对我们正在开发的应用和工具感到兴奋和责任。欧洲有一个很好的机会来领导这个旅程，建立一个强大和繁荣的颠覆性初创企业的生态系统，并促进欧洲科技主权。我们已经准备好在量子革命中发挥独立的领导作用，并成为技术解决方案和现实生活应用的开拓者，塑造人类繁荣的美好未来。

02

蓝图：量子应用和战略规划的趋势

在本次调查中作出答复的企业决策者对量子的潜力表现出巨大的信心。这种信心不仅从他们声明的信念中可以看出，而且（也许更有说服力）从他们的预算投资和他们的组织定位中也可以看出：各种规模和垂直行业的公司目前都在不遗余力地确保他们处于尽可能强大的地位，以利用即将到来的量子技术进步。

IQM-OpenOcean-Lakestar的调查显示，企业对投资于真正的使用案例和采用该技术的渴望很高。70%的受访企业领导人表示，他们正在使用和开发现实生活中的用例；只有4%的企业没有使用，也没有计划在未来5年内采用量子技术。

客户正在采取必要的措施，为量子计算在其业务中的扩展做准备和计划。77%的受访者表示他们有信心他们的组织已经准备好使用量子计算；与美国（78%）或法国（69%）的领导者相比，英国的领导者对他们组织的量子准备（85%）和准备情况更有信心。这种准备对于量子准备是至关重要的。

企业正在通过采取具体行动使自己做好量子准备来支持这一点：91%的受访企业领导人已经投资于量子计算或计划这样做。

“你在多大程度上同意或不同意以下说法：量子计算只会对企业实现特定应用的有用性？”；(n=174)

大型企业正在支持量子作为其行业未来的一个重要组成部分。例如，波音公司已经与IBM合作，以加快测试和优化材料的时间。航空工业的这一重要组成部分依靠数月的漫长时间来测试和认证用于飞机的材料，每一步都在减缓创新；量子计算得到了波音公司的支持，以提高这些航空航天材料评估的效率，包括了解材料对环境条件的反应，以及估计使用寿命和性能的更先进的能力。

在研究中，83%的公司将其研发预算的至少10%用于量子，而80%的公司计划投资至少50万美元，61%的公司计划在未来3年内投资100万美元或更多用于量子。因此，这些公司投资于量子计算的金额在总研发支出中的比例和绝对值都很高。

你的组织计划在未来三年内对量子投资多少？

这种情况因地域而异。美国的企业投资2000万美元以上的可能性是英国企业的两倍多（13%对5%）。世界各地的差异反映了量子生态系统的差异，在欧洲、美国和中国有明显的研究中心；还有一个问题是企业用户的集中度，许多量子公司被美国和中国的大型跨国公司所吸引。

来自私营部门的投资正得到大量公共资金对量子的支持。根据The Quantum Insider的数据，全球五大政府对量子的支持（已部署和已宣布）包括：

• 中国：~50亿美元以上
• 德国：30亿美元
• 美国：28亿美元
• 英国：12亿美元
• 欧盟：11亿美元

企业似乎普遍认为他们对量子技术的投资正在产生预期效果：67%的人说他们的量子战略一直达到或超过其目标（相比之下，10%的人说他们的战略没有达到）。对于那些对他们的量子战略产生的结果不满意的企业来说，最常见的原因是与几个关键领域有关：

• 缺少熟练的专业人员
• 资金
• 研发
• 时间

这些短缺的领域与企业领导人在未来三年内对量子化的关键优先事项密切相关。量子的三大战略重点是加速研发周期/减少上市时间（53%），招聘量子技术的技术人员（52%），以及扩大投资于产品/解决方案开发的资金（44%）。当然，招聘更多的技术人员将有助于解决人才短缺的问题，而加速研发和扩大资金将有助于确定新的用例，帮助开发，并普遍推动其在整个企业的应用。

03

量子时代的征程，一些开放性观点……

Ekaterina Almasque，OpenOcean公司的普通合伙人

作为前沿技术的早期投资者，OpenOcean热衷于支持欧洲量子计算领域的新兴领导者。我们坚信通过投资成功的团队来固定新生的产业。我们的使命是帮助这些团队在其技术平台的基础上建立一个强大的生态系统，加速长期的采用和增长。我们的创始人在参与建立MySQL和MariaDB（LAMP堆栈中的“M”）时，亲身体会到了这种方法的价值，这也是我们今天所知的互联网的基础。

2018年，当IQM量子计算机从阿尔托大学和芬兰VTT技术研究中心分离出来时，OpenOcean相信量子计算将彻底改变高性能计算世界的愿景。今天，我们继续支持这一愿景，积累积极的证据，证明我们确实在通往量子时代的旅程中；最近，我们参与了IQM的1.28亿欧元A轮融资，因为他们正在建造芬兰的第一台54比特量子计算机。由于他们独特的共同设计方法，IQM的量子处理器与传统机器相比，可以大大降低硬件要求，如量子比特数或门深度。

我们也看到其他参与者的成功，特别是包括IBM最近宣布的有史以来最大的433量子比特机器。本次调查的结果表明，市场正在接受这些科技进步，只有10%的调查对象对功能性用例的出现持谨慎态度，63%的商业领袖预计在未来5年内看到商业用例。

在处理器层面上，硬件的战斗正在取得胜利，但在扩展方面仍有许多挑战。由于OpenOcean在传统上是一个软件投资者，这让我们感到兴奋的是，66%的公司认为软件开发是量子投资的主要优先事项。企业将需要开始从战略上考虑如何在量子时代运作；量子优势的许多好处仍在确定之中，但重要的是，企业要开始了解量子软件如何能够并将被整合到他们现有的堆栈中。

在量子和经典范式之间进行类比，以预测软件需求的规模，从NISQ时代到特定应用的机器、到容错的通用量子计算机，这可能是有用的。为了反驳33%的企业认为我们只会实现特定应用的有用性，我们将需要一个量子操作系统作为高级应用的网关。这可能是未来的事，但我们已经看到软件组件与硬件一起在控制和架构层面上出现，初创企业生态系统和大型企业都有很多活动。

在控制层面，一个关键问题是对噪声敏感的量子比特的稳定性，以及整个系统的不完善，这导致今天需要高技能的科学家进行繁琐的手工操作。由于这个原因，量子比特调谐和优化的自动化有很大的空间：随着我们扩展到更大的数量，这个空间只会越来越大。虽然这是一个可以由硬件供应商内部开发的东西，但我们看到软件初创公司正在获得牵引力，最大的是来自澳大利亚的Q-CTRL，它从空中客车、红杉中国和In-Q-Tel等公司获得4340万美元的资金。

我们还可以从架构层面来看待短期的软件游戏，从长远来看，我们希望看到量子内核、纠错和Q-RAM。这里有许多软件初创公司在做的工作对解锁数十亿美元的量子计算市场至关重要：最成熟的公司是来自英国的Riverlane，已经从Amadeus、Molton和剑桥创新资本筹集了2410万美元；Riverlane最初专注于纠错，这也是为了解决量子比特固有的不稳定性，其长期目标是成为一个通用的量子操作系统。

在更高的层面上，有强大的软件出现，像谷歌、AWS、微软和IBM都推出了开源的量子电路编程，甚至是早期的机器学习框架。我们很高兴看到这些发展，并且强调开源，以帮助推动量子软件社区的发展。然而，在这个层面上，模拟器仍然是普通的，硬件细节严重影响了结果。

往下看，我们可以找到基本的软件，让这些框架在扩大的量子硬件上有效运行。正是在这个层面上，我们需要在未来几年看到大量的投资，以便顺利进入量子时代。

04

量子的好处和机遇

“在未来3年内，你的组织将把其量子投资的主要领域放在哪里？”(n=174)

量子是一个广泛的类别，包括大量的技术，每一种都为企业提供不同的可能性。

当涉及到投资时，量子有许多不同的方面，可能会有资金集中在它们身上，但有些方面自然不会像其他方面那样产生巨大的回报。随着量子技术的进一步发展，被认为具有最大前景的领域很可能会发生巨大的变化。

然而，目前的趋势是，最终用户正在为他们的业务问题寻求全栈解决方案，使软件投资与硬件承诺一起成为一个有利的提议。66%的受访公司认为软件开发是量子化投资的主要优先事项，应用开发是第二大优先事项（54%的公司），扩大公司的内部人才库是第三大优先事项（49%）。这种对应用和软件开发的相对优先考虑可能是由于量子硬件开发所涉及的高成本以及对专业技能和工具的需求，导致人们希望将物理制造留给硬件专家。

根据The Quantum Insider的数据，2017-2022年，量子软件的私人投资大幅上升，从5000万美元（2017年）到2022年的7亿美元。当企业领导人谈到他们认为将在5年后投资的地方时，趋势基本相似，软件开发和应用开发最有可能被视为投资重点（分别被57%和53%认为是如此）。与目前的优先事项相比，一个变化是，建设公司自己的基础设施变得略微更受重视（47%的人认为是优先事项），而扩大内部人才库被认为是优先事项的可能性略微降低（降至39%）。这可能表明，受访者长期以来愿意与外部服务提供商合作，将必要的专业知识融入受访者的业务中。

世界各地的研究小组和公司都在探索或投资建造量子计算机的一些相互竞争的方法。方法之间的一个大的划分是那些基于门模型的方法，其中量子结构是用量子比特创建的，问题是用量子电路解决的，而量子退火等方法是用能优化到最低能量状态的系统来解决问题的。基于门的量子计算机在建造和维护方面要困难得多，但提供的潜在用途要强大和灵活得多，而退火器在应用方面的灵活性要小得多，但创造和维护方面要容易得多。基于门的计算机类别可以进一步划分为一些方法。一些方法通过使用保持在极低温度下的超导电子电路来创造量子比特，另一些方法则是使用被困在电场中的离子，还有一些方法是使用旋转的电荷载体（基于自旋的量子计算机），其他方法包括使用光子（光量子计算机）、中性原子和其他。

在这一点上，很明显的是，在建立一个实际可用的、商业上可行的量子计算机方法仍在竞赛中。然而，研究发现，超导量子计算机正主导着企业的注意力。49%的受访企业要么现在就在使用它们，要么计划在未来五年内使用它们，这个数字远远高于其他类型的量子计算机。接下来最成功的是捕获离子量子计算机（24%），量子退火器（23%），以及基于自旋的量子计算机（22%的企业使用或计划使用）。所有其他门控模型的量子计算机在未来五年内仅有合计20%的企业使用或预计使用。

在调查中，使用或计划使用量子软件应用的企业（68%）多于使用或计划使用任何单独类型量子计算机的企业。用于开发量子算法的量子软件开发工具包（QSDKs）和量子仿真器或“数字退火器”等量子启发技术的使用也比大多数类型的量子计算机更广泛，分别为46%和39%：这表明最终用户对希望尝试量子和量子启发技术有明显的兴趣。

随着量子硬件能力的提高，世界各地的研究机构继续将量子计算的商业应用推向超级计算和高性能计算。正如从接受调查的企业领导人那里看到的那样，这使量子软件应用的新时代成为可能，因为有更强大的机器供它们运行。

德国于利希研究中心（FZJ）的研究机构在2022年1月打破了欧洲量子领域的一个重要里程碑，它将欧洲大陆的第一个拥有5000多个量子比特的量子退火器投入运行。这是欧洲第一个商业量子系统的例子，其设计者的目标是将其纳入超级计算基础设施。如果成功的话，这可能是一个量子计算机直接与超级计算机合作的例子，并将有直接的商业应用。

再看其他地方，IQM和德国莱布尼茨超算中心（LRZ）的Q-Exa项目计划提供一个基于超导电路的最先进的20比特量子计算机，并将与一个超大规模系统集成。

另一个令人印象深刻的基于门的量子计算的例子是中国科技大学的“祖冲之2.1”在2021年揭幕。祖冲之2.1有66个超导量子比特，估计比经典计算机快数百万倍。对于某些复杂的计算，它可以在几个小时内实现世界上最强大的超级计算机需要几年的时间。

当谈到量子硬件的时，最常见的部署（49%的企业使用）是混合型的，混合了企业内部和基于云的基础设施。完全在云上是第二常见的部署（26%的企业），而只有18%的企业完全使用内部基础设施。云计算使业界可以使用量子计算，为企业提供了负担得起的量子处理能力、培训和探索概念验证的能力，以应对一些挑战。这被称为量子即服务（QaaS），具有巨大的变革潜力。

随着访问工具包的发展达到成熟，我们也将达到一个“无缝”集成的阶段：主流应用程序将能够调用量子训练的模型、模拟器或优化器，就像他们今天与计算集群或超级计算机互动一样。

内部系统与QaaS相结合的混合模式可能对量子的未来商业效用起到重要作用。这种模式也将解决企业领导人对量子硬件成本的担忧。61%的企业领导人认为目前支持量子计算的硬件运行成本对他们的企业来说是不可持续的。事实上，65%的受访者表示，他们组织的技术预算有20%以上被与运行量子计算硬件相关的成本所占用。随着全球经济的乌云密布，管理这些成本对于鼓励量子技术的强劲和可持续的吸收至关重要。

一旦企业建立了他们的量子基础设施，他们将为该技术在其业务中的一系列不同用途进行规划。企业最有可能调查的用例是将量子用于分析和统计建模（56%的企业），用于研发（54%）和优化供应链（35%）。

来自日本邮政银行、梅赛德斯-奔驰和三菱化学的例子，在这里很能说明问题。日本邮政银行最近与专门从事量子计算机软件开发技术的初创公司A*Quantum启动了一个项目，以优化各邮局之间的卡车调度流程；梅赛德斯-奔驰和三菱化学都与IBM合作，研究如何利用量子计算来优化电池化学。

这些用例是由接受调查的企业领导人最期望从量子中看到的一系列好处所驱动的。

• 56%的人期望有能力解决全新类型的问题
• 53%的企业领导人期望提高运营效率
• 52%的人预测高度复杂问题的速度和解决方法会得到改善
• 43%的人预计会减少处理数据的时间

这些好处之间有明显的联系：它们都与以更精简的方式，或以更快的速度、效率执行流程。看来，在这方面的改进愿望很有可能是量子投资的一个关键动机和驱动力。

05

IQM Quantum Computers：实现量子优势的捷径

Jan Goetz博士，IQM Quantum Computers首席执行官和联合创始人

大规模的科学计算正处于转型期。将更多的晶体管装到微芯片上，在未来十年将变得极其困难和昂贵，最终将成为不可能。这种困难比我们意识到的更早开始阻碍技术进步。IQM的立场是，我们远远没有接近我们时代的计算极限。通过构建量子计算机并将其交付到场所的全栈方法，通过对高性能计算中心的量子加速，通过共同设计方法，IQM可以创造一条通往量子优势的快速通道。

1）高性能计算中心的量子加速

IQM的量子集成能力能够将经典的高性能计算和量子计算这两个世界结合起来，其中某些计算任务被专门分配给量子处理单元（QPU），这两种技术并行运行。这种结合将加快整体计算性能，其中极其困难的计算的特定部分由QPU处理，成倍地加速这些任务。

2）提供完全集成的企业内部量子计算机

IQM的产品也是独一无二的，因为IQM的量子计算机可以设在任何场所，客户可以完全安全地访问这些硬件，从而加速研究能力、加快创新速度。

IQM有一个世界级的量子专家团队，对客户的人员进行构建、硬件和软件算法操作以及安全有效的维护培训。凭借在建设国家项目方面的经验，IQM提供了一种快速的方式，在建设国家量子生态系统方面获得重要的领先优势。

3）通过特定应用的共同设计加速创新

正如这项研究所强调的，任何公司最苛刻的竞争斗争之一是优先考虑正确的问题、正确的价值驱动力，并在发展速度加快的情况下保持领先。挑战在于采用正确的技术、不断创新，并保持持续改进以保持相关性。伟大的公司不断地从不同的角度看问题，并投资于非常规的方法，以更快地进行创新，为他们的客户提供更多价值。

4）如何让你的公司为量子时代做好准备？

今天，很明显，为即将到来的量子时代建立关键的知识已经成为主要行业和领先组织的当务之急。这实在是一个太大的过渡，不能忽视和遗漏。开始建立量子准备的最方便、最快的方法是找到一个具有正确技术能力的合作伙伴，并开始发现加速创新的全新途径。

在IQM，我们与有远见的企业合作开展创新项目，在这些项目中，量子计算专业知识和商业设计相遇，以解决最苛刻的应用。这种创新意味着，在伙伴关系中，我们将共同设计量子硬件和算法的最佳适应性，以解决行业相关的问题。

其目的是通过优化的算法和特定应用的量子处理器为商业问题带来量子优势，而经典的超级计算资源根本无法单独解决。

5）企业领导人的重要问题是选择哪种量子方法？

通过IQM的共同设计方法和最近公布的量子比特类型——unimon量子比特，IQM公司正不断创新，推动量子计算机走向有用的应用。

量子技术的另一个重要优势是对超级计算机的能源挑战的可持续解决方案。减少数据中心和服务器的能源消耗，这些能源消耗对日益严重的气候危机有很大的贡献。随着未来几年全球对量子领导地位的竞争变得更加重要，现在是开始为未来建设量子准备的最佳时机。IQM CEO Goetz博士说：“我相信，欧洲将通过IQM的量子计算机引领世界进入量子时代。”

06

打造一支准备好的未来量子团队

“哪些障碍（如果有的话）阻碍了量子计算技术在你的组织中的应用？”；(n=174)

寻求向量子化发展的公司面临着大量的挑战：缺乏足够的合格专家使得建立量子团队变得非常困难；如果没有合适的团队，量子的采用和该技术的研发都有可能被放缓。

2022年9月，世界经济论坛（WEF）发布了他们的《量子计算的现状：构建量子经济》的洞察报告，讨论了在“已经稀缺的人才库中找到”以前在商业或工程领域有工作经验的合格人员越来越困难，因为“公司在新兴的量子就业市场上努力寻找具有合适技能的人”。然而，尽管高度技术性的职位占主导地位，更多样化的职位，如需要先前工作经验的营销和销售职位已经开始出现，这表明市场正在成熟。

这份报告印证了世界经济论坛的这些发现。研究发现，91%的公司已经建立或计划在未来一年内建立围绕量子技术的团队。然而，一旦建立了一个团队，就会出现其他障碍；围绕这些团队中最重要的角色存在分歧。虽然31%的人认为量子研究科学家和18%的人认为量子商业翻译在团队中扮演主要角色，但38%的人认为关键角色应该由量子软件工程师来担任。

在量子技术逐步进入工作场所的过程中，如何构建变化的不确定性可能会减缓企业对其的采用。随着量子的发展，人才的吸引也成为一个突出的问题。企业越来越难雇佣到能够胜任所需的合适人才。58%的受访企业领导人回答说，缺乏内部技能或合格的劳动力阻碍了他们对量子的使用和采用。

这正在抑制整个行业的增长。76%的人同意在量子计算人才方面存在技能危机，这正在减缓创新。他们认为，这个问题需要作为所有领导人的优先事项被带到前沿和解决。当被要求阐明他们的技能危机是如何减缓进展和创新时，受访者的定性评论包括：“招聘困难”、“延迟执行”，以及“现有团队被迫做更多的工作”。

政府对量子的资助在中国、美国、英国和欧盟（EU）之间分布最广，这边显示了通过扩大技术准入、促成加速研究来增加现有人才库的推动力。

英国政府是最早在2014年建立国家量子战略的国家量子技术计划（NQTP）的国家之一，该计划目前已达到近10亿英镑的投资；同时，在2020年，美国政府承诺将花费6.25亿美元用于五个量子信息研究中心；在欧盟，集团持续投资以扩大量子计算机的应用，欧洲高性能计算联合项目最近宣布在欧盟范围内选择六个地点来运行第一批EuroHPC量子计算机。

这项工作与整个私营部门培养下一代量子研究和人才的努力相呼应；这种投资既体现在对量子初创企业的资助和合作上，也体现在对全球大学研究计划的资助上。在过去的四年里，加拿大皇家银行一直沿着这条道路，为滑铁卢大学的量子研究提供资金，并与量子软件创业公司Multiverse Computing建立了新的合作关系：这都是其努力用量子计算解决金融业最复杂的挑战的一部分。

应对技能危机取决于企业能否获得高质量的量子教育和培训。然而，45%的公司主要依靠内部专家来完成这项工作。这带来了一个长期的问题。主要是，在公司目前人手不足的情况下，专家们承担额外的责任的压力越来越大。在这些职责之外，他们还被要求对现有员工和新入职的员工进行定量教育和培训。与外部组织的合作可能为这些公司提供一个短期的解决方案，因为他们采取必要的措施来建立和发展他们的量子团队。

领导层对量子化的看法和战略在这里是至关重要的。领导层确定了量子化的基调，并为企业的发展提供了结构和方向。但是，在谁应该负责推动这一进展和创新的问题上，企业之间同样存在分歧。

大部分的分歧集中在量子化是否属于首席信息官和IT的职权范围，或者是否需要一个新的专门角色：首席量子官（CQO）。CQO的角色主要出现在专注于量子的组织中，但它的扩散可能并不局限于研究和开发。

Psirch公司总裁Shai Philips在接受The Quantum Insider采访时说：“截至目前，这种职能似乎主要限于开发量子技术的新公司......[但]这并不是说致力于早期采用量子的更大、更成熟的公司......不会开始为量子领导设立类似的高级职称，甚至可能在C-suite级别。”

29%的人认为，CIO的角色将包括量子。另外，64%的人说，CQO将变得与CIO几乎一样重要或同等重要。界定混合计算和量子的明确角色和责任将确保该技术不会从企业的雷达上消失，并为未来几十年量子的逐步商业化打下基础。

根据调查，“寻找必要的专业知识”是企业领导人在实现量子计算并使其具有适当功能以融入企业的问题上的主要关切，这一担忧甚至超过了成本效益、技术限制和市场竞争。

当考虑采用量子技术时，很明显，围绕基本人才差距的担忧占了主导地位。结果显示，采用量子技术有三个突出的障碍：

1）缺乏内部技能或合格的劳动力。这种短缺有可能使公司采取半途而废的措施，变得不情愿甚至不愿意转型和拥抱量子计算。

2）量子计算技术的整体不成熟。私营部门和政府需要采取协调一致的行动，推动量子技术标准和行业联盟的发展。应该以咨询委员会和智囊团的形式将企业纳入这一讨论，以创建一个整体的量子战略。企业需要一个明确的指导和路线图来衡量量子化的进展，以及他们何时准备好实现部分或全部的利益。

3）开发者技能的缺乏。开发人员的角色对于量子计算的管理和进展至关重要。如果没有合适的人员来操作量子计算中使用的不同技术，很可能会进一步推迟其商业化进程。

07

前进的道路方向：量子计算的商业应用

“请选择你认为受量子计算影响最大的前三个行业”（n=174）

考虑向量子计算发展的企业有局限性，研究表明，许多企业都处于“分裂”状态。事实上，44%的人认为当前可用的软件和工具不够先进，无法在量子上交付真实世界的应用程序，而44%的人则认为它们足够先进。商业领袖强调了一系列问题，这些问题被认为会影响软件和工具的效用。其中包括：

• 成本效益
• 硬件问题
• 投资
• 人才

在本次调查中探讨的中心主题涉及量子产业的技术进步与最终用户的野心和计划之间的分歧，当被问及他们是否认为当前关于量子计算的讨论夸大了其现实能力时，人们的反应好坏参半：超过一半（56%）的商业领袖不同意过度销售。对于一项早期技术来说，这显然是一种强烈且不断增长的信念，即当前关于量子及其所有潜力的讨论还没有走得太远。事实上，客户已经做好了准备，并在慢慢地规划整个经济体的数量。根据调查结果，最适合转型的3个行业是医疗保健（58%）、网络安全（58%）和金融（55%）。

1）医疗保健，包括药物发现和药物研究

医疗保健部门一直在与时间作斗争。传统计算往往难以跟上现代医疗保健的需求，研究新疗法的跑道很长，而且无法大规模分析患者数据以实现快速和个性化的护理。凭借量子计算的巨大处理能力，该领域可以改变检测和诊断，推动新药的开发，并彻底改变生物医学成像。

美国生物技术公司Biogen正在试验量子技术来增强神经系统疾病的治疗。量子优化、采样和机器学习算法可用于加速药物发现。Boehringer Ingelheim是Google Quantum AI过去三年的合作伙伴，是另一家开创量子计算加速和优化医疗保健行业的制药公司；他们的目标是在未来提供创新和尖端的新药。

2）网络安全

量子计算对网络安全的影响已经被广泛讨论。理论上，与经典计算相比，它在处理能力上的提升将允许传统加密算法被打破。这源于依赖于解决复杂数学问题的传统密码学；一个传统计算机需要数年才能解决的障碍，一台足够强大的量子计算机只需要几分钟或几个小时。

为了解决这个问题，企业正在寻找新的方法。科技公司思科（Cisco）是探索量子密钥分发潜在解决方案的领导者之一，思科甚至有自己的研发团队在试点量子计算；不良行为者利用量子技术恶意获利的风险已引起多个部门的关注，特别是银行业。桑坦德银行（Banco Santander）有一个计划，调查量子计算对公钥密码造成的风险；在丹麦，丹斯克银行（Danske Bank）正在研究基于量子物理的超安全密码系统的开发；在加拿大，加拿大皇家银行有一个长期的网络安全实验室，为该公司开发网络安全用例。

3）金融

金融部门面临着一系列复杂的挑战，以满足现代经济的需求，其中许多挑战超出了经典计算的能力。为此，银行和更广泛的金融服务公司已经开始投资并确定量子的使用案例。

在英国，Natwest正与1QBit算法和Fujitsu Digital Annealer合作，推动该行1200亿英镑高质量流动资产（HQLA）投资组合的快速决策。在德国，安联（Allianz）正在测试量子计算在期权估值和量化运营风险方面的应用：该行业与量子公司之间也有大量不断增长的伙伴关系；2022年3月，汇丰宣布与IBM进行为期三年的合作，探索如何将量子计算机用于定价和投资组合优化，实现净零目标，并识别和解决欺诈活动。

数字转型领域的全球领导者Atos也宣布了其生命科学卓越中心：该中心拥有量子、高性能计算和人工智能等前沿技术，并由Atos在这些领域的产品、服务和专业知识提供支持；Atos专家与基因组和生物数据研究科学家直接合作，帮助推动生命科学的发现和创新。

尽管人们对量子计算的未来充满了乐观和雄心，但企业对当今技术的看法却很清楚：今天的重点是构建特定应用程序的用例；甚至，33%的企业认为量子计算只会实现特定应用的有用性。

应用特定的量子处理器的一个例子是IQM的纳米级核磁共振的共同设计量子模拟。在最近的一篇论文中，IQM团队证明了一个有噪声的中等规模量子计算机可以用来模拟和预测纳米级核磁共振。

多少（百分比）的受访者同意以下说法？（n=174）

建造能够执行任何日常功能的“通用”量子计算机的想法很有希望，但对这一群体来说，这些长期目标并不是当务之急。但就像任何颠覆性技术一样，也有说“不”的人。就量子而言，企业并没有完全拒绝量子计算的价值：10%的受访者认为量子计算永远不会在日常使用中发挥作用。

而其他受访者显然认为量子计算的实现是“何时”而不是“如果”的问题。

63%的人认为商业化的量子计算将在5年后进入市场；90%的人认为，到2030年，他们公司的运营将被量子计算所改变，83%的人预测商业化的量子计算将在10年后进入市场。对量子计算商业化时间表的不同看法可能会影响企业当前的量子投资及其迈向量子就绪的速度。值得注意的是，如果将商业化的量子计算定义为赢得大型合作伙伴关系和咨询合同（通常是在政府的支持下），那么它已经在发生。另一方面，如果指的是与许多垂直行业相关并产生数十亿美元的成熟企业用例，那就是需要取得更多进展的地方。

类似于围绕CQO和CIO领导职位及其角色的统计数据，这些统计数据表明，公司对量子计算的实施速度有不同的想法。然而，绝大多数受访者认为，在5到10年内，商业化的量子计算将冲击市场并改变我们的世界。

08

Lakestar对量子软件难题的看法

Stephen Nundy，Lakestar合伙人兼首席技术官

毫无疑问，量子的硬件方面已经得到了大量关注和投资。事实上，自2018年以来，量子投资的73%都在硬件初创公司。作为一个多阶段的泛欧洲投资者，Lakestar拥有强大、广泛的软件公司组合。因此，Lakestar表示，量子软件公司目前是这一新兴计算范式的重点领域。

“我们从根本上认为，为了让量子在短期和长期内充分发挥其潜力，我们必须鼓励对量子软件的投资和实验，以使其能够尽早被采用，这对已经开发的现有平台和技术来说是一种天然的增长。”

1）量子现状

尽管大多数基于量子的解决方案可能还需要几年的时间，但早期的用例正在出现，并且已经在今天发生，并且已经比传统方法更有效。虽然这些可能不一定是标题上的“步骤变化”或10倍优势，但它们确实提供了初步的验证迹象：随着量子技术的不断成熟，量子技术已经显示出优于现有方法的明显优势，这将最终根据所涉业务价值增强当今的商业模式。

量子技术在优化、模拟和机器学习领域提供了潜在的解决方案，非常适合于药物发现、新电池、密码学、新材料等复杂的建模问题。

用例1：大众集团的工作流调度优化

确定装配线上的最佳任务流程，例如质量检查和喷漆车间优化，对于最大化机器和资源的生产力和效用非常重要。然而，这是一个经典的棘手问题，它具有高维、非线性和复杂的约束条件。有了大众汽车，Terra Quantum能够使用其混合量子算法来优化这一过程，超越了一流的经典解决方案，为各行各业的工业公司打开了一个全新的机会之窗。

用例2：大众集团增强的图像识别

图像识别是机器学习的主要用例之一。然而，必须考虑的大量参数意味着计算时间长且昂贵。通过Terra Quantum的混合量子机器学习和黑箱优化，图像识别能够在预期的运行时间内响应搜索空间大小的增长。最终，这导致了图像识别任务的训练得到了改进，同时使用了更小的数据集。

用例3：大型全球银行的抵押品优化

对全球金融机构来说，优化抵押品是一项巨大且极具挑战性的任务，全球市场上有约19万亿美元的抵押品。优化这些义务的问题具有巨大的复杂性，客户需要从数千种资产的组合中进行选择以满足这些义务，每种资产都属于不同的质量标准。

对于一家拥有近5000亿欧元抵押品的大型全球银行而言，Terra Quantum的混合量子解决方案与现有最佳经典解决方案相比，能够获得高达6个基点（bps）的融资效率。当适用于所有债务时，这将产生超过2亿欧元的潜在损益影响。还有其他新兴的使用案例，涉及物流优化、飞行计划等。

2）将量子集成纳入主流

为了使这些受量子启发的用例成为可能并加速，必须考虑整个软件堆栈，而不仅仅是硬件，因为工程团队希望将量子无缝集成到现有平台中。

这是堆栈产品化的一个巨大机会，特别是对于那些抽象了门逻辑的复杂性，转而专注于与当今现有软件堆栈一致的功能和过程，同时提供与当今计算范式的兼容性的软件公司。例如，API风格的量子产品将为用户提供对量子驱动解决方案的API访问，而用户甚至不必知道它是量子驱动的，也不需要自己成为量子工程师。

Lakestar表示，我们从根本上相信，量子技术将被引入其他主流技术，先于团队完全本土化。

3）面向企业的全方位云

历史告诉工程师们，不要参与单一的硬件游戏，因此工程师们有一种与生俱来的愿望，就是能够更换硬件，以解决当前的问题，并围绕愿意为性能付费的价格点进行调整。

Lakestar的观点是：量子不会有什么不同。随着团队对这些第一批量子应用进行实验，他们将希望编写量子代码，当其上线时，可以在无数新生硬件上运行（例如超导、捕获离子等），这一点尤为重要，因为第一批可用硬件不一定是长期的最佳选择。

此外，随着本地量子硬件技术的开发，混合云解决方案将是关键。这允许混合量子软件应用程序在经典或量子硬件的组合上执行，根据运行时的需求和技术可用性，使用“模拟量子比特”或“物理量子比特”。

量子云平台，如Lakestar投资组合中的另一家公司QMware，正在为多混合（公共或私有）云访问构建这个软件堆栈，在这个工程师可以不知道硬件的世界里。

开放式量子体系结构可以集成新的量子硬件，并随着硬件的成熟而扩展计算性能，从而在新颖的共享内存结构中为用户提供最新和最高性能的计算能力，包括经典和基于量子的计算，同时还具有与他们选择的硬件供应商合作的灵活性。

私有云实现使QMware的客户还可以获得其他好处，如高可用性、无排队时间，以及利用多达40个模拟无错误量子位的无限数量用户。这些私人集装箱按照最高安全标准设置，受到欧洲GDPR安全指南的保护，并在GAIA-X兼容环境中实施。

09

结论与展望

这份报告明确了一点：量子计算正在成为世界各地商业领袖日益增长的现实；随着量子领域的投资全面增加，现在行业客户生态系统正在蓬勃发展。

企业正在采取措施调查这项技术的机会，支持它在未来十年内通过大量投资实现商业化。现在，企业需要在未来十年乃至更长的时间内正确实施这一战略。随着董事会考虑到量子计算的多重机会，许多人将开始转向专门的量子领导职位。

事实上，64%的受访商业领袖表示，CQO将变得与CIO几乎同等重要。这种专注的领导将使企业处于强有力的地位，以应对投资和技术采用放缓的一些挑战。

量子领域的技能危机仍然是行业的一个主要问题：76%的受访者认为技能危机正在导致创新减速。

现在，量子产业需要确保该技术满足行业客户日益增长的兴趣和投资。虽然行业客户正在优先考虑软件开发投资（66%），但与此同时，客户报告称，量子硬件目前对他们的运营来说是不可持续的，并且仅仅为了运行就占用了大量预算。

解决这些问题需要重新关注开发和推进全栈量子技术。

报告原文：

https://meetiqm.com/uploads/documents/State-of-Quantum-2022-report.pdf

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