收藏！2023 H1 全球量子计算产业链图谱

光子盒研究院

2023年伊始，量子产业的上升趋势愈发明显：商业进展、科技突破、学术会议、政治政策等正推动量子科技长居热门话题榜榜首。

年中之际，光子盒团队特整理、编绘了上半年的全球量子产业链图谱，一览量子计算领域的国际竞争与发展。

后台回复“23H1企业版图”，获得高清版图谱。

1981 年，物理学家、工程师和 IT 界有远见的人士（包括一位诺贝尔奖获得者）在波士顿郊外一座城堡式的宅邸召开会议，评估量子力学对未来技术的可能性，自那时起，研究人员就开始研究量子计算。

也是从那时起，研究人员开发出了首批量子计算机模型，并进军大型量子计算机器领域。

1981 年 5 月 6 日至 8 日，IBM 和麻省理工学院在麻省理工学院 Endicott House 举行了“计算物理学会议”，部分杰出与会者出席了会议——它被认为是量子计算历史上的一个开创性时刻。

现在，量子计算行业已经走过了第一阶段，包括谷歌、微软、IBM、英特尔和霍尼韦尔在内的国际巨头公司正在投资进一步开发用于工业目的的量子计算机。

事实上，今天的专家认为，凭借其广泛的应用和变革潜力，量子计算正在引领下一场技术革命。

如今，我们在日常生活和工作中非常依赖的数字设备，智能手机、平板电脑、笔记本电脑、健身追踪器等都使用传统的计算技术。传统计算机依靠一系列数学方程，利用电脉冲将信息编码成由 1 和 0 组成的二进制系统。这些信息通过称为“比特”的定量测量进行传输。

与传统计算不同，量子计算依靠的是量子理论原理，它涉及原子和亚原子尺度上的物质和能量原理。有了量子计算，方程不再局限于 1 和 0，而是可以传输粒子同时处于 1 和 0 两种状态的信息。

量子计算测量的是电子或光子。这些亚原子粒子被称为量子比特。计算活动中使用的量子比特越多，计算能力就会呈指数级增长。量子计算有可能在几分钟内解决传统计算机需要数万年才能解决的方程式。

IBM 的超导量子比特需要在“超级冰箱”中冷藏。

量子计算具有在瞬间处理海量信息和传输多维信息的卓越能力，为技术发展提供了巨大潜力。从制造业、人工智能到网络安全，量子计算都将对它们的发展轨迹产生影响。

对于金融机构来说，可以利用量子计算的力量，通过高速金融建模来制作复杂的交易模拟，从而进行市场预测。金融机构可以利用量子计算提高安全性，增强欺诈检测能力，并进行深入的风险分析。

不久之后，我们将开始看到金融机构利用量子计算机为客户开发高度先进、精简的投资组合。许多业内人士都相信，在量子计算的配合下，我们将看到金融科技的发展和传统实体金融机构的技术演进。

解决金融问题的量子算法

制药行业也在采用量子计算机，因为研究人员可以利用量子计算模拟分子相互作用，从而快速开发出新药。利用量子计算进行密集的 DNA 研究，可能会使医疗服务提供者有能力提供针对特定基因的治疗方法。

在工程、航空航天和军事发展领域，研究人员和设计师可以利用量子计算机制造出更时尚、更高效的飞机模型。利用量子计算，空中交通管制和交通协调系统可能会变得更加安全。军事情报也能从量子计算的巨大威力中获益。

此外，量子计算还可用于加强网络安全和情报收集，提供更强大的数据加密服务和高级入侵检测系统。量子计算将有助于大数据搜索过程，以及人工智能和机器学习的快速发展。

量子计算甚至可能彻底改变我们的国内能源，提供基于核聚变过程的电能。

就像许多具有历史意义的技术（类似人工智能）进步一样，量子计算并不是以完全可预测、高效的方式从构想变为现实的。

从威斯纳到有足够多的人认真对待这个话题，以至于激发了“计算物理学”会议的召开，这中间经历了 11 年的时间。1984 年，Bennett和蒙特利尔大学的Gilles Brassard发表了关于量子密码学的重要研究成果——BB84协议；20 世纪 90 年代，科学家们意识到量子计算机有可能比其经典替代物的速度快上数倍。

1994年，贝尔实验室的Peter Shor提出一种量子算法，可以利用量子计算机自身固有的并行运算能力，在可以企及的时间内，将一个大的整数分解为若干质数之乘积：据美国国家科学、工程和医学院2018年发表的量子计算报告预测，运行Shor算法的量子计算机将能够在一天内破解RSA 1024位加密。

这对于国际竞争来说意义非凡：如果在战争中，敌方拥有量子计算机的话，破解我方通信将变得轻而易举，这太可怕了！虽然通用的量子计算机目前尚未开发出来，但防患于未然还是有必要的，这就是如今各个大国大公司都在研究量子通信技术的原因。

1996年，贝尔实验室的Lov Grover提出了Grover量子搜索算法，该算法被公认为继Shor算法后的第二大算法。Grover算法的作用是从大量未分类的个体中，快速寻找出某个特定的个体。

如今，Shor算法和Grover算法，已经成为构造其他量子算法的重要基础。终极目标是制造一台优于传统计算机的通用量子计算机，其能够运用Shor算法对大数进行因式分解，运用Grover算法执行数据库检索，以及运行专门的量子计算机应用程序。

从此，量子计算的发展开始进入新的时代。

许多量子系统都被设想为量子计算机的基础架构，例如偏振光子、腔量子电动力学、离子阱以及核磁共振等等。当前，考虑到系统可扩展性和操控精度等因素，离子阱与超导系统走在了前面。

离子阱是最早尝试实现量子计算的物理体系，它本身的原理也很简单，就是利用电荷与磁场间所产生的交互作用力来约束带电粒子，使其行为得到控制。

美国对于离子阱技术投入了很多关注，不能不提到的就是马里兰大学。马里兰大学量子计算的核心人物Chris Monroe是离子阱量子计算机路线的忠实探索者，还在2016年与Jungsang Kim一起组建了量子计算公司IonQ。

2018年12月11日，IonQ公布了两个新型离子阱量子计算机，它具有160个存储量子比特和79个量子比特；2023年5月，IonQ宣布，其量子计算机IonQ Aria 系列的最新旗舰量子系统，正式在AWS量子计算云平台 Amazon Braket 上线，其算法量子比特（#AQ ，评估量子计算系统性能的指标）高达25，是当前世界上最强大的商用量子计算机之一。

另一大离子阱量子计算巨头、霍尼韦尔的子公司Quantinuum也在2023年5月推出了第二代量子计算机H2，并利用它创造了一种寻找已久的神秘粒子——非阿贝尔任意子，迈出了构建容错量子计算机的关键一步。

尽管离子阱方案技术上较为成熟，但可扩展性有限，限制了它向实用化量子计算机的发展。

目前已知的可扩展性最好的方案是超导技术。所谓超导，是指当温度降低到一定程度，某些材料会出现零电阻和完全抗磁性的现象。从2014年开始，美国企业界开始关注超导量比特的研究：IBM、谷歌等科技巨头纷纷在这一技术路线实现了诸多突破；在国内，阿里巴巴投资了潘建伟的团队，在中国科技大学上海研究院成立了中科院—阿里巴巴量子计算联合实验室，把超导方案作为重心来支持。

目前，潘建伟团队在光量子方案上处于领先地位。该方案利用的是单光子做量子比特，通过复杂光路系统来计算。如果光子不被吸收和散射，它的相干性就一直能保持，因此它的相干时间可以用现有的光学元件做到很长。但光量子方案的可扩展性受到光子线宽和集成光路等技术的限制。

如今，技术路线仍未收敛，量子产业正“百花齐放”。

截至2023年6月，光子盒整理的全球量子计算产业链图谱。

据公开资料统计，截至2023年6月，全球共有130家量子计算上游赋能技术的企业，其中北美和亚太的企业数量占比较高，分别为41家和28家，占总数的53.1%。欧洲的企业数量为59家，占总数的45.4%。

全球共有158家量子计算中游整机公司，其中硬件整机公司有74家，占46.8%；配套软件公司有84家，占53.2%。从地区分布来看，北美占35.4%，欧洲占30.4%，亚太占26.6%，其它地区占1.3%。

与上一版量子企业版图相比，量子产业上游新增19家公司logo、中游新增13家公司logo；新增企业大多集中在低温领域、以欧洲（法国）公司为主。

美国仍然在硬件整机公司和配套软件公司都占据绝对优势：拥有19家硬件整机公司和25家配套软件公司，分别占全球的25.7%和29.8%。并且美国的中游整机公司涵盖了绝大部分的技术路线，包括超导、离子阱、光子、中性原子、半导体、拓扑等，形成了多元化和竞争性的市场格局。

中国也是硬件整机公司和配套软件公司都占据相对优势的地区，拥有15家硬件整机公司和7家配套软件公司，分别占全球的20.3%和8.3%；涵盖了超导、离子阱、光子、中性原子等主要技术路线。

显而易见，中国在量子计算领域的追赶能力和发展能力正位于第一梯队，其主要优势为拥有庞大的市场以及相对完整的产业链。

量子技术将改变我们的整个数字世界，投资者们也注意到了这一点。从 2015 年到 2020 年，量子计算领域的风险投资增长了 500%。

此外，量子计算本身在发展过程中也面临许多挑战。与传统计算一样，量子计算需要人工反复检查，以确保发现并纠正任何错误。这可能是一项既费钱又费时的工作，特别是考虑到当今量子计算机的敏感性：它们受到噪声的影响，正确校准往往具有挑战性。

振动（包括声音引起的振动）、温度和其他环境因素都会影响量子计算机的校准，从而导致计算错误。与为传统计算机提供动力的比特不同，量子比特具有敏感性和临时性，因此很难从一开始就构建一台功能完善的量子计算机。目前，由于缺乏量子比特，开发人员无法制造出他们想要的高功能量子计算机；迄今为止，研究人员一次最多只能制造400余量子比特。

虽然量子计算仍处于发展阶段，但各行各业的企业很快就会看到计算能力的巨大转变，这将产生一系列影响。安全、制造、产品开发、医疗保健、金融、航空航天工程等领域都将受到量子计算革命性潜力的影响。

其他领域也在密切关注量子计算的发展。白宫已经表示，如果先进的量子加密技术落入不法分子之手，将成为事关国家安全的重大问题。此外，由量子计算驱动的人工智能可能会产生意想不到的结果。所有这些因素也将影响企业，因为它们要学会适应量子计算带来的积极和消极后果。

为迎接这一巨大的技术变革，我们应评估网络安全基础设施，投资于人才培训，准备重新投资于新的网络安全保护措施，并开始规划如何整合量子计算所带来的巨大可能性。

光子盒相信，量子产业将持续发展；我们也将紧跟时代脉搏，带来更多有力度、有锐度、有厚度、有温度的新声音。

参考链接：

[1]https://www.fastcompany.com/90633843/1981-quantum-computing-conference-ibm-roadmap-mit?partner=rss&utm_source=rss&utm_medium=feed&utm_campaign=rss+fastcompany&utm_content=rss

[2]https://www.fastcompany.com/90925065/heres-what-quantum-computing-is-and-how-its-going-to-impact-the-future-of-work-according-to-a-software-engineer

[3]https://www.nature.com/articles/s42254-023-00603-1

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