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IDC报告：2027年，全球量子计算市场增至76亿美元
光子盒研究院
2023年8月，在最新报告《2023-2027 年全球量子计算预测：冲浪下一波量子创新浪潮》中，IDC预测，全球量子计算技术（包括硬件、软件和即服务解决方案）的支出将从2022年的11亿美元增长到2027年的76亿美元，五年复合年增长率(2022-2027年)为48.1%。
推动这一增长的因素是人们期望量子计算能够提供所需的计算能力，从而彻底改变企业解决当今一些最复杂科学问题的能力。例如，通过使用这项技术，工程师将能够模拟自然过程，从而产生设计更安全、更节能的电池、汽车、电子产品等所需的新材料。科学家们将能够开发出能够治疗不治之症的个性化药物，并找到应对气候变化的可能解决方案。
其他组织和企业将能够解决复杂的代数问题，从而推动量子机器学习(ML)和人工智能的发展。然而，当今的量子计算技术还远未成熟。要解决这些问题和其他难以解决的问题，需要大量高质量的量子比特，这些量子比特可以进行扩展，同时仍具有高保真性能。由于当今量子比特技术的不稳定性，当今的含噪声的中等规模量子(NISQ)系统只适用于小规模实验。然而，由于公共和私人资助机构、全球政府支出、技术和服务供应商的内部分配（研发支出）以及风险资本家和私募股权公司的外部资助，为量子计算的发展和进步投入了大量资金，量子时代正在迅速到来。
IDC预计，到2027年底，全球对量子计算市场的投资将增长到164亿美元。这些投资已经带来了一波又一波的技术创新和突破，使量子系统的开发成为可能，企业可以利用这些系统进行小规模实验、确定用例并学习如何对量子算法进行编程。最近发布的有关量子硬件和软件以及错误缓解和抑制方面的进展公告让人们猜测，能够在短期内提供量子优势的量子系统可能会在未来五年内实现，尽管规模仍然较小。最终，对量子计算的持续投资有望导致容错量子机器的实现，从而能够解决日益增多的复杂用例。
但何时实现以及采用哪种量子模式仍不确定。然而，量子硬件供应商意识到，随着这些进展的取得，量子计算必须能够为希望现在就开始尝试这项技术的最终用户所接触和使用。在过去的一年里，以前无法获取的量子计算量子模式已经可以供最终用户实验使用；其他量子硬件供应商宣布与企业内部量子部署合作；量子软件供应商开始为非量子专家推出软件产品。此外，量子硬件和软件供应商宣布预计将推出新的科学加速器平台，这将有助于量子、人工智能和高性能计算的整合。所有这些产品都是通过量子计算基础设施即服务(QCIaaS)、量子计算平台即服务(QCPaaS)和量子计算软件即服务(QCSaaS)提供的，这些产品分别由量子硬件、云服务提供商和软件厂商提供，旨在为最终用户提供量子计算系统实验所需的工具和资源。
鉴于量子技术的发展现状，IDC仍然认为，所谓的“容错量子计算机竞赛”不会产生一个赢家，而是会产生几个赢家，为特定行业解决特定类型的问题提供独特的解决方案。从长远来看，随着时间的推移，量子计算的发展将使更多企业能够解决更复杂的问题。在短期内，企业应考虑尝试各种量子计算技术，以确定哪家供应商和哪种模式最适合自己的量子需求。
量子计算是一个新兴市场，由多家致力于开发量子计算系统的老牌IT公司和初创公司组成。然而，其中许多公司仍处于量子研究和开发的发展阶段：因此要么尚未发布可供企业和组织访问并用于量子实验的量子计算系统，要么仅提供了其量子系统的开源访问权限，以便量子开发人员可以利用该技术进行实验，从而推进量子计算研究。
此外，虽然所有量子硬件开发者的技术都基于量子比特的量子特性，但并非所有量子硬件开发者都以同样的方式利用或开发量子比特的量子特性。IDC将重点关注那些已经发展到供应商阶段，并且能够为有意使用电路（基于门电路）量子计算系统识别量子用例、开发量子算法等的企业和组织提供优质服务的量子计算硬件开发商。这些优质服务可包括云端或企业内部访问电路（基于门电路）量子计算硬件、软件和量子实验所需的其他工具，以及访问量子专业服务，从而为量子之旅提供帮助。研究中的量子硬件供应商采用了以下纳入标准：
- 截至2022年1月1日，量子硬件供应商必须已经开发出量子计算系统，并正在通过内部部署或供应商的QCIaaS产品或云服务提供商的QCPaaS产品以溢价收费的方式提供量子计算系统的访问。
- 供应商的主要核心量子计算系统必须可作为高级服务供企业使用，以尝试量子计算用例和应用。
- 供应商必须是电路（基于门）量子计算系统的主要开发商，该系统可通过公司的高级计划访问。
IDC选择排除那些提供对其他量子硬件供应商开发的量子计算系统的访问权限，但不开发和提供对自己的量子计算系统的访问权限的云服务供应商，因为本次评估专门针对量子硬件供应商。IDC选择排除正在开发非电路（基于门）系统的量子硬件供应商，以确保比较的是相同类型的技术，以及该技术的用途。
通过供应商在网络资格调查中提供的回复、面对面或虚拟讨论以及公开信息，尽一切努力将所有符合纳入标准的量子硬件供应商纳入其中。此外，所有纳入本研究的量子硬件供应商都有机会通过深入访谈、网络调查和客户反馈查询（即访谈和调查）提供有关其优质服务的详细信息。
在2023年全球量子计算系统IDC MarketScape中，IDC将IBM定位为“领导者”类别。
作为量子计算领域的先驱，IBM于1970年2月开始了量子计算之旅，当时Charles H. Bennet在出版物《量子信息科学》(Quantum Information Science)中创造了量子信息一词。在过去的五十年里，IBM在量子研究领域进行了持续的投资，特别是全栈超导量子计算机的研究和设计。然而，IBM量子公司的量子计算战略不仅是为了开发全栈量子系统，也是为了推动整个量子生态系统的发展，打造一条通往“量子优势”的道路——这条道路的定义是：将有趣的问题映射到量子电路的能力，以及在量子硬件上更快地运行量子电路的能力。因此，IBM Quantum正致力于通过企业采用和战略合作伙伴关系，使其量子技术得到广泛的应用和使用。
2016年5月，IBM Quantum向IBM云发布了IBM 5量子比特系统，迈出了推动量子计算行业发展的第一步。这标志着量子硬件供应商首次将量子计算系统提供给公众实验。
在发布该系统的同时，还推出了Qiskit。Qiskit是一个开源、不依赖硬件的软件开发工具包，允许开发人员编写可在量子计算机或量子模拟器上运行的量子程序，目前已被大多数量子硬件和软件供应商以及量子云服务提供商广泛采用。使用Qiskit，开发人员可以访问一个电路库，其中包括一套全面的量子门和预构建电路，以及一个转译器，该转译器使用后端的原生门集将Qiskit代码转换为优化电路。
2017年，IBM发布了面向客户的IBM量子网络(IBM Quantum Network)，开始定义其基于商业的方法，这是一种优质的量子计算即服务(QCaaS)产品，可让财富 500 强企业、学术机构、政府实验室和初创企业获得成功进行量子实验所需的最新IBM量子技术和资源。目前，IBM量子网络由150多家财富500强企业、大学、实验室和初创企业组成。
IBM量子网络的会员资格包含在IBM Quantum的高级计划中，以订阅服务的形式提供给企业。该高级计划是IBM Quantum QCIaaS三大产品之一，可为企业提供IBM量子计算硬件和技术服务。详细内容包括：
- 现收现付计划：这种按比例缩减的产品非常适合仍处于量子之旅早期阶段、尚未准备好完全投入高级计划的企业和个人。通过“即用即付计划”，企业可根据需要访问IBM Quantum的27量子比特Falcon和127量子比特Eagle系统和模拟器，以及Qiskit Runtime，并只需支付量子资源专用于运行Qiskit程序的时间费用：费率为每秒1.60美元。
- 高级计划：通过此订购，IBM Quantum可让企业访问IBM最先进的系统，并提供更短的等待时间和亲身实践服务。可访问的系统包括模拟器、探索系统、27量子比特Falcon系统、127量子比特Eagle系统和433量子比特Osprey系统。此外，企业还可以使用Qiskit Runtime大规模创建和执行量子程序，获得实践支持和培训，并通过加入IBM Quantum Network（IBM量子网络）获得量子专家的支持。
- 量子加速器：量子加速器被认为是IBM Quantum为企业提供的最具包容性的高级订阅，这种全方位服务包括高级计划的所有功能，但采用了更加个性化的方法，包括支持计划和由IBM量子专家准备的个性化量子准备路线图。通过量子加速器计划，企业可望建立自己的基础技能和对量子的理解，并确定潜在量子价值的关键领域。
为了进一步发展量子产业和生态系统，IBM量子公司在全球建立了36个量子创新中心(QIC)。IBM 量子创新中心为50多家行业合作伙伴提供领先的量子计算服务，支持最终用户的量子研发，并促进量子人才的教育和发展。IBM QIC包括7个全球计算中心，每个中心都拥有或即将拥有一个专用的IBM量子一号系统；超过25个量子中心，IBM Quantum通过这些中心为全球合作伙伴提供间接支持；以及4个大学联盟。
通过IBM Quantum的努力，最终用户和IBM Quantum Network可以从特定的量子硬件供应商处获得规模最大的量子系统之一（总共超过20个），用于实验目的。这些系统规模不等，包括27量子比特的 Falcon（2019年）、65 量子比特的Hummingbird（2020年）、127量子比特的 Eagle（2021年）和433量子比特的Osprey（2022年）等处理器。IBM的实践之路还促成了抽象工具的发布，最终用户可以利用这些工具简化估算和整合量子与经典资源的过程，以解决在量子系统上运行的问题。这些执行工具的例子包括IBM Quantum的量子无服务器和电路编织工具箱。
IBM Quantum的下一步是什么？随着IBM Quantum继续集中精力打造量子优势之路，企业可以期待量子技术的不断推出。在2022年11月发布的最新IBM量子发展路线图中，IBM宣布计划通过开发模块化系统来实现大规模量子计算机，这些系统使用经典和量子通信来连接较小尺寸的量子处理单元(QPU)。
这些模块化系统将包括IBM的量子系统二号（将于2023 年在线发布）、IBM 1,386量子比特的Flamingo处理器（2024年）和IBM 4,158量子比特的Kookaburra处理器（2025年）。此外，2023年5月，IBM Quantum宣布与东京大学和芝加哥大学合作，耗资1亿美元，作为到2033年实现10万量子比特超级计算机的下一步。
IBM Quantum还将继续发展量子生态系统。从2024年开始，IBM和西班牙巴斯克科学基金会Fundacion Ikerbasque计划通过部署在IBM-Euskadi量子计算中心的127量子比特IBM Quantum System One提供Qiskit Runtime服务。此外，IBM量子公司还计划在2024年期间，通过与总部位于魁北克的PINQ2、延世大学（位于韩国首尔）和伦斯勒理工学院（位于纽约特洛伊）合作，开设更多的IBM量子计算中心。目前，IBM量子计算中心分别位于纽约约克镇（2019年）、德国埃宁根弗劳恩霍夫研究所、日本新川崎东京大学（2021年）和克利夫兰诊所。
尽管量子计算仍处于早期发展阶段，但这项技术有望成为行业颠覆者，为多个行业带来竞争优势：但这只适用于那些已经做好量子准备的企业。尽管由于作为量子系统基石的量子比特的脆弱性，当今的量子硬件供应商在提供可扩展到实现近期或长期优势所需的大量量子比特的系统方面面临挑战，但企业不应在开始其量子之旅方面受到阻碍或延误。以下是企业在开始量子之旅之前和期间应该考虑的一些步骤：
- 任命量子拥护者和量子研究团队：对量子计算感兴趣但不知从何入手的企业，应考虑任命一位量子计算倡导者和量子计算研究团队，为量子之旅提供指导。这支专职团队的主要职责是通过培训和其他教育机会提高量子意识。利用这些知识，量子冠军和研究小组不仅能够教育组织内的其他人，还能利用他们的量子知识帮助确定是否可以通过使用量子计算来解决最复杂的问题，从而最好地实现组织目标和优先事项。
- 成为量子生态系统的积极参与者：量子冠军和量子研究团队开始与行业合作伙伴和其他已经加入量子生态系统的人员建立关系。作为量子生态系统的积极成员，量子冠军和研究小组可以开始从行业合作伙伴那里获得有关量子采用和实施、挑战和其他有价值信息的见解，从而在量子之旅的各个阶段为企业提供更好的信息。
- 让量子计算路线图铺平道路：在考虑量子计算硬件供应商时，企业应评估多家量子硬件供应商的量子计算发展路线图。企业应将量子计算路线图视为可用于指导其量子计算计划的工具。量子计算发展路线图中包含的信息越详细，企业就越有信心相信量子硬件供应商能够满足其当前和未来的量子计算需求。此外，量子计算发展路线图还有助于减少技术买家在采用量子技术时的犹豫不决，因为他们认为量子计算投资是一场赌博，因为缺乏可用的技能组合，而且不确定何时以及如何实现量子优势。
- 建立有价值的合作伙伴关系：与量子硬件供应商建立有价值的合作伙伴关系是量子之旅取得成功的关键。量子硬件供应商在提供量子技术的同时，还能提供有价值的知识，如哪些组织用例最适合在量子上运行，如何对算法进行编程以获得最优化的结果，以及提供量子与领域知识之间的结合，这将有助于将量子硬件与正确的用例结合起来。
- 利用各种量子计算技术对各种潜在用例进行实验：由于量子计算仍处于早期发展阶段，该技术仍存在许多未知因素。例如，某些量子计算模式是否更适合解决某些问题？量子优势将在何时首次实现，由哪种类型的量子模式实现，以及用于何种用例。面对如此多的未知因素，企业必须尽可能做好准备。对几种用例进行试验将使企业有机会评估如何最好地利用量子技术来获得近期和长期价值。试验不同类型的量子模式将使企业能够比较多个系统的性能，以确定哪个系统最适合其量子需求。
- 将量子计算视为性能密集型环境的一个连续体量子计算不是一项独立的技术。相反，量子计算将作为混合量子计算环境的一部分发挥作用，在这种环境中，量子计算可以用来增强高性能密集型计算（如高性能计算和人工智能）所获得的结果。这可以通过解决超出经典计算技术范围的部分性能密集型工作负载、加速计算、重申经典计算系统产生的结果等方式实现。不过，将量子计算整合到性能密集型环境中需要规划和时间。企业现在就应开始为此做准备。
尽管与量子计算发展相关的问题错综复杂，但量子时代正在以超出人们预期的速度逼近。虽然离商业化还很遥远，但量子硬件供应商正在不断宣布量子计算硬件的开发进展。希望利用量子计算获得竞争优势的企业需要在今天进行实验，以便在明天做好量子准备。
参考链接：[1]https://www.idc.com/research/viewtoc.jsp?containerId=US49198322[2]https://finance.yahoo.com/news/idc-forecasts-worldwide-quantum-computing-155400205.html[3]https://www.businesswire.com/news/home/20230817474770/en/IDC-Forecasts-Worldwide-Quantum-Computing-Market-to-Grow-to-7.6-Billion-in-2027
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