量子产业能否淘到一桶金？|光子|算法|量子产业|量子技术|量子计算机

量子市场是否即将迎来一个明媚的春天？这是一个复杂的问题，它涉及多个维度：

量子技术涵盖计算、通信、传感和计时，量子计算在模拟、优化和人工智能（AI）中发挥着关键作用。虽然研发工作和投资主要针对量子计算，但人们对量子网络和超灵敏传感器的兴趣也越来越大。

从全球量子技术市场来看，量子计算、量子通信和量子精密测量等领域正在迅速发展。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，预计市场规模将继续保持高速增长。特别是在量子密码市场方面，预计将有巨大的增长机会；同时，量子通信和量子测量市场也有望实现显著增长。

近年来，各国政府对量子科技的发展给予了高度重视和政策支持。例如，中国政府出台了多项政策鼓励量子通信行业的发展与创新。

尽管近期全球对量子技术领域的私人投资有所下降，但政府投资仍然稳健。全球多数领先国家都已制定量子战略，政府投资总额达到了相当可观的数额。

尽管量子市场发展潜力巨大，但仍面临一些挑战，如技术成熟度、市场接受度以及与传统技术的竞争等。

从以下两家权威市场研究机构对量子技术市场的分析预测，可以让我们嗅出这一新兴领域的一些端倪。

什么是量子计算机？

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。它利用量子物理特性进行计算，有可能超越现有计算机硬件或经典计算机的能力。理论上，它能够更快地解决现有问题，或者找到经典计算机在合理时间内根本无法解决的问题的解决方案。

更强大、更快的计算机，尤其是用于优化问题的计算机，有着广泛的应用。量子计算机被誉为有望解决气候变化、能源短缺和粮食危机、药物发现和癌症治疗等问题的工具。

尽管有一些是炒作，但量子计算确实有可能颠覆现有的计算生态系统，有助于解决复杂的模拟、优化和统计建模（预测）难题。不过，它不太可能取代许多通用问题（如文字处理和互联网浏览）的现有解决方案。

量子计算的用途

按行业划分，在一些领域中已经出现了追求量子计算的一些早期采用者，涵盖航空航天、汽车、化学/制药和金融。

量子计算的早期用例

在商业模式方面，长期看量子计算机与现有超级计算机相当。硬件提供商提供通过云访问的技术，硬件和云提供商收取一定比例的使用费。一些用户可能会购买硬件，但就像超级计算机一样，考虑到昂贵的价格且体积庞大、基础设施复杂，云访问模式可能会占主导地位。

量子计算机应用的商业模式

事实上，目前可用的硬件还处于非常早期的阶段，尚未表现出经典的性能。一些功能已经上云，用户可以购买访问权限，主要是帮助用户开发用例，以期改进硬件，并作为教育/研究工具。

值得一提的是，一些汽车制造商一直在追求电池化学的量子计算，迄今为止，该行业的主要应用包括电池化学、自主性、物流和流体动力学计算。针对电池化学应用的开发最为活跃，美国、德国和韩国汽车制造商都在投资。随着电动化需求的增长，电池化学开发的热度最高。这也得益于量子化学用于药物发现的互补技术发展，汽车行业正在利用大型制药公司开发的专有技术。

权威机构对市场的研判

Yole Group

Yole Group预计，量子技术市场规模将从2024年的8.38亿美元增长到2029年的18.32亿美元，复合年增长率为17%。量子计算将在2030年后占据主导地位，2034年飙升至33.24亿美元，主要由QaaS（量子即服务）推动。

技术上，未来可能有多种方法共存，一些量子位技术在继续争夺优势地位。每年都有新玩家出现，不久的将来将实现一些商业用例，以把握2030年23亿美元的市场机会。

量子计算机的不同架构

Yole Group光子与传感首席分析师Eric Mounier博士表示：“2029年量子计算硬件和QaaS将大幅增长，分别达到4.38亿美元和5.28亿美元。到2050年，全球量子计算市值将超过1000亿美元。

量子通信则由QKD（量子密钥分发）和QRNG（准随机数发生器）推动，预计2029年市场将为2.49亿美元。尽管量子传感处于小众地位，但它提供了各种参数的精确测量能力，预计市值将达到6.17亿美元。”

2024-2026-2029年量子技术预测

IDTechEx

IDTechEx预计，2024-2044年，随着时间推移，伴随不断发展的能力和云访问商业模式，量子计算总目标市场或转化为硬件销售。预计到2034年，整个硬件市场将增长到8亿美元，复合年增长率为30%。

这一增长将由制药、电池化学、多变量物流、车辆自主性、准确的资产定价、航空航天和金融机构的早期采用者推动，导致量子计算机在主机托管数据中心和私人网络中的安装增加。

涵盖每种方法的收入和交易量预测

竞争的量子计算技术

量子位是量子计算的基本单元，会以各种形式表现出来，包括原子，如捕获离子（IonQ、Quantinum、AQT等公司）、冷原子（Pasqal、Infleption、Atom Computing等），还有铷和铯以及超导体和光子（如PsiQ）。

事实上，量子计算机利用不同的量子位进行计算，每个量子位都有其优点和缺点。目前，没有一个量子位平台占据主导地位，这表明未来的系统可能会集成多种量子位。

首台超1000量子比特的量子计算机

量子模拟器是一种计算机模拟系统，可以模拟量子系统的行为，而量子退火器（计算机）旨在优化低能量状态。通用量子计算机通过量子门执行所有算法，但受限于量子噪声。具有未校正量子位的NISQ（中等规模噪声量子）器件管理的电路深度有限，但一些努力正在提升其性能。以逻辑量子位为特征的容错量子计算机将彻底改变计算方式。最终，NISQ器件有望在特定任务上超越超级计算机。

上述两家市场研究公司都认为，量子位技术具有多样性，不同方法之间存在着竞争。

IDTechEx认为，竞争的量子计算技术架构包括：超导、硅自旋、光子、捕获离子、中性原子、金刚石缺陷、拓扑量子位和退火。这些相互竞争的量子计算技术需要在量子位数、相干时间和保真度等关键基准方面加以比较，以评估整个计算机系统的可扩展性，包括量子位初始化、操作和读出的硬件需求。

Yole则认为，未来拥有众多物理量子位和100多个逻辑量子位的容错量子计算机将重新定义量子计算。量子加速器的功能类似于量子计算机，通过执行变分算法来补充超级计算机或HPC（高性能计算），其中经典部分（classical part）为量子加速器准备数据，有效充当HPC系统的加速器，并对量子算法的批量加载和多次执行进行紧密集成。

使用超导体作为量子位是最早商业化的量子计算方法之一，主要由IBM开发。这些组件在非常低的温度下工作，从本质上减少了噪声源。因此，其主要挑战之一是冷却基础设施的成本、空间和功率。

超导量子位结构

超导量子位可以使用与经典硅基硬件相同的微制造工艺制造。超导量子位的结构和电路设计各不相同，但大多数都基于谐振器或振荡器。

超导量子硬件路线图

全球量子物理研究已持续几十年，近年来出现了多家寻求将其技术商业化的初创企业，创造了一个推动创新的竞争环境，使量子计算产业进入了关键发展阶段。

主要量子硬件开发商的物理量子位路线图

一场超级马拉松

量子计算赛道是一场超级马拉松，而非短跑。2011年，该行业由老牌经典计算公司IBM主导，它希望将量子功能添加到其产品组合中。目前，量子生态系统正在通过研究项目合作、专利组合、初创公司创建和半导体供应商/设备制造商的参与逐步成熟和加强，但合作伙伴关系仍然非常重要，因为只有少数公司可以同时追求不同的量子位研发方法。

量子计算赛道的竞争

全球公共和私人对量子技术的投资很多，迄今为止有300亿美元（公共）加上40亿美元（私人）。当量子硬件计算准备就绪时，QaaS将快速增长。大多数投资（约75%）用于量子计算硬件，因为大规模投资是其发展所必需的；其余部分主要用于系统和应用软件。此外，一些公司正从私人融资转向IPO、并购和分拆创建。然而，首次IPO并不成功，因为量子技术预计不会有短期收入。