量子计算产业与商业化发展将进入关键期！中美欧量子计算产业优势与特点

2022年8月26日，波士顿咨询集团（BCG）发布报告《欧洲能在量子计算方面赶上中美吗？》（Can Europe Catch Up with the US and China in Quantum Computing?）。该报告指出，量子计算未来15至30年市场规模将达到4500亿至8500亿美元。量子计算创造的巨大价值促使各国竞相展开量子计算产业布局与技术研发。本文就此梳理了全球量子计算竞争情况、量子计算战略与策略、量子计算对网络安全构成的威胁及对策等。

01

量子计算产业现状

量子计算正在创造巨大价值。量子计算的巨大价值潜力已经深入各行各业，预计在未来15至30年可创造4500亿至8500亿美元市场价值，而在3至5年内，其价值可达50亿到100亿美元。量子计算系统目前的研究重点是复杂应用，如机器学习（1500亿至2200亿美元）、模拟（1600亿至3300亿美元）、优化(1000亿至2200亿美元)和密码学(400亿至800亿美元)。量子计算系统未来将能够处理多种计算问题。

图：量子计算将在多个行业和用例中创造价值

美国量子计算全面领先，特别是在私营初创企业方面。欧盟、中国、英国已获得了大量公共部门支持，并开始培养相关专业人才，都是美国的第二梯队挑战者。其中，欧盟是一个主要竞争者，但没有一个成员国家未来会成为量子计算竞赛的领跑者。加拿大和澳大利亚为量子计算竞赛中的中层竞争者。加拿大是私营初创企业投资量子计算的领跑者，与美国并驾齐驱。澳大利亚2021年发布了《国家研究基础设施(NRI)路线图》，将支持建设量子技术基础设施和培养量子计算领域人才。印度自2020年以来已投资超过12亿美元用于量子技术开发。以色列、日本、俄罗斯和瑞士等国家启动了量子计算项目，制定了雄心勃勃的目标，但在实施方面均稍显落后。

图：2022年量子计算国家排名

量子计算全球私营初创企业投资创新高。全球私营初创企业对量子计算投资创新高。2018年以来，英美合资初创公司PsiQuantum的13亿美元投资中，约四分之三用于硬件开发；2021年该公司筹集了4.5亿美元用于开发通用硅光子量子计算机。2021年全年，对量子计算公司股权的私营初创企业投资比2015年至2019年期间增加了近10倍。

图：量子计算投资加速

量子计算研究的产品转化。将量子研究转化为产品和服务，在其他行业产生价值，是量子计算系统发展的关键。

美国私营初创公司吸引了量子计算领域的大部分投资，占主导地位。美国正依靠其数字巨头推动技术发展。IBM公司2021年推出了127量子位微处理器，并计划2023年底开发出1000量子位芯片。

欧盟和加拿大在公司数量上与美国相当。

中国的量子计算专利数量自2000年以来位居世界第二，仅次于美国。同时，中国大型数字公司也集中发力量子计算领域，并保持良好的发展势头。腾讯建立了一个专门量子实验室，并于2020年宣布对该实验室计算基础设施投资超过700亿美元，主要用于开发量子技术。2018年，阿里巴巴开发出用于量子云计算的11量子位计算机。百度则提供了一个可用来建立量子应用的神经网络模型平台。

图：美国在量子计算领域拥有最多的私营初创企业投资和专利

02

量子计算战略与政策

各国加大量子计算发展战略与投资。中、美等国在过去几年里公布了各自的量子计算发展战略，并进行大量投资。

2018年12月，美国通过《国家量子计划法案》，计划投资超30亿美元。中国投资超100亿美元在合肥市建造了世界上最大的量子研究设施——量子信息科学国家实验室，在公共投资方面处于全球领先地位。其他国家正与量子计算领先者结成联盟，如2021年，澳大利亚、英国和美国签署AUKUS联盟，专注于新技术开发，分享在人工智能和量子计算等领域的技术进步成果。

欧盟试图在2021年为量子计算投资拨款65亿美元，是美国预算30亿美元的两倍多。欧盟虽然在量子计算公共投资方面走在前列，但其大部分财政支持都流向了学术机构和研究项目。

图：各国政府在量子计算领域投资排名(十亿美元)

创建量子计算发展路线图，以构建量子计算生态系统。除政府投资外，各国纷纷通过设定目标或创建路线图来实现量子计算能力提升，欧盟和美国均已制定计划引导其量子计算生态系统的发展。

美国在2018年《国家量子计划法案》中提出了“量子计算国家计划”，并提供协调美联邦机构工作框架。该法案允许美国建立新的量子研究中心，促进与日本等国际合作项目，并与谷歌等数字巨头建立合作关系。此外，美国正在创建研究中心等共享设施，并通过公共机构和与商业参与者合作开发量子计算用例。

欧盟于2018年注资10亿欧元启动“量子旗舰计划”，协调量子计算领域研究，创建行业利益相关者团体并开展教育试点。该计划已成为促进欧洲国家间合作的动态机制，可推动在欧洲创建一个强大的量子计算生态系统。

日本和以色列等其他数字强国提出了初步计划，但没有制定具体开发计划。

欧盟和美国在量子人才培养方面较为领先。具体措施包括如：鼓励顶尖大学关注量子计算，培育生态系统，以满足下一代量子计算商业人才需求。

欧盟最近通过几个试点项目对其人才培育生态系统进行了升级。例如，设立QTEdu开放硕士试点，帮助欧洲各地的学生从30多家教育机构的量子计算专业知识中受益。

美国与领先的数字公司建立国家Q-12教育合作关系，在初、高中创建教育内容并开展推广活动，拓宽社会获取量子计算知识的途径。

瑞士不仅设有量子计算的博士项目，还正加速建立相关专业的硕士项目。

澳大利亚政府支持建立悉尼量子学院，旨在培养量子计算人才系统。高校系统还为高中生提供量子理论暑期课程，资助本科生和博士生研究，并与IBM澳大利亚公司等合作创建实习计划促进就业。

图：欧盟在科学和教育能力方面仅次于美国

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量子计算技术与威胁

量子计算发展迅速，逐步走向成熟。2019年10月，美国谷歌量子计算机Sycamore在几分钟内解决了一个传统超级计算机需几千年才能解决的复杂问题。2021年7月，中国科学技术大学的量子计算机解决了一个比谷歌解决的问题还要难三个数量级的问题，同年9月，又将记录提高了三个数量级。2021年11月，美国量子经济发展联盟协助开发的新型错误抑制方法可将量子计算算法成功概率提高25倍；斯坦福大学公布了更简单的量子计算机设计。2022年6月，加拿大Xanadu公司推出了北极光（Borealis）量子设备，可在3600万分之一秒内完成超级计算机9000年才能完成的任务。量子计算技术迅速发展，逐步走向成熟。

量子计算对网络安全构成巨大威胁。黑客利用量子计算将能破译RSA密码系统生成的公钥，突破所有传统加密设备或系统的安全性，将广泛影响到个人、机构、公司和政府；个人金融数据、军事、医院、电信互联网、能源以及金融网络等成为易于攻击的目标。→量子威胁临近！如何保护政府及产业信息系统安全？美国后量子密码过渡政策技术最新进展

量子密码术和通信是应对这一威胁的可能对策。政府须提高量子计算能力，否则将无法保护自己或应对量子黑客攻击。新型网络和协议将通过启用量子密钥分发来保护企业和政府。→美国后量子密码标准化已进入第四轮!《MIT量子黑客威胁评估报告》→美国发布“后量子密码过渡”路线图

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评析

在量子计算领域，美国是领跑者，中、美、欧盟各有优势。报告分析了中国、美国、欧盟、英、澳大利亚、日本、以色列等在量子计算领域取得较大进展的国家，比较了各自的优势和不足。研究认为，美国目前是量子计算领跑者，中国、英国和欧盟是追赶者。欧盟是公共投资的领导者之一，并采取了稳健计划，如欧盟量子旗舰计划。美国在赢得专利、成立创业公司和投资方面领先，中国紧随其后。中、美、欧盟在培养人才方面均处于世界领先地位。

当前，量子计算技术仍处于基础研发阶段，但其未来应用潜力蕴藏着巨大的商业市场。量子计算技术所具有的潜在颠覆性能力引起了美国、欧盟等高度重视，他们将量子技术上升到国家战略高度，通过部署一系列研究计划和发展举措夺取未来量子计算全球领导权。各国具体的量子计算计划为各自国家战略提供了切入点。未来几年将是量子计算技术进步、商业化水平提升、产业合作格局进一步完善的重要阶段。培育良好的量子计算生态系统，增强科技研发能力，加强创新实力，推进量子商业化发展模式，夺取未来量子计算制高点，已成为全球大国竞争的关键点。

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转自丨学术plus

作者丨 皓月，文文子

编辑丨郑实

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