量子霸權與量子計算：美中的發展態勢 (下)

量子計算企業

加拿大Dwave係統公司是全球成立最早的量子計算機企業，量子計算領域的領頭羊。2011年5月11日，D-Wave發布全球第一台商用量子退火機D-Wave One(下圖10 FOSSBYTE)，使用128量子位以解決最優化問題。是目前為止最成功的量子計算商業化企業，已經出售多台量子退火機（每台售價1000-1500萬美元），具有千萬美元級客戶群。D-Wave公司的5000比特的量子退火機，已成功售給洛斯阿拉莫斯實驗室。它在美國宇航局已經有了一個1000比特的係統。D-Wave聲稱，汽車製造商大眾汽車(Volkswagen)利用其量子計算機，根據10000輛汽車的數據，找出如何最好地控製北京的出租車車隊，但描述這一實驗的研究論文並沒有很好地解釋所提出的解決方案如何優於目前用於優化交通流的算法。

美國Google2019年 10 月推出的 53 位量子比特芯片 Sycamore 運行隨機電路取樣，僅用 20s 時間即完成了結果，實現了“量子優越性”。2020 年 3 月，穀歌推出了 TensorFlow Quantum 量子機器學習算法開發平台，助力於未來全球量子算法的發展。擁有世界上最強大的數據中心，搜索引擎積累了海量數據以供量子機器學習算法運行。

Honeywell2020年6月霍尼韋爾以64量子體積奪得世界最強性能量子計算機桂冠(下圖11 TECHSPOT)。其技術路徑為離子阱方向。在離子阱方向具有領先地位(另一領先者為IonQ)，而離子阱技術路徑相較超導可能更具長遠的未來前景(讀寫效率高、相幹時間長、所需溫度環境更寬容)。其芯片與競品相比，具備中途改變計算的功能。具有完善的產業鏈布局和深厚的工業界經驗，在量子計算的產業應用中具有顯著優勢。

IBM2020年8月推出IBM Montreal27比特量子計算機(下圖 Medium)，有高達64量子體積的綜合性能。全球有超過100家組織、160個國家、超20萬名用戶使用IBM的量子計算服務。其B端客戶包括達美航空、戴姆勒、摩根大通、高盛等，G端客戶包括洛斯阿拉莫斯國家實驗室等。發起量子計算聯盟Q Network，包含大量軟件公司為其硬件賦能，世界首台商用量子(量子糾纏) 計算機的發布者，豐富的人才培養與供給渠道：與高校合作開展大量Qiskit在線課程。

Intel英特爾研發出49比特超導量子芯片Tangle Lake和半導量子芯片。量子位控製能力突出，高溫控製超越IBM和穀歌，成功控製“高溫”1開的量子位。是半導體領域霸主，擅長矽芯片技術。基於英特爾 22 納米 FinFET 技術， Horse Ridge量子控製芯片的製造便是在英特爾內部完成，在設計、測試和優化量子計算機的能力超強。

IonQ 2018 年 12 月推出 79 位離子阱量子計算機(下圖 TECHSPOT)，並對水分子進行了模擬，其結果要好於目前大部分超導量子計算機。投資機構包括洛克希德·馬丁、三星、空客、穀歌、亞馬遜等。

PsiQuantum係全球融資規模最大的量子計算初創企業，微軟提供雄厚資金。

Rigetti全美唯一量子硬件快速原型設計廠，截至2020年8月，融資總規模2.69億美元，最新一輪的融資是2020年8月的C+輪。

中國大陸本源量子公司開發出大陸玄微S2-200半導2比特芯片、誇父C6-130超導6比特芯片、6比特量子芯片組裝而成的量子計算機“悟源” (下圖 SOHU)、量子測控一體機(大陸首個量子計算控製係統)。2020年9月上線的自有本源超導量子計算雲平台(半導+超導+200位模擬器)。開源量子開發包Qpanda、Qrunes語言、量子虛擬機、ChemiQ量子化學軟件。本源量子公司依托於中科院量子信息重點實驗室，由量子計算行業領軍人物郭光燦院士、郭國平教授引領，近日，在知識產權產業媒體IPRdaily與incoPat創新指數研究中心發布的全球量子計算技術發明專利排行榜中，本源量子以77項專利排名第7，前6位為IBM、D-Wave、Google、Microsoft、Northrop Grumman、Intel。

奧地利Alpine Quantum Technologies包括20比特離子阱量子計算機、提供自有量子雲平台以及IBM雲服務。其B端客戶包括德國HQS公司等，G端客戶包括因斯布魯克大學、奧地利政府等。

大陸從事量子科技研發前沿的院校公司

阿裏巴巴達摩院量子實驗室量子實驗室，負責人為前密歇根大學教授施堯耘(下圖1 知乎)，團隊包括匈牙利裔計算機科學家馬裏奧塞格德(MarioSzegedy)，與中科大、浙江大學、中科院物理所等合作，於2017年研製的量子電路模擬器“太章” (下圖2 新浪科技), 在全球率先成功模擬了81比特40層為基準的穀歌隨機量子電路。技術路徑為光學方向，有10位邏輯比特的光量子計算機

騰訊量子實驗室，牛津大學量子計算博士葛淩(下圖16 騰訊科技), 為騰訊歐洲首席代表，團隊成員有香港中文大學著名量子理論計算機科學家張勝譽教授(下圖16 雷鋒網)。騰訊“ABC2.0”計劃(AI，RoBotics，Quantum  Computing) 專注於量子AI、藥物研發和科學計算平台(SimHub) 等應用領域方麵的研究。

百度量子研究所由悉尼科技大學量子軟件和信息中心創辦主任段潤堯教授(下圖1 清華大學)任所長, 重點進行量子算法、量子AI應用以及量子架構這三個方向的研發，開發量子計算平台最終以雲計算的方式輸出量子計算的能力。2019開發者大會上，百度發布了高性能的量子脈衝計算係統“量脈”。2020年5月，百度發布了國內首個量子機器學習開發工具“量槳(Paddle Quantum) (下圖2 雷鋒網)，國內首個雲原生量子計算平台“量易伏”，實現了量子計算和雲計算的深度融合。

華為數據中心技術實驗室有原南方科技大學量子計算研究所副所長的翁文康(下圖 量子客) 擔任首席科學家。主要研究方向包括量子計算物理與操控、量子軟件，量子算法與應用等。現有華為量子計算模擬器HiQ3.0雲服務平台。其單台昆侖量子計算模擬一體機可實現全振幅模擬40量子比特、單振福模擬最大144量子比特(22層)的性能表現。

中國科大由奧地利維也納大學實驗物理博士、發展中國家科學院院士，奧地利科學院外籍院士、中科院院士潘建偉(下圖中 USTC) 教授領銜，包括2021年度“蘭道爾—本內特量子計算獎”(Rolf Landauer and Charles H. Bennett Award in Quantum Computing) 得主、劍橋大學博士陸朝陽(下圖左 USTC) 教授, 德國海德堡大學博士、2013年獲歐洲物理學會菲涅爾獎、國際純粹與應用物理聯合會原子分子物理分會青年科學家獎得主、美國光學學會會士陳宇翱(下圖右 USTC) 教授的團隊。2016年建成千公裏光纖量子通信骨幹網工程“京滬幹線”，2019年，中國科大研製出24個超導量子比特處理器，2020年12月研製成功76個光子的量子計算原型機。

清華大學交叉信息研究院2017年量子信息中心副教授金奇奐(下圖 創新人才)帶領離子阱量子計算研究組實現了擁有超過10分鍾相幹時間的單量子比特儲存，成果已在《自然—光子學》上發表。同年，清華大學發布國際首個核磁共振量子計算雲平台。2018年4月，清華大學交叉信息研究院段路明教授研究組在《科學》期刊子刊《科學·發展》上發表了題為“25個可獨立操控的量子接口之間糾纏的實驗實現”的研究論文。同年，丘成桐數學科學中心助理教授金龍與 Semyon Dyatlov 教授合作論文《雙曲曲麵上半經典測度具有全支集 (Semiclassical measures on hyperbolic surface have full support) 在國際頂尖數學期刊《Acta Mathematica》(《數學學報》)上在線發表,對於理解量子混沌係統具有重要的意義。金奇奐研究組2020年1月11日《自然·通訊》在線刊發文，宣布首次在離子阱係統中實現了超過一個小時的單量子比特相幹時間，刷新了此前660秒的紀錄。

量子計算應用

1. 醫學分子模擬——ProteinQurey與阿斯利康2020年7月9日宣布，合作利用量子算法+機器學習化學分子模擬、組合優化的方法，研發基於蛋白質組合模型的多肽類藥物並且構建應用於治療的肽庫。預計將克服傳統計算難以覆蓋多肽變異數量過多的難題，提煉和驗證數百萬種治療候選藥物，發揮多肽類藥物對某些疾病靶標的獨特效力。

2.  分子模擬——埃森哲+1QBit+Biogen：2017年6月宣布，將通過采用混合量子計算方法並加權不同的分子變量進行比較，從而提高分子比較模型的保真度。由於量子計算方法能比任何現有方法更準確地比較分子結構並獲得更多信息，Biogen便可以據此減少篩選適用於藥物分子的成本。

3.  分子模擬——華為2019年9月發布量子化學應用雲服務HiQ 2.0模擬器，作為國內首個一站式量子化學應用雲服務，已成功模擬乙烯(C2H4)、氨氣(NH3)、甲矽烷(SiH4)等分子基態能量。

4. 分子模擬——奧地利Alpine Quantum Technologies(AQT)+德國HQS Quantum Simulations2020年4月宣布戰略合作,將通過雲端量子化學軟件，可望在量子計算機和經典計算機上有效地模擬分子和材料的化學過程。

5. 金融衍生品定價——Xanadu+加拿大BMO金融集團&豐業銀行2019年8月宣布，已成功利用量子蒙特卡羅算法，完成百倍級實時定價，提高衍生品定價的處理速度和準確性(經預測，運行完整的量子蒙特卡羅將提速達數百到數千倍)

6. 風險分析——IBM+西班牙CaixaBank：2019年完成量子算法測試，2020年6月CaixaBank與IBM簽署合作協議。使用量子機器學習算法，基於實際數據評估了專為該項目創建的兩個投資組合(抵押投資組合和國庫券投資組合)的財務風險。預計將複雜的工作從幾天減少到隻有幾分鍾。

7. 衍生品定價——QC Ware+高盛：2019年12月宣布合作。利用量子計算加速蒙特卡羅算法，計算期權或授予個人以特定價格和時間購買基礎資產的權利的合同的理論價值。

8. 交通路線優化——D-Wave+穀歌+大眾汽車：2017年在北京成功展示一萬輛出租車無擁堵路線規劃，能以最快速度往返北京市區和機場，避免交通擁堵。2019在裏斯本成功展示量子路由算法和數據管理係統，通過雲端量子計算實時規劃9輛公交車最快行經路線。

9. 優化設計——D-Wave+洛克希德·馬丁：2011年11月啟動建立南加大-洛克希德·馬丁量子計算中心，以模擬先進戰機飛行姿態，改進軍用飛機設計模型。

10. 分子模擬、係統優化——<波音：將量子計算用於航空航天基礎材料科研，複雜係統優化，航天安全通信。

11．優化設計——空客：用以翼盒設計優化、計算流體動力學模擬、飛機爬升路線優化、飛機裝載優化。

參考資料

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