量子计算-寒冬已逝，“量子春天”正来

最近，全球对量子技术领域的私人投资有所下降，引发了一些观点认为这个领域可能正逐渐衰退。

政治家、资助者和投资者并不总是以科学为关注焦点。然而，某些科技领域偶尔会成为热点，正如20世纪50年代核能技术的兴起，那时人们曾预测核能将变得极为廉价；随后，纳米技术和石墨烯也吸引了广泛关注。近年来，人工智能和量子技术成为热门话题。

量子技术已经从仅涉及半导体、量子点、电子显微镜和激光等“第一代”技术，发展到利用量子叠加、不确定性和纠缠等原理的“第二代”技术，或称为“量子2.0”技术。这些技术可能在计算、测量、传感、计时和成像等多个领域带来革命性的改变，从而影响工程、运输、导航、金融、国防和航空航天等多个行业。事实上，到2023年为止，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340亿美元，其中中国在资金实力方面领先。

然而，根据《2024年量子发展状况》报告的数据，量子技术领域的投资似乎出现了令人担忧的转变。这份报告是由位于芬兰的IQM量子计算机公司、风险投资机构OpenOcean、欧洲科技投资者Lakestar和The Quantum Insider（TQI）联合发布的。报告指出，自2022年达到高峰以来，全球对该领域的投资已下降50%。2022年全球量子技术投资高达22亿美元，而第二年则下降至12亿美元，其中美国的投资下降最为严重，降幅达80%，亚太地区减少17%，而欧洲、中东和非洲（EMEA）的投资略有增长，上升了3%。

私人公司在量子技术领域的现金投资总额从2022年的峰值急剧下降，但2023年的总额仍超过12亿美元

这一投资下滑导致一些评论家认为量子技术可能正在进入一个“量子寒冬”的阶段，尽管这种说法可能有些戏剧化。但这种现象也可能反映了投资者对新兴市场的更多关注，以及对量子计算实际应用仍需多年发展的认识。

需要注意的是，尽管量子技术备受关注，但在全球风险投资总资金中的占比还不到1%，说明这仍然是一个较为小众的领域。

尽管全球对量子技术的投资出现下降，但这并不一定意味着该领域的衰退。实际上，这种情况可以通过美国科技咨询公司Gartner的“炒作周期”（Gartner hype cycle）理论来解释。该理论由分析师杰基·芬恩（Jackie Fenn）于1995年提出，准确地描述了围绕某项技术的预期是如何随时间推移而发展的。在这个周期中，技术从“技术触发点”开始，吸引广泛关注并迅速进入“预期膨胀的顶峰”，此后随着现实挑战的暴露进入“幻灭的低谷”，最终通过“启蒙的斜坡”稳步恢复，达到“生产力的高原”，在这一阶段，企业对有效应用有了更清晰的认识。

Gartner的炒作周期描绘了任何新技术都会经历的五个主要阶段。截至2024年，量子技术的投资可能刚刚低于顶峰，但随着我们达到“生产力高原”（plateau of productivity），进一步下降的趋势最终会逆转

因此，当前量子技术领域的投资下降可能正是炒作周期中从高峰向低谷的自然过渡，这是市场调整的正常一环，不应被视为衰退的信号。在这个阶段，市场和技术都会逐步成熟，有望吸引更加精明的投资者，他们将侧重于技术和公司的真实潜力。

同时，尽管整体投资有所减少，但欧洲、中东和非洲地区的投资仍在增加，显示出全球范围内对量子技术的持续兴趣。报告指出，全球各地的量子研究中心正取得显著进展。例如，英国的国家量子计算中心就是一个典范，它致力于让英国企业在量子计算领域走在前列，这也是英国国家战略的重要组成部分。这些发展预示着，尽管短期内投资有所波动，量子技术领域的长期前景依然充满希望。

量子2.0技术中最引人瞩目的无疑是量子计算，它不仅占据了众多头条新闻，还激发了广泛的兴趣和热情。这种关注并不让人意外，特别是考虑到量子计算机潜在的巨大市场需求。根据Markets and Markets在去年的报告，预计到2028年，量子计算领域的市场价值将达到令人瞩目的44亿美元。

根据《2024年量子发展状况》报告，目前全球共有33个国家的政府在量子技术领域采取了举措（绿色），其中20多个国家制定了国家战略，并提供了大规模资金（红色）。报告估计，截止2024年年初，已经投入的公共资金高达500亿美元

市场对量子计算机的强烈需求，主要是出于对拥有高达10,000量子比特的大型机器的追求。这类设备预计将用于破解加密程度较低的存储数据。然而，颇具讽刺意味的是，这些数据可能已过时，其价值有限。尽管如此，如果功能强大的量子计算机成为现实，它们解密传统加密算法的能力可能会对互联网安全构成威胁，甚至可能破坏全球安全格局。

量子计算机虽然在量子比特数量上有所限制，但其应用潜力仍然广泛。多家公司在这个领域已经取得显著进展，其中表现突出的是ORCA Computing。该公司的首席执行官（Richard Murray）最近在接受《福布斯》采访时透露，公司已经销售了五套系统，其中四套已在全球三个不同的地区完成安装。

正如《福布斯》在一篇文章中提到的，当前面临的挑战是发现量子计算机的最佳应用场景。这并非易事，因为许多潜在客户在看到能解决实际问题的系统前，难以完全理解量子计算的潜在优势。显而易见的是，量子计算机在处理那些对经典计算机来说难以或无法解决的特定问题方面具有独特优势。

然而，实际上，目前只有少数知名量子算法能够执行某些任务时优于传统的物理学算法。其中最著名的包括1984年开发的BB84协议和1994年的肖尔算法，这两种算法都通过量子纠缠在特定任务上超越了经典方法。BB84协议是一种加密协议，用于确保双方或多方间的安全私密通信，被认为比传统方法更安全。肖尔算法则能以远超传统算法的速度计算大数的因子分解。

美国国家标准与技术研究院（NIST）预测，到2029年量子计算机可能破解如128位AES加密这样的现有公钥基础设施，这种加密技术目前用于保护互联网上的敏感信息。

尽管这些算法显示了量子计算的优势，但后续的优势量子算法开发并不多见。然而，研究人员并未放弃探索新的量子算法。

许多政府和组织，包括NIST在内，已经认识到这一挑战，并开始制定新的“后量子”加密标准以抵御量子计算机的攻击。即使攻击者拥有量子计算机，这些新标准也能提供安全保障。

在这个高风险、高回报的领域，竞争正变得激烈。据Moody透露，包括英国、德国、法国和荷兰在内的一些国家已宣布打算采用NIST批准的四种后量子密码学（PQC）解决方案，国际标准化组织（ISO）也计划将这些方案列入其标准清单。与此同时，许多与NIST合作的大公司也在积极准备采用这些新标准。

功能强大且具有高性价比的量子计算机在解决复杂的优化问题方面表现出色，这包括诸如调度、路由和物流等问题。这些问题的核心在于从无数可能性中寻找最佳方案，其中最知名的例子是“旅行推销员问题”，即找到一条最短的路径，让推销员至少访问每个城市一次并返回起点。专注于快递和物流的公司，如亚马逊、联邦快递和UPS，可能会对投入量子技术领域充满兴趣。

另一个值得关注的应用领域是模拟量子系统，这在传统计算机上极为困难。因此，量子计算机在量子化学领域表现得尤为理想，主要因为量子化学涉及对分子行为和化学反应的模拟。可以预见，对于那些致力于开发新药的制药公司、制造新型电池的制造商或者探索新材料的公司来说，量子计算机代表着一个巨大的潜在市场。

正如芬兰技术研究中心 (VTT) 的量子算法和软件团队负责人Ville Kotovirta所指出的，量子计算还可以应用于机器学习（ML）和人工智能（AI），这将影响几乎所有行业。量子计算机有可能通过提供更快速、更高效的优化程序，或者探索新的模型和框架，来改善机器学习算法——可能带来显著的提升。这有望成为一个巨大的新兴市场，但前提是量子技术领域能够生产出实用的大规模量子计算机，并开发出利用其独特能力的算法和应用程序。

实际上，在量子硬件方面，各种方法正在被探索和开发。谷歌、IBM、Orca、Rigetti和Universal Quantum等公司都在积极研发拥有更多量子比特的量子处理器。新型量子比特，如抗噪声和错误更强的拓扑量子比特，也在研究之中。然而，目前还不清楚这些新型量子比特是否会成为主流，或者超导量子比特、离子阱量子比特、硅量子比特或光学量子比特中哪一种会占据主导地位。

领先的量子技术路线及现阶段发展汇总

在开发各种硬件选择的同时，我们也需要为这些量子计算机开发相应的操作系统，并构建及测试适用的算法。事实上，在潜在客户能够完全领会量子计算机的成本效益之前，可能还需要数年甚至数十年的时间。当经典计算机足以应对当前的工作时，人们自然会质疑购买新的量子计算机的必要性。

尽管在构建量子计算机方面已经投入了大量资金，但在确保这些技术直接造福公众方面的关注却相对较少。不过，最近这种情况似乎开始转变。

最近，谷歌和XPrize基金会联合发起了一项总价值500万美元（约400万英镑）的竞赛，目的是鼓励开发量子计算机在现实世界中的实际应用，特别是那些可以促进社会福祉、加速实现联合国可持续发展目标的应用。这标志着业界开始更加重视量子计算技术对社会的积极影响，而不仅仅是其科技创新方面的潜能。

当然，市场上已经出现了量子计算机的一些早期应用，但这些机器的不确定性可能会一直存在，直到某个厂商开始销售配备了10,000量子比特或更多的可扩展且经济实惠的硬件平台。届时，量子计算领域才可能真正起飞，并且我们才能准确判定其实际应用价值。

在未来20年内，普通家庭是否能拥有自己的量子计算机还是一个悬而未决的问题。尽管物理学家对量子技术抱有深深的敬畏，但关于量子计算何时能达到其“生产力的顶峰”——即在实际应用中展现出其全部潜能的时刻，目前仍无法确切预测。

随着量子2.0技术的进步，领域如量子时钟、量子传感器和量子成像技术的应用潜力正日渐显现，特别是当这些技术在实验室外达到了一定的实用性标准后。在这一领域，伯明翰大学主导的英国量子技术中心（UK Quantum Technology Hub）在传感器和计时方面的成就居于世界前列，相关联的企业也表现出色。

量子传感公司Cerca Magnetics的可穿戴式脑磁图扫描仪

该公司还荣获了IOP量子商业与创新小组（qBIG）的首届大奖。他们已成功制造并在全球多地磁屏蔽室安装了一个便携式的3D打印头戴式扫描仪帽。该设备被宣称能以前所未有的精度测量人脑功能，最重要的是，它可以在病人移动的同时获取数据，而非要求病人静止不动地躺在大型扫描仪内。

另一家引人注目的量子传感企业是位于布里斯托的QLM公司。在爱丁堡公爵参加的IOP活动中，QLM展示了其最新研发的甲烷气体量子激光雷达相机。这款设备更小巧、更坚固、集成度更高，可用于检测甲烷泄漏，已在全球范围内进行客户试用。

量子2.0技术的另一大应用领域是量子重力传感，目标是开发出可以现场部署的设备。想象一下，如果能洞悉地下的情况，将对我们的日常生活产生何等影响——筑路工人无需为修补地下管道而大规模挖掘柏油路面，而是可以进行快速、有针对性的细致修补。

伯明翰大学的衍生公司Delta.g在2023年筹集了150万英镑，用于研发地下测绘用的量子重力传感器。该公司联合创始人兼首席执行官皮特·斯特林（Pete Stirling）表示，公司旨在缩小技术规模，以便将其应用于现实生活中，例如寻找隐藏的基础设施和进行维修工作。

斯特林说：“量子重力梯度仪在各个行业中都有广泛的应用前景，我们对于能够利用这项技术来节省成本、加速测绘工作并改善人们日常生活感到非常兴奋。想象一下，如果我们能拥有一个类似‘谷歌地图’的可缩放、可探索的数据库，将地下隐藏的管道、隧道和电缆全部一网打尽，那将是多么有用的工具。”

尽管风险投资资金有所减少，导致一些人担忧可能出现“量子寒冬”，但量子技术领域的发展依旧充满活力，日益成熟。因此，单纯关注资金数额可能并不是最恰当的方法。实际上，实地试验、产品或服务的收入等更传统的业绩指标，或许更能准确反映这一领域的发展现状。

步入2024年，量子市场正在逐步恢复活力。例如，“法国2030”计划的总投资高达580亿美元，中国电信以19亿元对国盾量子进行战略性投资，日本设定了至2050年的宏伟“登月计划”，英国政府投入了4500万英镑以支持量子领域的发展，而2024年中国的“两会”也重点关注了量子科技等未来产业的发展。

尽管量子计算机可能还需要数年时间才能发挥出全部潜力，但在诸如传感和计时等领域，一些更短期的应用已经逐渐成熟，且具有明确的终极目标。虽然到目前为止量子计算解决的问题还相对有限，但据国际数据公司（IDC）统计，即使在目前这种情况下，市场规模已经超过了10亿美元。这包括设备的开发、控制硬件的软件、云服务及应用程序开发等多个方面。

总的来说，量子计算作为物理学中最令人振奋的领域之一，其产品的商业化进程正在如火如荼地进行。

参考链接（上下滑动查看更多）：

[1]https://www.mckinsey.com/capabilities/mckinsey-digital/our-insights/tech-forward/is-winter-coming-quantum-computings-trajectory-in-the-years-ahead

[2]https://www.meetiqm.com/newsroom/press-releases/state-of-quantum-report-2024

[3]https://www.gartner.com/en/research/methodologies/gartner-hype-cycle

[4]https://physicsworld.com/a/when-will-quantum-computers-finally-break-into-the-market/

[5]https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/quantum-computing-market-144888301.html

[6]https://www.forbes.com/sites/trevorclawson/2024/02/09/changed-times-why-europes-quantum-startups-need-a-path-to-profit/?sh=122a480a1b29

[7]https://www.forbes.com/sites/trevorclawson/2022/11/14/into-the-unknown-for-quantum-computing-startups-the-challenge-is-finding-the-use-cases/?sh=19cdffad78ab

[8]https://www.allaboutcircuits.com/news/closer-look-at-ibms-heron-and-condor-quantum-processors/

[9]https://www.iop.org/about/awards/business-awards/2022-winners/cerca-magnetics

[10]https://qlmtec.com/news/post/?id=6488fad110d2be4862e662fd

[11]https://physicsworld.com/a/why-you-shouldnt-be-worried-about-talk-of-a-quantum-winter/

[12]https://blog.google/technology/research/google-gesda-and-xprize-launch-new-competition-in-quantum-applications/

[13]https://theconversation.com/how-long-before-quantum-computers-can-benefit-society-thats-googles-us-5-million-question-226257

[14]https://www.cio.com/article/2074464/think-you-can-ignore-quantum-computing-think-again.html