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全球量子計算布局詳解,誰將搶占下一代科技發展“制高點”?

2020-08-20 來源:中國企業網責任編輯:中國企業網 瀏覽數:1653 中國企業網_中國企業全球門戶網站

核心提示:隨著新興技術的不斷發展,以量子計算機為代表的量子技術正在不斷帶來創新。從網絡安全到金融、醫藥以及先進制造等行業,在量子技術的加持下,將發生顛覆性的變化。以氣候變化為例,由于傳統計算機的計算模式正趨向瓶

 隨著新興技術的不斷發展,以量子計算機為代表的量子技術正在不斷帶來創新。從網絡安全到金融、醫藥以及先進制造等行業,在量子技術的加持下,將發生顛覆性的變化。

以氣候變化為例,由于傳統計算機的計算模式正趨向瓶頸,而氣候系統極具復雜性且具有海量數據,所以導致傳統計算機在百分百模擬地球氣候變化方面面臨著困難與壓力。但對量子計算機而言,在其先進的處理能力下,可以將氣候變量考慮在內,創建數據驅動的模型,以幫助預測天氣變化并為自然災害做好準備。

除了對產業的進步帶來的影響,站在國家安全的角度來看,掌握了這些先進技術,就意味著在產業競爭力與國家網絡安全方面占據了優勢。于是,在這種情況下,各國開始不遺余力地發展量子技術,紛紛將量子計算納入國家戰略。可以說,“未來,量子計算可能顛覆世界”已經成為了全球共識。

各國相繼出臺量子信息國家戰略, 搶占下一輪科技發展的“制高點”

盡管現在量子技術還處于初期發展階段,但為了搶占未來的科技高地,包括美國、加拿大、德國、英國等國家在內的經濟體都在不遺余力地發展量子技術。從整體上看,由于早期的投入,美國在該領域占據著先發優勢。2002 年,當時美國國防部高級研究計劃局制定了《量子信息科學和技術發展規劃》,對量子計算發展的主要階段與時間表進行了規劃,將量子信息納入國家戰略,這成為了美國在該領域極具發展優勢的重要原因。

面對量子信息對未來世界各個產業格局可能帶來的影響,各國相繼出臺相關國家戰略,加入量子競賽的角逐。

圖 | 各國關于量子計算的部分政策(來源:CB Insights China 根據公開資料做不完全統計)

德國

2020 年 7 月,德國聯邦教育與研究部部長卡利切克(Anja Karliczek)表示,德國將于 2021 年擁有首臺量子計算機。6 月初,德國政府加碼投資 20 億歐元發展量子技術,希望在擔任歐盟輪值主席國期間,把量子計算機相關議題納入未來歐盟的科研框架,進一步推動歐洲在這一關鍵技術上加速發展。

此前,2019 年 8 月,在德國總理默克爾(Angela Dorothea Merkel)的支持下,美國 IBM 公司與德國弗勞恩霍夫協會(Fraunhofer Society)宣布發起德國量子計劃。IBM 將在德國斯圖加特附近的 IBM 計算機中心內安裝一臺 IBM Q System One 量子計算機,并與弗勞恩霍夫協會合作,建立歐洲量子計算研究的主要樞紐。其中,德國政府將為此投入 6.5 億歐元,幫助完成量子技術從基礎究走向市場應用的過渡。

法國

法國已將量子計算視為“主要關注領域”,其量子技術國家戰略計劃提出, 2021 年起法國國家研究局(ANR)的“量子技術中心”實施 AAPR 專項,每年超 1000 萬歐元,并在巴黎、薩克雷和格勒三個城市和地區創建三個“樞紐中心”,以支持涉及量子通信專家、網絡安全專家和電信設備制造商的 QKD 技術的研究。

2020 年 1 月,法國國會議員 Paula Forteza 向國會提交了一份長達 68 頁的議案,呼吁制定法國的量子技術國家戰略,建議五年內投資 14 億歐元,支持量子技術發展,如發起 20 個技術項目,年度預算不少于 1000 萬歐元;到 2024 年,法國境內創建 50 家量子初創公司;建立 3 億至 5 億歐元的后期投資基金等。

英國

2013年,時任英國財政大臣 George Osborne 發起了 2.7 億英鎊的英國國家量子技術計劃(National Quantum Technologies Programme),該計劃在牛津大學、伯明翰大學、約克大學和格拉斯哥大學建立了四個量子技術中心。2015年,發布了《量子技術國家戰略》和《英國量子技術路線圖》,將量子技術發展提升至影響未來國家創新力和國際競爭力的重要戰略地位。

隨后,2016 年 12 月,英國政府科學辦公室發布量子技術報告《量子技術:時代機會》,提出建立一個政府、產業、學界之間的量子技術共同體,幫助英國在未來的量子技術市場中搶占先機。

圖 |《量子技術:時代機會》報告(來源:NQIT)

2019 年 6 月,時任英國首相特雷莎·瑪麗·梅(Theresa Mary May) 宣布將大力投資量子計算的發展,政府將投資 1.53 億英鎊用于發展量子計算,而全球公司承諾在英國投資超過 10 億英鎊,總投資超過 12 億英鎊。

荷蘭

對于量子技術,荷蘭計劃在未來 10 年內向 QuTech 投資 1.35 億歐元,QuTech 是由荷蘭臺夫特理工大學(TU Delft)與荷蘭應用科學研究組織(Netherlands Organization for Applied Scientific Research,TNO)共同成立的一家量子技術研究所,旨在加速全棧量子計算系統的研發。

2020 年 4 月,荷蘭部長 Ingrid van Engelshoven 和歐盟事務專員 Mariya Gabriel 共同推出了歐洲第一個公共量子計算平臺——Quantum Inspire。據悉,該平臺主要側重于教育、培訓以及應用程序的開發,可以讓所有人都能訪問世界上第一個使用由可伸縮“自旋量子比特”(Spin Qubits)制成的量子處理器。

俄羅斯

2019 年 12 月,俄羅斯副總理馬克西姆·阿基莫夫(Maxim Akimov)提出國家量子行動計劃,計劃 5 年內投資約 7.9 億美元打造一臺實用的量子計算機,并希望在實用量子技術領域趕上其他國家。此前,2018 年,俄羅斯前景研究基金科技委員會批準于 2018-2021 年在俄羅斯發展量子計算機的項目,該項目將分階段逐步實施,其中,莫斯科大學已正在前景研究基金的支持下啟動項目“實體”部分的研制。

另外,俄羅斯鐵路公司計劃在 2024 年前部署 10000 公里的量子網絡,計劃投資總額為 247 億盧布(約 23 億人民幣)。目前,俄羅斯國家運營商 Rostelecom 在該項目的框架下部署了光纖線路。

韓國

韓國于 2014 年發布《量子信息通信中長期推進戰略》,希望在 2020 年成為全球量子通信領先國家。

2019 年 1 月,韓國科學和信息通信技術部(MSIT)宣布,其量子計算技術開發項目與 2019 年的下一代信息計算技術開發項目已經完成并準備啟動。并將在未來五年內,將投入 445 億韓元(約 4000 萬美元)用于開發量子計算機硬件、量子計算新構架、量子算法、基礎設施等核心技術。其中 2019 年,會投入 60 億韓元(約 540 萬美元)。通過量子計算關鍵技術的發展,政府計劃到 2023 年完成實用五量子比特(量子比特信息單元)量子計算機系統的演示,其可靠性超過 90%。

另外,韓國的研究計劃將確保量子計算的核心技術并建立一個國內研究生態系統。

日本

2013 年,日本成立量子信息和通信研究促進會以及量子科學技術研究開發機構,計劃未來 10 年投入 400 億日元(約 3.77 億美元)在量子信息技術的研發。

2019 年  11 月,日本政府規劃了以量子技術研究開發戰略為支柱的路線圖,其中,關于性能優于超級計算機的量子計算機,計劃在 10 年后開發出計算的基本單位(量子位)數量達到 100 個的機型。

同時,為了推動量子技術的發展,日本政府計劃在 2020 年成立負責整體管理與協調的主管機構,在 8 個領域建立核心研發基地,并在 5 年內不斷完善量子計算研發體系。

美國

除 2002 年美國國防部高級研究計劃局(DARPA )制定的《量子信息科學與技術規劃》外,2008 年,DARPA 斥巨資啟動名為“微型曼哈頓計劃”的半導體量子芯片研究計劃,將量子計算研究列為與原子彈研制同等重要的高度。2018 年 6 月,美國眾議院科學委員會高票通過《國家量子倡議法案》,計劃在 10 年內撥給能源部、國家標準與技術研究所和國家科學基金 12.75 億美元,推動量子科學發展。

2018 年 12 月,美國總統特朗普簽署了美國國會提交的《國家量子計劃法案》,落實“國家量子計劃”正式成為美國法律,為美國加速量子科技的研發與應用,奪取戰略性領先優勢提供了立法保障。

2020 年 4 月,根據美國最新國會審議的預算,特朗普政府將 2021 年科研經費整體削減了近 10%,但量子信息科學的開支卻增加約 20% 至 2.37 億美元,其中,能源部要求 2500 萬美元來加速量子互聯網的發展。如果獲得國會批準,將為推動量子互聯網發展提供重要資金基礎。

中國

在中國,量子技術被視為國家戰略性產業,其發展受到了國家戰略、技術、產業、工程建設等多個方面政策的支持,出現在了《十三五國民經濟和社會發展規劃》、《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》等重要的國家規劃中。

此外,中國先后推出“自然科學基金”、“863”計劃和重大專項等來支持量子信息的研究和應用。2018 年 5 月的兩院院士大會上, 習近平強調“以人工智能、量子信息、移動通信、物聯網、區塊鏈為代表的新一代信息技術加速突破應用”,量子信息的戰略地位得到進一步肯定。

量子爭位賽中的企業版圖

10 年前,量子計算技術還處于萌芽狀態,如今它正走在邁向商業化的路上。在這個過程中,無論是科技巨頭還是初創新貴,都在不斷投入資金、人力等資源進行探索。從目前的市場格局來看,科技巨頭已提前拿到入場券,再加上正在展露頭角的初創企業,可以說,量子計算的生態系統在不斷完善。

布局中的科技巨頭

全球范圍內,正在布局量子計算的科技巨頭,主要集中在美國、日本和中國三個國家。

日本方面,該國在量子計算的基礎研究方面處于領先地位,比如電信巨頭 NTT 自 1960 年代起就已展開關于光技術的研究,并于 2019 年 11 月宣布與美國國家航空航天局(NASA)以及斯坦福大學等多個單位展開合作,研發光通信技術的新型量子計算機。而電子制造商 NEC 約在 20 年前就成功驗證了谷歌方式的原理,不過在商業化方面落后于人。另外,日本最大的 IT 服務商富士通(Fujitsu)從“類量子運算”入手,開發出模擬量子計算的“數字退火”(Digital Annealing)技術芯片與服務器,以商用為前提,為企業做好準備。

在中國,BAT(百度、阿里巴巴和騰訊)以及華為是量子計算領域的領軍企業。阿里巴巴旗下阿里云部門在 2015 年 7 月與中國科學院在上海建立了阿里巴巴量子計算實驗室,主要研究量子計算在各個領域的應用;2018 年 2 月,阿里云推出具有 11 個量子位的云量子計算服務。百度在量子計算的布局始于 2018 年成立量子計算研究所,隨后在 2019 年的百度 AI 開發者大會公開課上,發布了量子脈沖云計算系統“量脈”(Quanlse),能將量子計算軟件指令轉換成控制量子硬件的脈沖序列,是實現量子軟硬件連接的關鍵橋梁。

2017 年初,牛津大學量子物理博士葛凌(Ling Ge)教授以騰訊歐洲首席代表身份加入騰訊,是騰訊布局量子計算的開始。2018 年 1 月,香港中文大學著名量子理論計算機科學家張勝譽教授加入并搭建騰訊量子實驗室,同年,騰訊提出了“ABC2.0”技術布局(AI、RoBotics、Quantum Computing)。

而量子計算作為華為中央研究院數據中心實驗室的重要研究領域之一,主要研究方向包括了量子計算物理與操控、量子軟件,量子算法與應用等。在 HUAWEI ConNECT 2018 上,華為首次正式對外公布了其量子計算模擬器 HiQ 1.0 云服務平臺,搭載量子線路模擬器;2019 年更是推出了量子計算云服務 2.0,新增業界領先的量子化學模擬平臺 HiQ Fermion 和量子調控模塊 HiQ Pulse。此外,有消息稱華為目前已經和多個量子計算研究團隊建立了戰略合作關系。

正在崛起的新興企業

雖然從目前的情況看,科技巨頭手握量子計算的入場券,但是新興企業在投資機構的支持下,正在不斷崛起。從融資的角度看,融資額最高的前 10 家量子計算初創企業分別來自美國、加拿大、澳大利亞、日本和英國。

圖 | 歷史融資總額最高的 10 家量子計算初創公司(來源:CB Insights;CB Insights China 整理)

在排名中,名列前三的公司情況如下。

總部位于加利福尼亞州帕洛阿爾托市(Palo Alto)的 PsiQuantum 是一家成立 5 年的量子計算初創公司,旨在使用傳統的硅芯片來制造商用量子計算機。根據該公司的聲明,其技術將可以把 100 萬個量子比特串在一起,并從中提取出 100 到 300 個糾錯量子比特。2020 年 4 月,PsiQuantum 籌集了 2.15 億美元的資金,加速量子計算設備的研發。

成立于 1999 年的 D-Wave 是加拿大一家量子計算公司,于 2011 年推出第一臺商用量子計算機,通過“量子退火”(Quantum Annealing)技術讓每個量子位和附近的量子位相互糾纏。該公司是目前唯一正式出貨量子計算機的公司。此前,谷歌開始進行量子計算研究時,使用的便是 D-Wave 的量子計算機。

成立于 2013 年的 Rigetti Computing 于 2020 年 3 月完成 7100 萬美元的最新融資。作為嘗試將量子計算商業化的初創公司之一,Rigetti 在最近的對外聲明中稱將發布 128-Qubit 的超導量子計算機。為了發力量子計算的研究,去年 7 月,該公司收購了量子計算和數據分析軟件初創公司 QxBranch 來建立其全棧戰略,提高其量子算法、解決方案及服務的提供能力。

事實上,除美國、加拿大、澳大利亞、日本和英國外,在將量子計算納入國家發展政策的其他國家中,也不乏優秀的初創公司的出現。比如荷蘭的 Delft Circuits、德國的 JoS Quantum、法國的 Ato、中國的本源量子等。

總結

隨著人類對微觀粒子系統的觀測和調控技術的不斷突破,這使得從量子觀察到量子調控成為了可能,同時也為即將爆發的第二次量子科技革命奠定了基礎。在各國的不斷出臺相關政策并不斷提供資金以大力推進量子技術發展,以及科技巨頭與新興企業不斷加碼投資,創新技術的情況下,誰將在引領前沿,獲得話語權,值得期待。
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