量子產業恰少年

程華秋子

現行最強大的超級計算機“富岳”（Fugaku）耗時1萬年的問題，量子計算機解決只需200秒。其超強算力，將重塑科技及產業未來。量子科技，已成為大國資本博弈的下一個角力場。

產業化潛力最大的量子通信、量子計算和量子測量領域，巨頭已悉數入場。中國量子產業的發展，以科研機構和高校為主導，中科大及其所在地安徽省力拔頭籌，成功打造“量子大道”，孵化了國盾量子、國儀量子、本源量子、問天量子等多家初創公司；安徽省首只量子科學產業發展基金，資金總規模100億元。美國則以20.49億美元的累計投資總額位居全球第一，初創企業噴涌而出。

量子計算，更是巨頭必爭之地。谷歌的懸鈴木和中科大的九章，已成唯二實現“量子優越性”的量子計算原型機。

全球超過280家量子技術創業公司中，量子計算硬件公司最多，達89家。美國的谷歌、IBM、微軟、霍尼韋爾皆重金押注于此，其全棧式開發、開放式創新模式各領風騷；中國的阿里巴巴、百度、騰訊、華為已從量子計算云平臺入手。本源量子等初創公司，則從量子計算機、操作系統、應用程序開發，到云平臺搭建、社區運營，與IBM等巨頭同臺競技，在超導、半導體、離子阱等不同技術路線上進行全棧式開發，并時刻保持敏銳商業觸覺，以免出局。

對本土公司而言，難點痛點如人才匱乏、經典計算機時期集成電路產業落后所帶來的瓶頸，仍難以忽略。

2020年成為量子技術投資爆發的節點，全球投資總額跳升3倍至9.2億美元，各國開始探索量子技術在金融、制藥、AI等領域的現實應用。目前，僅量子計算領域，全球創業公司已有80多家。

未來，一旦量子計算的超強算力在實業領域落地，將徹底改變眾多產業的發展格局。據波士頓咨詢公司預測，到2030年，量子計算市場規模有望達到500多億美元，發展空間廣闊。

而當下，量子計算的商業模式和產業前景，在各大科技巨頭和初創公司的探索、演繹和推進下，似乎逐漸變得有跡可循，制藥、金融、材料研發、AI等多個產業開始描繪融入量子計算后的藍圖：通過量子計算，摩根大通能獲得投資組合優化服務；初創數字保險公司能更精準地進行風險定價；制藥公司能找到治療阿爾茨海默癥的方法；環保咨詢公司能提出突破性的碳捕捉解決方案……

目前，全球關于量子科技的格局比拼中，中國量子通信產業走在了前面，而量子計算領域的前沿研究、樣機研制和應用推廣與歐美存在較大差距。在量子計算這個奔騰的賽道上，全球產業發展格局如何？中國領頭企業選擇了何種成長模式？其與美國等領先企業差距在哪兒，發展的主要掣肘是什么？

第二次量子革命，開啟大國科技博弈新賽道

作為不可分割的最小能量單位，量子的世界令人著迷。

比如，按照愛因斯坦的說法，兩個互相糾纏的粒子之間有一種“鬼魅般的超距作用”，即使處于兩個不同的星球，只要一個粒子被操作而發生變化，另一個粒子也會相應變化。這個謎之現象，叫做量子糾纏。

薛定諤則用貓描述了另一現象，量子疊加：貓所處的死與活的疊加態，是量子力學中的普遍事件。

自從1900年量子力學的大廈開始構建，我們的世界便多了一種奇妙的表達。由此開啟的第一次量子革命，催生了半導體、激光、核磁共振、衛星定位等技術，衍生的手機、電腦、互聯網等應用，都為我們今天廣泛享用。

20世紀90年代以來，科學家對光子、原子等微觀粒子進行主動的精確操縱，又將我們帶到了第二次量子革命的風口。

比如，借助量子糾纏效應，實現量子通信：通過操縱一個粒子，引起與之糾纏的其他粒子的狀態變化，完成任意距離的兩點之間的信息同步傳送，并不被破解。2016年，中國發射了世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，成為量子太空競賽的領跑者。

再如，借助量子疊加、糾纏等原理，進行量子計算與儲存：給傳統計算機的基礎運算單位比特，加上量子態，那么，量子比特就擁有了量子疊加的狀態，它可以是0，也可以是1，通過并行處理，可以獲得超越經典計算機的強大算力，實現“量子優越性”，又稱“量子霸權（Quantum Supremacy）”。

2019年，IBM發布全球首款商用量子計算原型機；谷歌刊登“實現量子霸權”的論文，宣布研制出了擁有53個超導量子比特的量子計算原型機“懸鈴木”（Sycamore），可以在200秒內運行超級計算機“頂點”（Summit）耗時1萬年才能完成的計算。這兩大標志性事件，將量子計算推向了一個新高潮。

圖1： 近18年全球量子技術新增風險投資總額

圖2： 2002-2020年各國量子技術累計風險投資總額

從芯片設計，到納米加工、檢測、軟件編程，量子計算機的制造涉及物理、機械、軟件等多個學科。其核心，在于芯片設計。

量子的并行運算，需要利用量子相干原理，使粒子處于固定的相關聯狀態。然而，量子相干性又非常脆弱，容易受到環境的破壞，能夠保持這一狀態的時間很短。因此，量子芯片設計的難點，在于量子的相干時間和操控精度。為此，科學家們沿著電學、光學兩大路線，在不同的技術上各顯神通，采用不同的物理體系構建量子比特。目前來看，電學路線（固態器件路線）的超導、半導體和光學器件路線的離子阱技術，被認為更具產業化基礎。

超導量子比特芯片，是利用超低溫“凍結”粒子的運動，進而實現粒子狀態的控制。由于超導量子電路的能級結構可通過外加電磁信號進行調控，電路設計定制的可控性強；同時，其與現有的集成電路系統相容性較高，具有多數量子物理體系難以比擬的可擴展性，是目前最有希望實現通用量子計算的方法之一。

半導體量子芯片，通過控制電子的多個自由度實現量子計算，且完全基于成熟的傳統半導體工藝，具有良好的可擴展、可集成特性。

離子阱芯片，使用的是離子陷阱（離子囚禁）技術，其原理是利用電荷與電磁場間的交互作用力牽制帶電粒子體運動，并利用受限離子的基態和激發態組成的兩個能級作為量子比特，具有量子比特品質高、相干時間較長、制備和讀出效率較高的特點。

具體來看，超導是當前進展最快的量子計算技術路徑，谷歌、IBM等巨頭均押注于此；半導體也是谷歌、SQC所選擇的技術路線；離子阱技術，除了霍尼韋爾有所布局，初創公司IonQ及國內啟科量子也有采用（表4）。

量子計算路線上，本源量子同時布局了超導與半導體技術。

2020年9月，本源量子推出了第一代6比特超導量子芯片夸父KF C6-130；此后，又相繼推出第一代24比特超導量子芯片夸父KF C24-100、第二代硅基自旋二比特量子芯片玄微 XW S2-200。搭載以上芯片，本源量子推出了半導體量子計算機——悟本、超導量子計算機——悟源。

值得一提的是，在半導體量子點技術路線上，本源量子積累深厚，其技術依托的中科院量子信息重點實驗室，長期承擔科技部超級973計劃——固態量子芯片研究、國家重點研發計劃——半導體量子芯片研究，是國內唯一進行該技術研發的單位。張輝當初就是參與這個項目，從半導體量子專業博士畢業。

除了需要搭載量子芯片，量子計算機還有量子測控系統，超導量子計算機還需要量子低溫系統。

量子芯片的作用類似于經典計算機中的CPU，測控系統即量子測控一體機，是量子計算機的輸入、輸出和控制系統，它提供控制信號給量子芯片，保證它運行，同時也提供測量信號到量子芯片，并讀取返回結果。低溫系統，則保障超導量子芯片在絕對零度（零下273.15 攝氏度）附近運行。

量子測控方面，2018年12月，本源量子推出了首款國產量子計算機控制系統——第一代量子測控一體機Origin Quantum AIO，2019年底完成了國內第一套涵蓋標準儀器到低溫電子器件的定制化量子測控產品體系，并于2020年9月發布了32位國產量子計算機控制系統。

模式分化：全棧式布局 VS 開放式創新

目前，量子計算機還處于原型機階段。盡管業者認為，其至少需要5-10年才具備實用性，但為了應對不確定性，已有不少量子計算公司進行多頭押注，以確保最終退出市場的不是自己。

量子信息時代，藍色巨人IBM依然領跑。它采取的是全棧布局戰略。量子計算生態圈，包括執行算法的量子硬件、控制量子處理器并將處理器連接到云端的經典硬件、用于將用戶與云系統連接的軟件工具，以及用戶可以訪問的應用程序和知識組合，IBM旨在實現這些步驟中的每一步。

表4：量子計算機的主要技術路線及進展

與IBM不同，微軟和亞馬遜追求的是開放式創新。亞馬遜的AWS平臺已經與硬件創業公司IonQ、Rigetti和D-Wave合作，它們每一家都深耕不同的量子技術。最近，亞馬遜還表示有興趣通過與加州理工學院的合作，推出自己的內部硬件開發計劃。

微軟在開發拓撲量子計算機的同時，與開發離子阱量子計算機的IonQ和霍尼韋爾以及正在開發超導量子計算機的Quantum Circuits Inc.合作。同時，微軟投資了正在開發光量子計算機的創業公司PsiQuantum。

通過整合內外部資源、多頭押注，微軟和亞馬遜能夠實現不同量子硬件架構上的投資多樣化，應對技術路線的風險。

在賽道選擇上，本源量子對標IBM，同樣采用全棧式開發，已布局量子計算機、量子芯片、量子測控、量子軟件、量子教育、量子應用六大領域。

表5：2020年全球量子計算技術發明專利排行榜TOP20

軟硬兼攻

在經典計算領域，中國的手機與電腦的操作系統幾乎全被國外公司壟斷。

在張輝看來，雖然中國在經典計算機硬件部分全力追趕，但從整個生態看，“卡脖子”的不僅是單純的硬件和技術，操作系統及軟件所帶來的用戶習慣的路徑依賴，才更可怕。以“溫英聯盟”（Windows系統和英特爾）為例，國內的龍芯雖然造出來了，但是Windows系統表示不支持后，龍芯一直很難推廣，習慣用Windows的用戶，一般都會去買英特爾或者AMD的芯片。

量子計算機的落地應用，必定是硬件與軟件共同發展的結果。基于這個邏輯，除了發力量子芯片等，本源量子在軟件研發上也不遺余力。

2017年10月，本源量子推出了國內第一套量子語言標準QRunes，2018年2月研制了國內首款量子編程架構QPanda（量子語言與編譯器的復合架構）、國內首款量子計算應用框架pyQPanda，及國內首個量子程序開發插件Qurator-VSCode。

2019年9月，本源量子化學應用系統ChemiQ正式亮相，開啟量子應用軟件的大門。該軟件可用于模擬計算化學分子在不同鍵長下對應的能量，有利于推動生物科技研發進程。

據光子盒介紹，目前，全球范圍內可供使用的量子計算機原型機約有50臺，量子計算資源仍然稀缺。所以，操作系統成為有效管理和利用計算資源的最佳途徑。

現有量子計算機操作系統，例如英國的Deltaflow.OS、奧地利的ParityOS，大多缺少量子資源管理、多量子計算任務并行處理、量子芯片自動化校準功能，難以有效利用當前稀缺的量子計算資源。基于以上技術痛點，2021年2月，本源量子發布了首款國產量子計算機操作系統——本源司南。本源司南能夠接入具有多個量子處理器核心的量子計算機高性能工作站，包括超導、半導體、離子阱量子處理器，或混合量子處理器。這意味著，操縱多核量子計算機成為可能，量子計算資源隨之增加。

從研發看，本源量子領跑中國的量子計算專利申請。在2020年全球量子計算技術發明專利排行榜上，本源量子以77件專利排在第7名。2019年，其以36件專利排在第12名，是連續兩年上榜企業中名次提升最多的。本源量子研發的國內首款工程化超導量子計算機本源悟源、首款國產量子計算機操作系統本源司南、首個量子計算云平臺、首個國產量子計算機測控一體機等，技術均為自主可控。

排名其之前的，多為美國巨頭。2020年，IBM以554件專利反超加拿大的D-Wave，位列第一；谷歌反超微軟，占據第三；美國軍工企業諾思羅普·格魯曼（Northrop Grumman）從2019年的第六升至第五，英特爾則掉到了第六。以上6家公司專利總量從2019年的1262件增加至2018件（表5）。

瞄準量子優勢，試水商業化

技術布局的抉擇之外，更值得探究的是量子科技公司的商業化探索及產業生態。

以本源量子為例，其收入的重要一環，是量子計算原型機的整機銷售和配套服務、相關零件設備銷售。

2020年，本源量子售出了第一臺原型機。此外，其還向高校和科研院所出售測控一體機、學習機。學習機有兩種版本：一種是硬件版，一般針對高?；蚱髽I，如建行曾買來進行教育培訓；另一種是集群版，集群版是一套軟件，有的高校會一次性采購30-50個賬號，用于給學生上課，本源量子負責安裝。

除了銷售軟件，本源量子還通過捐贈學習機給高校、科技館來建設生態。張輝表示，在量子計算這條賽道上，本源希望在最早期就將自研操作系統及軟件提供給下一代使用，他們現在可能在讀大學，甚至高中，讓他們從一開始就接觸國產軟件，才能建立有生命力的生態。

試水云服務

如何連接量子計算算力的供給方和需求方，云服務成為突破口。目前，IBM、微軟和霍尼韋爾等公司的量子計算平臺，都可以通過云技術提供訪問。

量子和傳統計算的異構解決方案將是實現過渡的主要方式，即將量子和古典計算結合成一個“混合量子/古典”層來加速計算，應用程序可以通過API選擇量子計算或傳統計算作為計算層。這種方法使應用程序能夠分時共享基于云的量子計算資源，這些資源將由公共云服務供應商提供。

本源量子在2017年上線悟源云平臺后，2018年開發出基于32位量子虛擬機的量子計算免費體驗平臺，并推出了2位/56位/64位量子虛擬機付費使用服務，主要針對科研院所和高校提供量子模擬器接入服務，為客戶訂制特定的量子計算解決方案。

2020年9月，本源量子上線了國內首個超導量子云平臺，該平臺基于自主研發的超導量子計算機——悟源（搭載6比特超導量子處理器夸父KF C6-130）。本源云平臺提供了圖形化編程、代碼編程兩種在線編程方式，推出了復雜網絡排序、手寫數字識別、用戶偏好行為預測3款典型的量子編程應用，免費供用戶學習使用。

據張輝介紹，云計算短期內有強需求的還是B端的企業或者政府機構，真正達到了企業級別應用，才會往C端方向走。不過，本源云平臺也確實吸引了不少C端興趣愛好者（月活超過千人），他們大多是軟件工程師或者編程人員。

IBM的云平臺從2017年上線后，如今已經有將近24萬用戶。除了本源量子、IBM這種企業云平臺外，亞馬遜這種平臺型第三方機構，提供的量子計算云服務更為成熟。

2020年8月，依托于AWS（亞馬遜云服務平臺）上線的亞馬遜量子計算平臺Braket，可提供量子計算開發環境，幫助客戶探索和設計量子算法，在模擬量子計算機上進行測試。它的服務中，包含一部分免費的本地模擬器（適用于運行中小型模擬，通常最多25比特），而對于需要高性能計算資源的更大更復雜的算法（最多34比特），可以將模擬任務提交給Braket服務，以每小時的費率計費，以一秒為增量，最終以執行模擬所花費的時間做結算。如果使用托管模擬器，Braket模擬器的費用為4.5美元/小時。

此外，用戶還可以通過亞馬遜訪問其后端陣容強大的量子硬件平臺，來使用不同技術棧的量子系統。不同的硬件供應商和量子計算機有不同的價格（表6）。

其中，D-Wave成立于1999年，是全球第一家退火量子計算系統的商業供應商；IonQ的量子計算機采用離子阱技術，其與亞馬遜合作，也是該系統首次向公眾開放；Rigetti所構建的是超導量子計算系統，AWS客戶可以基于Rigetti的32比特量子系統訪問其最先進的處理器Aspen-8。

量子計算如何改變制藥行業？

量子計算要對社會真正產生深度影響，還得依靠和產業的深度融合，帶來巨大價值，比如，改變制藥行業的未來。

傳統的藥物發現是通過反復試驗和臨床研究來完成的。找到最佳化合物的一種方法是制造大量化合物并測量它們的性質，但這種方法顯然是時間和資源密集型的。使用計算機建模和模擬來分析原子和分子的行為，效率極低。在這方面，量子計算機要遠遠優于經典計算機。

表6：Braket的后端定價模式

比如，模擬青霉素，一個有41個原子和更多電子的分子需要10的86次方個經典比特，這比宇宙中原子的數目還要多。如果使用量子計算機，只需要大約286個量子比特。

以色列量子計算初創公司Quantum Machines指出，我們可能仍然需要等待幾十年的時間，才能制造出能夠模擬蛋白質大小分子的量子計算機。但一旦它出現，就意味著制藥和化學工業運作方式將徹底變革。

近年來，各大制藥巨頭已紛紛布局量子計算。

早在2017年6月，全球TOP20制藥巨頭美國渤?。˙iogen，BIIB.NSDQ）宣布與埃森哲、量子軟件公司1QBit合作，將量子計算引入多發性硬化癥、阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥和魯蓋瑞氏癥等適應癥的治療開發中。

2018年2月，制藥巨頭諾華確定了以技術為中心的發展路線——將人工智能、遠程醫療、自動化乃至量子計算融入新藥研發中勞動密集型程度較高的環節。同年5月，美國輝瑞與中國AI制藥公司晶泰科技簽訂戰略研發合作，建立小分子藥物模擬算法平臺，提高算法的精確度和適用廣泛度，驅動小分子藥物的創新。

2021年3月，中美冠科生物宣布探索量子技術推動腫瘤藥物發現中的多基因生物標志物的鑒定，葛蘭素史克（GSK.NYSE）則宣布正在評估包括遺傳算法在內的特定工作負載的量子計算。

一旦這些制藥巨頭在量子藥物上取得實際進展，那么相關科技公司也將受益。根據The Pharma Letter的報告，2019年全球制藥市場價值約1.3萬億美元，TOP10公司約占其中的1/3，總收入為3925億美元。

本源量子同樣也在生物醫藥領域試水。2019年9月，中科大校友創立的瀚海博興加入本源量子計算產業聯盟（OQIA），與之共同推進在生物大分子改構、蛋白質定向進化等領域的研發。

2021年6月，國內十余家生物化學行業企業連同本源量子共同發起成立量子計算生物化學行業應用生態聯盟，意味著我國生物化學行業正式進入“量子計算”賽道。

強大算力或賦能金融行業

除了醫藥生物，金融業也有望最先實現“量子優勢”。

例如，通過量子計算分析和建模無限數量的當前事件和市場場景，幫助客戶確定最優投資組合；更有效地識別欺詐指標或大規模的市場變化；開發全新的金融算法和風控模型。未來，量子計算還可應用于智能金融、資產和風險管理、高頻交易、欺詐檢測、加密貨幣等金融服務的各個領域。

變革前夜，包括華爾街在內的各大金融巨頭，已開啟量子金融競賽。摩根大通、巴克萊銀行、高盛等已經聯合IBM等公司，研究利用量子計算進行風險優化和投資組合優化。加拿大BMO金融集團、豐業銀行與該國量子計算初創公司Xanadu合作，開發量子蒙特卡羅算法，以提高金融交易效率、優化實時定價。

而國內的量子金融算法也實現了零的突破。

2020年9月，本源量子與建行旗下金融科技類全資子公司建信金融簽署戰略合作協議，建立了國內首個量子金融應用實驗室，并推出國內首批量子金融應用——“量子期權定價應用”與“量子VaR值計算應用”，探索利用量子計算解決金融定價與風控難題。

盡管它們僅是最簡單的模型，但也為今后量子計算在金融領域的應用場景拓展打下了堅實的技術基礎。

搭建產業生態鏈

醫藥生物和金融的應用，只是商用量子計算的初步試水。

《2021量子計算技術創新與趨勢展望》報告顯示，如果量子糾錯機制得到實現，量子計算將在10-15年實現商業化，2030年可能會是量子計算商用元年，全球量子計算市場將達到140億美元，并以每年30%增速上漲，那時，各行各業可能都會依賴量子計算的強大算力。

為了推進國產工程化量子計算應用落地，培育量子計算生態圈，本源量子對標IBM Q Network，于2018年7月成立本源量子計算產業聯盟。雖然目前實際產業尚未成型，但本源量子按量子計算中生產制造、生態應用、科普教育的驅動邏輯，劃分了生產制造鏈、量子計算生態應用鏈、量子計算科普教育鏈。

量子計算生產制造鏈，是按超導和半導體的固態電學器件來劃分的。張輝用傳統計算機制造鏈做類比：要制造出量子計算機，就得有各種零配件；造芯片的以后可能誕生一個新英特爾，造測控系統做主板的可能誕生一個新華碩，代工芯片的可能誕生新的臺積電。和經典計算機類似，從芯片、主板到各種系統軟件、鍵盤鼠標等配件，未來每條制造鏈上都是一個比較大的產業，想象空間巨大。

目前，本源量子制造鏈涵蓋量子計算機生產制造上下游企業，包括晶合集成、中船重工709所、成都中微達信、中船重工鵬力。其中，晶合集成為安徽省第一家12吋晶圓代工企業，目前擬在科創板IPO，募集120億元用于晶圓制造。

第二個生態應用鏈，則是量子計算機開發出來后，以市場導向和產業需求為指引，推進其在各類場景的應用開發。如瀚海博興以及建信金融，均是本源量子在生態應用鏈上的合作伙伴代表。這些合作主要是建立在量子計算的算力能夠實質性突破上（而非顛覆原有產業理論模型）。

此外，本源量子應用鏈上的聯盟成員還包含了哈工大機器人、臻天鏈、云從科技（擬IPO）、中科類腦、合肥大數據資產管理公司。

而第三個教育產業鏈，張輝認為是目前最容易落地的，因為教育培訓具有很高的商業價值，從人才的儲備角度看也非常關鍵?！叭瞬诺呐嘤枰粋€過程，從本科開始到研究生、博士畢業，至少是7-10年的時間。如今人工智能專業火熱，各大高校都在開設人工智能學院，就是因為這個市場越來越大，而5-10年前這個專業還很冷門，我們也應該為未來10年的量子計算產業爆發做好準備”。

2019年3月，本源推出國內首家在線量子教育平臺——本源量子教育云平臺，免費開放量子教學課程。同年9月，《量子計算與編程入門》教材發布，它是國內第一部專業的量子計算與編程教材，可作為“量子算法程序員”的“第一本學習手冊”使用。2020年8月，本源量子計算體驗中心正式開放，地點位于合肥，主要展示了本源自主研發的國內首臺超導量子計算機原型機和國內首臺半導體量子計算機原型機，并推出基于3D虛擬仿真技術的本源量子計算全物理體系學習機。

目前，本源的教育鏈主要搭建為服務科普產業的資源共享平臺，中國科學技術大學、華中科技大學、哈爾濱工業大學、西安電子科技大學、西安交通大學、南京航空航天大學、中國海洋大學、問天量子、中科院量子信息重點實驗室、海利爾（603639）已加入聯盟。

量子社區集成

社區運營也成為量子初創公司經營的一個重心。本源量子就借鑒了小米的互聯網經驗，通過運營社區來加強粘性，以期在未來發揮作用。

2020年8月，本源量子上線了國內量子計算行業交流平臺——本源開源社區，供行業人員及相關愛好者交流、學習。張輝認為，不管是經典計算機還是量子計算機，都需要貼近用戶。本源希望通過社區，把愛好者聚集起來，目前，社區及其他渠道聚合的粉絲將近1萬人左右，雖然還很小眾，但他們作為中國最早的一批學習者和使用者，都是中國量子計算領域的先驅，在產業大規模落地之際，這批高質量粉絲將具有重要價值。

嘗試量子社區集成的公司，并非只有本源量子一家。

2021年4月13日，剛計劃上市的首家全棧量子計算公司IonQ宣布，將其量子計算平臺與IBM的開源量子軟件開發工具包Qiskit全面整合。Qiskit用戶無需編寫任何新的代碼，可以直接向IonQ平臺提交程序，并運行相關程序。此外，IonQ還發布了一個與Qiskit無縫集成的開源庫。

這意味著，開源已經徹底改變了傳統的軟件開發，通過此次整合，量子社區離廣泛適用的量子應用更近了一步。

從售賣量子計算原型機、上線云平臺服務，到建立量子計算產業聯盟，再到和生物醫藥機構、建信金融科技合作探索應用落地場景，本源量子的產業化嘗試很多元，但目前其尚未盈利，因為量子計算整個產業仍處于培育時期。

到今天為止，雖然“量子霸權”和“量子優越性”之類提法不斷見諸媒體，但張輝直言，量子計算目前只是解決了數學問題，離商業應用尚有一段距離。

彎道超車的路上，還有哪些坎兒？

中國量子計算產業化這條道路，雖然前景廣闊，但難點痛點如人才匱乏、經典計算機時期集成電路落后所帶來的瓶頸，卻也難以忽略。

儀器設備瓶頸再現

在張輝看來，中國發展量子計算，第一個難點還是受制于經典計算機上被“卡脖子”。

當前，國內量子芯片的生產仍以實驗室加工為主，但要研制性能更加優越的量子芯片，必然需要成熟的制造工藝與產線化的生產加工模式。量子計算機的固態電學器件，就是沿著集成電路衍生出來的，它需要大量借鑒半導體行業的工藝、技術、設備、人才，而國內這方面都較為落后，這些自然會影響到我國量子計算機的研發。

據張輝介紹，本源量子現在的芯片制造是借用中科大的儀器設備，采用百納米的工藝。雖然目前還未完全受制于工藝，但繼續往下做100比特、200比特芯片的時候，對工藝的要求就達到了10-20納米，而這正是一個非常大的難點；目前，本源大概有30%的儀器設備只能進口，如制冷機、高頻線、高速芯片等。如果國內半導體產業沒有突破，未來，中國在量子計算機的儀器設備上也可能出現瓶頸。

為了解決這一問題，2021年4月9日，本源量子與晶合集成宣布合作建設“本源-晶合量子芯片聯合實驗室”，將在極低溫集成電路領域進行工藝合作開發以及工程流片驗證，實現從量子芯片設計到封裝測試全鏈條開發。其中，超導技術線將對標IBM、谷歌，半導體技術線對標英特爾22nm FinFET（鰭式場效應晶體管）、法國研究機構CEALeti的28nm FDSOI（全耗盡SOI技術）。這將從源頭上推進國產量子計算機應用落地。

融資火熱，人才匱乏

技術瓶頸之外，最大的難點還是人才的缺乏。

目前全球量子計算的核心人才普遍短缺，特別是國內從事量子計算研發的專業人員僅百余人。而前沿科技人才培養，往往與市場需求之間存在錯位的“時間差”。

中國內地第一代半導體創業者武平和陳大同，都是清華電子系最早畢業的一批博士，兩人分別為77級、79級。然而，他們博士畢業時，國內工業技術落后，沒有資金和設備，微電子專業幾乎無從著力。在“學了些東西但用不上”的茫然中，他們都隨大流出國了。

“畢業即失業”的尷尬同樣出現在了張輝身上。張輝是郭國平教授帶的第一個博士生，2008年從中科大畢業時有著“中國第一個半導體量子計算博士”的光鮮Title，2003-2004年國內實驗室量子半導體平臺的項目就是其參與搭建的。但2008年國內根本沒有量子計算公司，“那時連谷歌、IBM都還沒開始做這個，畢業以后我只好回到上海，做了跟量子計算完全不相關的工作”。

張輝面臨過的困境，跟最早一批“清華電子系”學子的尷尬如出一轍。不同的是，市場環境已經今非昔比。上世紀90年代，中國內地還沒有市場化的風險投資，第一代芯片公司展訊通訊創始人之一的武平只能從海外找資金。當時，正值美國的互聯網泡沫破裂，直到2001年6月，武平才拿到臺灣富鑫和聯發科蔡明介的第一輪投資650萬美元，代價則是過半的股份。而如今，國內資本市場已經逐漸成熟，而且在政府引導下，不論是科創板釋放的紅利，還是納入國家戰略層面后的意志因素，資本追逐的熱度變高。

張輝回憶，本源量子A輪融資之前，他和一個師弟去北京、上海找機構路演，對方會覺得10-15年的投資周期太長了；而A輪開始，他們每周會接待20多家機構；轉折點出現在2020年7月國盾量子上市后，來調研和拜訪的機構絡繹不絕，感到市場一下子“瘋狂”起來。如今的市場環境，對量子科技公司而言，基本上實現了“天時地利”，剩下的就是“人和”——培養人才。

今天，量子科技在人才上供需的關系上已經完全逆轉。張輝直言，目前本源最大的難點是“招不到人”。

從教育發力：職業教育、基礎教育并舉

為破解這一困境，擁抱新的藍海，初創企業、研究機構、科技巨頭都開始布局量子信息教育。

IBM的教育資源大部分與Qiskit相關。Qiskit為IBM推出的一個開源軟件開發工具包，為量子系統開發提供全套量子模擬工具和量子加速器。此外，Qiskit還在2020年夏天開辦了全球暑期學校，課程包括量子計算的預備課程，并集中在兩個關鍵領域：超導器件和量子化學應用。

而微軟創建了一個關于量子計算的在線課程，共33章，教授基礎概念和一些著名算法，并使用微軟的Q#語言和Python。課程的前兩章是免費的，但進入其余章節則需要付費。

國內企業中，除了本源量子外，量旋科技、國儀量子都通過與高校合作，并推出量子信息相關的課程教學，來推廣自身的產品。

2019年，國儀量子推出首款面向大眾的金剛石量子計算教學機和基于該產品的量子計算實驗課堂整體解決方案。該產品具有可用于通用量子計算的2比特，可以進行量子比特演示、量子邏輯門操作、量子疊加態演化和經典量子算法演示。

2020年1月6日，量旋科技發布全球首臺桌面型核磁共振量子計算機（2比特）“雙子座”，并與清華大學、北京理工大學等高校達成戰略協議，“雙子座”將會用于量子力學和量子信息方面的課程教學。

不過，這種商業公司推廣的科普教育與高校的專業教育還是有所不同。唯有通過兩者的互補，才能真正填補人才缺口。

加強量子科學教育，已成為全球高校的共識。2021年4月26日，哈佛大學增設了量子科學與工程博士學位，屬于全球首批量子科學與工程博士項目之一。此前，哈佛大學已經擁有一個強大的量子科學和工程研究團體，該團體由哈佛量子計劃（HQI）組織。

目前，全球量子信息以博士教育為主，但也有一些高校在碩士階段設立量子信息科學專業。值得一提的是，中科大在2021年3月新增設了“量子信息科學”本科專業；5月24日，清華大學成立量子信息班，由圖靈獎得主、中國科學院院士姚期智擔任首席教授，這是該校首個量子信息方向的本科人才培養項目，首批計劃招收20人。

隨著“量子信息科學”本科專業的設立，專業教育的空白將逐漸被填補。作為一門交叉學科，在實踐中人們摸索出了更實用的道路。

在清華大學AI Time論壇上，清華大學交叉信息研究院馬雄峰副教授提出，可以依據物理背景和計算機背景去劃分人才：物理背景的研究者可能側重于打造量子計算機，標準路徑是學完四大力學以后按部就班地做實驗；而計算機背景的人才側重于使用量子計算機。

本源量子的人才隊伍培養也正是基于此邏輯。據張輝介紹，本源量子招的都是“1/2人才”，即計算機背景的人教他量子力學，物理背景的人教他計算機，進行交叉培養。正是通過這種“土”方法，本源培養了一批量子計算的生力軍。

而具備這種“拆分”能力，正是本源量子的優勢所在。因為在執行層面做芯片，要把整個大任務拆解下去，需要“大腦”來指揮，而本源量子成立的前3年，正是在磨合這個事情：如何培養人才？怎么分工？技術怎么推進？形成怎樣的組織架構？這些達成以后，公司才能高效地運作。

值得一提的是，雖然科學家創業失敗率較高，但是本源量子沒有找職業經理人，因為量子計算門檻太高，懂技術又懂經營管理的職業經理人太少，所以，其現在核心的高管團隊還是以郭國平教授的博士生團隊為主。

中國：量子通信領跑，量子計算、量子測量與歐美仍有差距

盡管中國已經有一批科研機構和企業投身量子計算，但在這一賽道上，差距依然顯著。

《2020年量子信息技術發展與應用研究報告》顯示，在量子科技產業化應用的三大領域中，我國量子通信領域科研水平與國際基本保持同步，星地量子通信研究和示范應用探索處于領先；而量子計算領域的前沿研究、樣機研制和應用推廣與歐美存在較大差距；量子測量領域的商用化和產業化仍有一定差距。

當量子科技成為大國博弈的必爭之地，某種程度上，科技樹的點選，反映了一個國家的發力方向。相比美國對算力的重視，中國則在通信上取得優勢地位。這從我國對5G和量子通信的提前布局都可以窺見。

一定程度上，量子計算與量子通信處于“攻守”的關系。如果說量子計算是打破摩爾定律的鋒利之矛，那量子通信就是守護信息安全的堅固之盾。

量子計算作為攻方，算力的提升會使數據的處理能力大幅提升，對未來的預測和判斷也就越來越準確；而量子通信是利于防守的，量子無法分割、克隆的特性，讓量子通信成為一種無法被破譯的加密方式。

量子通信主要分為量子隱形傳態（QT）和量子密鑰分發（QKD）兩類，目前產業化的主要是QKD，當前市場主要集中在對保密要求高的黨政軍和金融系統。

量子測量主要是通過利用量子體系（如原子和光子）的量子特性或現象，如疊加態、糾纏態、相干等，實現更高精度的測量，比如中國的北斗導航系統利用量子測量技術，把定位精度提高到非常高的程度。

初創公司依托高校，加速孵化

與美國相比，中國量子計算的企業參與度較低，美國這一方面的專利主要來自企業，中國專利則以科研院校為主，因此，在企業層面，中國看起來與美國差距更大。

根據中國信通院的統計，近年來中國量子計算專利申請趨勢快于美國，區別在于美國有80%的專利來自企業，中國企業僅有50%左右，其他專利主要來自科研院校。這就導致了中國從研發轉化為產品的能力弱于美國；科研院校、初創公司及科技巨頭之間，尚未在這一領域有效分工形成合力。

創新包括原始創新、集成創新、引進消化吸收再創新等類型，張輝稱，中國缺少的是原始創新，即從實驗室科研品變成產品，出身中科大的本源量子，核心優勢就在于此。

盤點目前國內量子計算初創企業的背景，主要還是依靠高?？蒲性核Ｓ绕涫侵锌拼?，如同量子科技的黃埔軍校。

在合肥高新區，云飛路一直被稱作“量子大道”。在這條僅有幾百米長的大道上，匯聚了包括國盾量子、國儀量子、本源量子等在內的多個量子初創公司，它們都孵化自中科大。此外，專攻量子通信的問天量子，同樣源自中科大。

值得一提的是，量子領域投資上，中科大所在的安徽又拔頭籌。

2017年12月12日，作為安徽省“三重一創”產業發展基金母基金的子基金，由安徽省投資集團組建的安徽省量子科學產業發展基金正式啟動運營。該基金總規模100億元，分兩部分設立，第一部分由“三重一創”母基金主導設立，著重支持安徽量子產業發展，規模約為40億元；第二部分計劃由知名機構牽頭，“三重一創”母基金參與，總規模不少于60億元。

首批40億元的基金，一期到位20億元，已注冊為量子科學產業發展基金有限公司，分別由“三重一創”母基金出資15億元、合肥市產投出資5億元。一期基金存續期初步擬定10年，前5年為投資期，后5年為退出期。后續還擬設2-3期，將由“三重一創”母基金聯合中國科學院成果轉化基金等共同設立。該基金主要投資但不限于量子通信、量子計算、量子測量等量子科學領域有關企業和上下游企業，以及其他前沿技術企業。

目前，一期基金仍在投資期。從投資清單來看，安徽省量子科學產業發展基金共有8筆投資，其中只有一家純正的量子科技公司——國科量子通信網絡有限公司。此外，其還投資了合肥中安智芯（股權投資）、東超科技（綜合新媒體解決方案）、捷興信源（信息安全檢測）、天地信息網絡研究院（衛星設計）、中科重明（發動機數字化設計）、中科類腦智能（人工智能）、北方芯動聯科（MEMS器件）。

中科大系之外，其他高校背景的量子科技企業，也成為值得重視的新生力量，比如，量旋科技的團隊背景為南方科技大學。2020年11月，中國科學院院士、清華大學副校長薛其坤調任南方科技大學，出任校長。履新之前，薛其坤為北京量子信息科學研究院院長，其領銜研究團隊在國際上首次發現量子反?；魻栃@項成果被諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧稱為“中國實驗室里發表的第一次諾貝爾獎級的物理學論文”。隨著薛其坤的加入，背靠深圳的南方科技大學或許會孵化更多量子科技公司。

2021年初，上海誕生的國內首家光量子計算公司——圖靈量子，則孵化自上海交通大學集成量子信息技術（IQT）研究中心，其創始人金賢敏教授同樣來自中科大近代物理系，2003年師從潘建偉教授，2008年獲得博士學位，2008-2010年在潘建偉實驗室做博士后。

沒有高校背景的量子科技公司，包括啟科量子和中創為。中創為主營量子保密通信，目前計劃沖刺科創板，成為量子通信第二股。而啟科量子和本源量子相似，為全棧式開發，主營業務涵蓋量子計算機（量子芯片、量子測控和量子軟件）、量子云和量子應用（離子阱方向）。

上世紀60年代，IBM位列美國八大電腦公司之首，占據70%的市場份額，其他7家則瓜分剩余的30%，所以市場上有“一個藍色巨人和七個小矮人”的說法。如今，其他7個品牌已湮沒無聞。

早期計算機市場的發展經歷了三個階段：第一階段，由于技術不確定性，吸引眾多公司參與制造；第二階段，主導技術路線脫穎而出，IBM的System/360成為世界上首個指令集可兼容計算機，其他廠商不得不放棄前期投資，跟風轉向；第三階段，通過合并或退出等方式，計算機廠商的數量開始減少。

目前，企業蜂擁進入量子計算機市場的浪潮，恰好對應了經典計算機發展的第一階段。然而，一旦技術上占主導地位的量子計算機設計出現，賽道上的選手數量同樣會急劇下降，市場集中到頭部玩家手里。

必須承認，處在起步之初的量子科技領域，實現創新和突破的難度較大。從商業規律來看，目前100多家量子科技初創公司中的大多數，或都逃不出被市場淘汰的命運。

在未來的激烈競爭中，中國需要更多的人才、資本投入，涌現出更多突破并掌握核心技術的公司，來引領量子科技發展，以保證在未來的科技及產業競爭中占據優勢。