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全球量子计算信息布局详解!抢占下一轮科技发展的“制高点”

  通讯基站        2020-08-26 11:05:00

随着新兴技术的不断发展,以量子计算机为代表的量子技术正在不断带来创新。从网络安全到金融、医药以及先进制造等行业,在量子技术的加持下,将发生颠覆性的变化。以气候变化为例,由于传统计算机的计算模式正趋向瓶颈,而气候系统极具复杂性且具有海量数据,所以导致传统计算机在百分百模拟地球气候变化方面面临着困难与压力。但对量子计算机而言,在其先进的处理能力下,可以将气候变量考虑在内,创建数据驱动的模型,以帮助预测天气变化并为自然灾害做好准备。


除了对产业的进步带来的影响,站在国家安全的角度来看,掌握了这些先进技术,就意味着在产业竞争力与国家网络安全方面占据了优势。于是,在这种情况下,各国开始不遗余力地发展量子技术,纷纷将量子计算纳入国家战略。可以说,“未来,量子计算可能颠覆世界”已经成为了全球共识。


各国相继出台量子信息国家战略, 抢占下一轮科技发展的“制高点”


尽管现在量子技术还处于初期发展阶段,但为了抢占未来的科技高地,包括美国、加拿大、德国、英国等国家在内的经济体都在不遗余力地发展量子技术。从整体上看,由于早期的投入,美国在该领域占据着先发优势。2002 年,当时美国国防部高级研究计划局制定了《量子信息科学和技术发展规划》,对量子计算发展的主要阶段与时间表进行了规划,将量子信息纳入国家战略,这成为了美国在该领域极具发展优势的重要原因。


面对量子信息对未来世界各个产业格局可能带来的影响,各国相继出台相关国家战略,加入量子竞赛的角逐。


全球量子计算信息布局详解!抢占下一轮科技发展的“制高点”


图 | 各国关于量子计算的部分政策(来源:CB Insights China 根据公开资料做不完全统计)


德国


2020 年 7 月,德国联邦教育与研究部部长卡利切克(Anja Karliczek)表示,德国将于 2021 年拥有首台量子计算机。6 月初,德国政府加码投资 20 亿欧元发展量子技术,希望在担任欧盟轮值主席国期间,把量子计算机相关议题纳入未来欧盟的科研框架,进一步推动欧洲在这一关键技术上加速发展。


此前,2019 年 8 月,在德国总理默克尔(Angela Dorothea Merkel)的支持下,美国 IBM 公司与德国弗劳恩霍夫协会(Fraunhofer Society)宣布发起德国量子计划。IBM 将在德国斯图加特附近的 IBM 计算机中心内安装一台 IBM Q System One 量子计算机,并与弗劳恩霍夫协会合作,建立欧洲量子计算研究的主要枢纽。其中,德国政府将为此投入 6.5 亿欧元,帮助完成量子技术从基础研究走向市场应用的过渡。


法国


法国已将量子计算视为“主要关注领域”,其量子技术国家战略计划提出, 2021 年起法国国家研究局(ANR)的“量子技术中心”实施 AAPR 专项,每年超 1000 万欧元,并在巴黎、萨克雷和格勒三个城市和地区创建三个“枢纽中心”,以支持涉及量子通信专家、网络安全专家和电信设备制造商的 QKD 技术的研究。


2020 年 1 月,法国国会议员 Paula Forteza 向国会提交了一份长达 68 页的议案,呼吁制定法国的量子技术国家战略,建议五年内投资 14 亿欧元,支持量子技术发展,如发起 20 个技术项目,年度预算不少于 1000 万欧元;到 2024 年,法国境内创建 50 家量子初创公司;建立 3 亿至 5 亿欧元的后期投资基金等。


英国


2013年,时任英国财政大臣 George Osborne 发起了 2.7 亿英镑的英国国家量子技术计划(National Quantum Technologies Programme),该计划在牛津大学、伯明翰大学、约克大学和格拉斯哥大学建立了四个量子技术中心。2015年,发布了《量子技术国家战略》和《英国量子技术路线图》,将量子技术发展提升至影响未来国家创新力和国际竞争力的重要战略地位。


随后,2016 年 12 月,英国政府科学办公室发布量子技术报告《量子技术:时代机会》,提出建立一个政府、产业、学界之间的量子技术共同体,帮助英国在未来的量子技术市场中抢占先机。


全球量子计算信息布局详解!抢占下一轮科技发展的“制高点”


图 |《量子技术:时代机会》报告(来源:NQIT)


2019 年 6 月,时任英国首相特雷莎·玛丽·梅(Theresa Mary May) 宣布将大力投资量子计算的发展,政府将投资 1.53 亿英镑用于发展量子计算,而全球公司承诺在英国投资超过 10 亿英镑,总投资超过 12 亿英镑。


荷兰


对于量子技术,荷兰计划在未来 10 年内向 QuTech 投资 1.35 亿欧元,QuTech 是由荷兰台夫特理工大学(TU Delft)与荷兰应用科学研究组织(Netherlands Organization for Applied Scientific Research,TNO)共同成立的一家量子技术研究所,旨在加速全栈量子计算系统的研发。


2020 年 4 月,荷兰部长 Ingrid van Engelshoven 和欧盟事务专员 Mariya Gabriel 共同推出了欧洲第一个公共量子计算平台——Quantum Inspire。据悉,该平台主要侧重于教育、培训以及应用程序的开发,可以让所有人都能访问世界上第一个使用由可伸缩“自旋量子比特”(Spin Qubits)制成的量子处理器。


俄罗斯


2019 年 12 月,俄罗斯副总理马克西姆·阿基莫夫(Maxim Akimov)提出国家量子行动计划,计划 5 年内投资约 7.9 亿美元打造一台实用的量子计算机,并希望在实用量子技术领域赶上其他国家。此前,2018 年,俄罗斯前景研究基金科技委员会批准于 2018-2021 年在俄罗斯发展量子计算机的项目,该项目将分阶段逐步实施,其中,莫斯科大学已正在前景研究基金的支持下启动项目“实体”部分的研制。


另外,俄罗斯铁路公司计划在 2024 年前部署 10000 公里的量子网络,计划投资总额为 247 亿卢布(约 23 亿人民币)。目前,俄罗斯国家运营商 Rostelecom 在该项目的框架下部署了光纤线路。


韩国


韩国于 2014 年发布《量子信息通信中长期推进战略》,希望在 2020 年成为全球量子通信领先国家。


2019 年 1 月,韩国科学和信息通信技术部(MSIT)宣布,其量子计算技术开发项目与 2019 年的下一代信息计算技术开发项目已经完成并准备启动。并将在未来五年内,将投入 445 亿韩元(约 4000 万美元)用于开发量子计算机硬件、量子计算新构架、量子算法、基础设施等核心技术。其中 2019 年,会投入 60 亿韩元(约 540 万美元)。通过量子计算关键技术的发展,政府计划到 2023 年完成实用五量子比特(量子比特信息单元)量子计算机系统的演示,其可靠性超过 90%。


另外,韩国的研究计划将确保量子计算的核心技术并建立一个国内研究生态系统。


日本


2013 年,日本成立量子信息和通信研究促进会以及量子科学技术研究开发机构,计划未来 10 年投入 400 亿日元(约 3.77 亿美元)在量子信息技术的研发。


2019 年  11 月,日本政府规划了以量子技术研究开发战略为支柱的路线图,其中,关于性能优于超级计算机的量子计算机,计划在 10 年后开发出计算的基本单位(量子位)数量达到 100 个的机型。


同时,为了推动量子技术的发展,日本政府计划在 2020 年成立负责整体管理与协调的主管机构,在 8 个领域建立核心研发基地,并在 5 年内不断完善量子计算研发体系。


美国


除 2002 年美国国防部高级研究计划局(DARPA )制定的《量子信息科学与技术规划》外,2008 年,DARPA 斥巨资启动名为“微型曼哈顿计划”的半导体量子芯片研究计划,将量子计算研究列为与原子弹研制同等重要的高度。2018 年 6 月,美国众议院科学委员会高票通过《国家量子倡议法案》,计划在 10 年内拨给能源部、国家标准与技术研究所和国家科学基金 12.75 亿美元,推动量子科学发展。


2018 年 12 月,美国总统特朗普签署了美国国会提交的《国家量子计划法案》,落实“国家量子计划”正式成为美国法律,为美国加速量子科技的研发与应用,夺取战略性领先优势提供了立法保障。


2020 年 4 月,根据美国最新国会审议的预算,特朗普政府将 2021 年科研经费整体削减了近 10%,但量子信息科学的开支却增加约 20% 至 2.37 亿美元,其中,能源部要求 2500 万美元来加速量子互联网的发展。如果获得国会批准,将为推动量子互联网发展提供重要资金基础。


中国


在中国,量子技术被视为国家战略性产业,其发展受到了国家战略、技术、产业、工程建设等多个方面政策的支持,出现在了《十三五国民经济和社会发展规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等重要的国家规划中。


此外,中国先后推出“自然科学基金”、“863”计划和重大专项等来支持量子信息的研究和应用。2018 年 5 月的两院院士大会上, 习近平强调“以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用”,量子信息的战略地位得到进一步肯定。


量子争位赛中的企业版图


10 年前,量子计算技术还处于萌芽状态,如今它正走在迈向商业化的路上。在这个过程中,无论是科技巨头还是初创新贵,都在不断投入资金、人力等资源进行探索。从目前的市场格局来看,科技巨头已提前拿到入场券,再加上正在展露头角的初创企业,可以说,量子计算的生态系统在不断完善。


布局中的科技巨头


全球范围内,正在布局量子计算的科技巨头,主要集中在美国、日本和中国三个国家。


在美国,包括谷歌、IBM、霍尼韦尔、微软、英特尔等在内的龙头企业都已取得了一定的成果。


日本方面,该国在量子计算的基础研究方面处于领先地位,比如电信巨头 NTT 自 1960 年代起就已展开关于光技术的研究,并于 2019 年 11 月宣布与美国国家航空航天局(NASA)以及斯坦福大学等多个单位展开合作,研发光通信技术的新型量子计算机。而电子制造商 NEC 约在 20 年前就成功验证了谷歌方式的原理,不过在商业化方面落后于人。另外,日本最大的 IT 服务商富士通(Fujitsu)从“类量子运算”入手,开发出模拟量子计算的“数字退火”(Digital Annealing)技术芯片与服务器,以商用为前提,为企业做好准备。


在中国,BAT(百度、阿里巴巴和腾讯)以及华为是量子计算领域的领军企业。阿里巴巴旗下阿里云部门在 2015 年 7 月与中国科学院在上海建立了阿里巴巴量子计算实验室,主要研究量子计算在各个领域的应用;2018 年 2 月,阿里云推出具有 11 个量子位的云量子计算服务。百度在量子计算的布局始于 2018 年成立量子计算研究所,随后在 2019 年的百度 AI 开发者大会公开课上,发布了量子脉冲云计算系统“量脉”(Quanlse),能将量子计算软件指令转换成控制量子硬件的脉冲序列,是实现量子软硬件连接的关键桥梁。


2017 年初,牛津大学量子物理博士葛凌(Ling Ge)教授以腾讯欧洲首席代表身份加入腾讯,是腾讯布局量子计算的开始。2018 年 1 月,香港中文大学著名量子理论计算机科学家张胜誉教授加入并搭建腾讯量子实验室,同年,腾讯提出了“ABC2.0”技术布局(AI、RoBotics、Quantum Computing)。


而量子计算作为华为中央研究院数据中心实验室的重要研究领域之一,主要研究方向包括了量子计算物理与操控、量子软件,量子算法与应用等。在 HUAWEI CONNECT 2018 上,华为首次正式对外公布了其量子计算模拟器 HiQ 1.0 云服务平台,搭载量子线路模拟器;2019 年更是推出了量子计算云服务 2.0,新增业界领先的量子化学模拟平台 HiQ Fermion 和量子调控模块 HiQ Pulse。此外,有消息称华为目前已经和多个量子计算研究团队建立了战略合作关系。


正在崛起的新兴企业


虽然从目前的情况看,科技巨头手握量子计算的入场券,但是新兴企业在投资机构的支持下,正在不断崛起。从融资的角度看,融资额最高的前 10 家量子计算初创企业分别来自美国、加拿大、澳大利亚、日本和英国。


全球量子计算信息布局详解!抢占下一轮科技发展的“制高点”


图 | 历史融资总额最高的 10 家量子计算初创公司(来源:CB Insights;CB Insights China 整理)


在排名中,名列前三的公司情况如下。


总部位于加利福尼亚州帕洛阿尔托市(Palo Alto)的 PsiQuantum 是一家成立 5 年的量子计算初创公司,旨在使用传统的硅芯片来制造商用量子计算机。根据该公司的声明,其技术将可以把 100 万个量子比特串在一起,并从中提取出 100 到 300 个纠错量子比特。2020 年 4 月,PsiQuantum 筹集了 2.15 亿美元的资金,加速量子计算设备的研发。


成立于 1999 年的 D-Wave 是加拿大一家量子计算公司,于 2011 年推出第一台商用量子计算机,通过“量子退火”(Quantum Annealing)技术让每个量子位和附近的量子位相互纠缠。该公司是目前唯一正式出货量子计算机的公司。此前,谷歌开始进行量子计算研究时,使用的便是 D-Wave 的量子计算机。


成立于 2013 年的 Rigetti Computing 于 2020 年 3 月完成 7100 万美元的最新融资。作为尝试将量子计算商业化的初创公司之一,Rigetti 在最近的对外声明中称将发布 128-Qubit 的超导量子计算机。为了发力量子计算的研究,去年 7 月,该公司收购了量子计算和数据分析软件初创公司 QxBranch 来建立其全栈战略,提高其量子算法、解决方案及服务的提供能力。


事实上,除美国、加拿大、澳大利亚、日本和英国外,在将量子计算纳入国家发展政策的其他国家中,也不乏优秀的初创公司的出现。比如荷兰的 Delft Circuits、德国的 JoS Quantum、法国的 Ato、中国的本源量子等。


总结


随着人类对微观粒子系统的观测和调控技术的不断突破,这使得从量子观察到量子调控成为了可能,同时也为即将爆发的第二次量子科技革命奠定了基础。在各国的不断出台相关政策并不断提供资金以大力推进量子技术发展,以及科技巨头与新兴企业不断加码投资,创新技术的情况下,谁将在引领前沿,获得话语权,值得期待。

来源:CB Insights中文

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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