春节档，《流浪地球2》成为了最有话题的电影。

除了和《满江红》的相爱相杀以及背后的种种瓜葛猫腻以外，其在内容和市场之外的各种要素，包括对电影工业和工业电影的推动意义等，都是大家茶余饭后热议的内容。

回到内容本身，《流浪地球2》确实存在被不少人诟病的故事讲述太差的问题。

但考虑到这主要是因为它花了太多篇幅去叙述一个末日社会的全景，而削弱了主线剧情的存在感，从科幻作品的属性上看，这是相当负责任的。

更让人惊喜的是，电影设定的时间点——2044年，离我们只有20年，这意味着创作团队不能随意发挥想象力，不能过度突破现实框架。而电影最终呈现了现实和未来的完美融合。

尤其受到关注的，是影片中的“智能量子计算机”。

它不仅可实现全球复杂计算资源融合与调度，并控制数万座发动机协同运作，还能提前计算出地球遭遇多次危机，还有余力支撑“数字生命”计划，甚至还可能出现了独立意识。

这完美符合大众对量子计算“超强算力”的想象。

不过要走到这一步，人类还差得很远。

1、无限的想象空间

什么是量子计算?恐怕这是很多人想要了解的问题。但这门学问深奥晦涩，三言两语很难说通。

有个成语叫“不自量力”，就是专门用来警告大家，不要自学量子力学。

但我们还是可以简单讲讲量子计算的原理。

众所周知，传统计算机的基本单元是晶体管，晶体管打开，允许电流通过，输出信号“1”，反之为“0”，这就产生了一个二进制的信息单元，人们称它为比特(Bit)。现在你看到屏幕里的所有东西，就是计算机在瞬间处理上百亿个“0”和“1”的结果。

要增大算力，最直接的方法就是把晶体管做得越来越多，而为了减小能耗和提高实用性，还要把晶体管做得越来越小。

过去几十年，随着晶体管数量在摩尔定律——芯片上的晶体管数目，大约每18-24个月增加1倍——的预言下持续翻番，人类社会的算力也一直在以指数增长着。

然而当晶体管小之又小，逼近宏观世界和微观世界边界的时，两个世界物理框架的冲突，就会干扰其正常的运行。

事实上，在晶体管逐渐逼近极限的当下，量子隧穿带来的漏电现象已经无法忽视，严重阻碍了晶体管密度的进一步上升，指数增长即将中断。

然而相较于人类对宇宙的探索进度，这点算力是远远不够的。

量子计算则是直接利用了微观世界的规则。

在微观世界中，在观测之前，物体可能处于“量子叠加态”下，一只猫可以又死又活。

如果找到合适的亚原子粒子，并用它来代替晶体管充当计算单元，变成“量子比特”，那它就可以同时表示“0”和“1”。这样，1个量子比特包含2个信息，2个量子比特包含4个信息，3个量子比特就是8个信息……N个量子比特就包含2^N个信息。

这是非常惊人的，传统的32位处理器一次只能塞32个信息，而10个量子态1次就可以塞1024个信息。而300位量子比特可以处理的信息量(2^300)就已经超越了目前宇宙中已知的原子总数。

新的指数增长出现了。

更重要的是，传统计算机是计算单元(晶体管)呈指数增长，算力随单元线性增长;而量子计算机在算力随单元数量指数增长的同时，计算单元本身也未必不能指数增长。

也就是说，未来人类社会的算力，有可能出现“双指数增长”的恐怖形态。届时，人类的科技社会会以多快的速度发展，难以想象。

很快，我们就将看见这个产业爆发出无穷多的机会。

2、指数增长的前夕

现在的量子计算产业发展到什么地步了?

简单来说，经历了上世纪下半叶的理论和算法研究期，进入新世纪以来，全球量子计算产业已经正式进入了技术验证阶段。

1998年，IBM、牛津、伯克利、斯坦福和麻省理工学院的研究人员制作了第1个2比特的计算系统。

如果参照传统计算机的发展历程，从第1台ABC计算机(1942年测试)到商用计算机产业在80年代爆发，那么量子计算产业的爆发已然不远。

再考虑到人类科技是以指数函数加速发展，那很可能，这个时间点可能已经近在眼前。

对于这一阶段量子计算的发展，当前学术界把它分为3个发展阶段：

第一阶段，追求“量子霸权”，或者叫“量子优越性”，也就是在特定问题上，量子计算机的计算能力超越传统超算。

在这方面，美国凭借谷歌2019年研制的超导量子计算机“悬铃木”先拔头筹;

中国在2021年，凭借中科大潘建伟、朱晓波研究团队通过“祖冲之号”超导量子计算机，成为当之无愧的第2;

去年，Xanadu公司推出的Borealis光量子计算机，让加拿大第3个获此殊荣。

第二阶段，也就是含噪声中型量子(NISQ)时代，这时候的任务，就进入到设计专用级量子计算机芯片，解决特定行业的特定问题环节。

如果顺利的话，2030年以后，人类进入第三阶段——研制真正的容错量子计算机(FTQC)，即通用量子计算机，通过把物理量子比特编码成逻辑量子比特，实现通用的量子计算，最终在大数据处理、人工智能、密码破译等领域产生颠覆性影响。

我们目前处于第二阶段，也正是从这个时候起，量子计算将进入特定领域，实现部分商业应用。

未来5-10年，一些和量子计算联系较深的行业，可能率先涌现一波机会。

比如金融。

去年上半年，汇丰银行已经宣布加入IBM的量子加速器项目，使用IBM的量子计算技术用于定价和投资组合优化方面进行探索，以及利用量子技术获得交易和投资的优势。

近日，平安银行与本源量子牵手，共同开展量子金融算法在金融风控等领域的研究与落地，并使用量子计算机真机验证，合作探索量子算法在金融具体业务场景上的应用。

据光子盒不完全统计，全球已有超过25家国际大型银行及金融机构与量子计算企业开展合作研究。通过量子计算，为金融业广泛存在的各种量化分析任务提升计算速度和精度，带来重要经济价值。

又比如医药。

药物研发的核心环节是识别和开发有助于治愈疾病的分子，量子计算在预测和模拟复杂因素作用上的绝对优势，意味着其是药物研发行业的天然选择。

早在2021年，腾讯量子实验室负责人张胜誉透露，至少有17家百亿级药企对量子计算存在浓厚兴趣。一旦技术稍微成熟，这个可能就是最先爆发领域。

根据ICV研究，2021年，全球量子计算市场规模约为8亿美元，预计到2024年，技术上实现1000+物理量子比特突破的同时，市场规模也将增长到40亿美元左右。

2030年前后，全球量子计算市场规模将从容错量子计算时代开启时，呈现指数上升趋势，至千亿美元甚至更高。

届时，金融(16.47%)、安全(15.88%)、制药(15.20%)和物流(11.76%)是最先受益的产业。

在量子计算产业链上，上游是设备、芯片等制备提供环节，下游是应用环节，中游则是各种算法、硬件、软件、云平台的研发运营环节，和传统计算相似。

在当前的NISQ阶段，硬件还是产业发展的重点。2021年，硬件市场占比达到93%，之后会逐渐下降。

对于产业发展的进度，不太了解又想要关注的人可以重点关注3个名词，以相关指标作为判断依据：

1、量子比特数。谷歌工程师认为，量子比特位达到100-1000后，量子计算机有望执行一些具有实际意义的算法，初步步入商用。

目前在这方面领先的是IBM，其去年底发布的超导量子计算机“鱼鹰”(Osprey)达到了433个量子比特。

2、量子计算错误率。IBM研发团队认为，错误率由0.1%减少至0.01%后，量子体积将会爆炸式增长，预示着量子计算机能够商用。

霍尼韦尔旗下量子计算公司Quantinuum去年实现了平均单量子比特门保真度99.9959(5)%，平均双量子比特门保真度99.71(3)%，状态制备和测量保真度99.72(1)%的成果，使其系统模型H1-1成功地通过了量子体积8192基准。

3、量子相干时间。在2020年的中国计算机学会青年计算机科技论坛上，专家提出，量子相干时间提高至高于1ms，是量子计算机进入商用的关键参数。

3、遥遥领先和紧追不舍

从全产业链来看，欧美目前是量子计算产业发展热度最高的地方，尤其是美国，不仅谷歌、IBM、微软等巨头完成了覆盖硬件、软件、云平台的全面布局，还有大量初创企业参与各个细分领域。

而在国内，目前推动产业发展的主体，除了阿里、百度、腾讯、华为等大公司外，主要还是以中科大孵化的本源量子、国仪量子，上海交大孵化的图灵智算，深圳量子院孵化的量旋科技等脱胎于研究机构的企业为主。

这说明目前国内的产业热度和分工发展程度，还不足以支撑初创企业百花齐放的局面。

融资上市方面的数据也可以反映出产业发展的现状。在美国，PsiQuantum已获得D轮融资，进入上市阶段和B轮融资的已有4家。

而中国量子计算企业融资轮次集中在天使轮和A轮。这也说明，相比国外，国内量子计算企业的商业化和产业化的进程还是慢了一些。

不过，这也存在发展模式不同的因素。国内的产业引导模式惯于在产业发展初期，将资源集中投入在少数主体上，寻求以点带面的突破。

事实上，从专利技术上看，除了美国，中国量子计算行业不落后于其他国家。

当然，以目前量子计算行业总体发展情况来看，现在谈国际竞争还为时尚早。

至少到目前为止，量子计算行业内在超导、光子、离子阱等技术路线的选择方面，都还没有达成共识，也没有出现技术路线融合收敛的趋势，未来有多大变数，谁也不知道。

大体上，行业内普遍认为未来5-10年是量子计算发展的非常重要的转折点，如果国家现在不迅速追求技术，那么未来可能没有机会在量子计算领域保持领先能力。

为此，目前各个有志于此的国家都在加速投资，比如美国参议院通过 2800 亿美元某法案，支持量子计算等关键技术领域研发;法国宣布投资 1.7 亿欧元，启动“国家量子计算平台”。

连新加坡、以色列、卡塔尔等有经济实力的小国也纷纷入局，参与量子计算国家竞争。例如，卡塔尔拨款 1000 万美元启动国家量子计算计划;新加坡副总理宣布建造量子计算机，力争成为全球领导者。

而在国内，2022年的中央工作会议明确提出，要加快量子计算研发和应用推广。

据公开渠道信息，2006-2020年，国家在量子计算方面的支出在15亿美元左右。而到2022年的报道中，该数字已经达到近150亿美元，可见当下以及未来几年的形势之火热。

总体而言，量子计算行业即将进入“黄金年代”。

市场和大众对于量子计算的充满期待，科技巨头和初创企业在量子计算性能上你追我赶，学术界的扎实和稳定把持着方向，整个行业充满着欣欣向荣的氛围。

而在量子计算双指数增长的推动下，人类信息技术将迎来怎样的革命，以及社会发展会如何飞跃，难以想象。

前瞻经济学人APP 产业观察组

更多行业研究分析详见：

【1】《2023-2028年中国量子计算行业市场前瞻与投资策略分析报告》，前瞻产业研究院

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参考资料：

【1】《量子计算的2022：政策、技术、应用、资本全面开花，“万里长征”迎来诸多转折点》，量旋科技

【2】《2022年量子信息报告：量子计算最受追捧，美国领先中国紧追》，C114通信网

【3】《BCG报告：量子计算，美国>中国>欧洲》，光子盒

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