导言
Introduction
电影《流浪地球2》作为近年来国产科幻巨作，相信不少人已经在今年春节档去影院支持过了，在片中导演以550系列量子计算机的视角展开了故事最深层次的一条叙事线，在给人眼前一亮的感觉之余，关于量子计算和智慧生命的话题探讨第一次进入了普通人的生活。
像MOSS这样的似乎已经具备“生命”的量子计算机，究竟离我们还有多远？它们是否会因为不断地学习和进化，逐渐超出人类可以控制的范围？作为能够实现弯道超车的重要科技，在投资视角看，这个赛道又是否值得关注和参与呢？今天我们就和大家分享一下优脉家族办公室对这一领域的研究与看法。
量子计算机 是一种新型的下一代计算机，量子计算因其强大的计算能力，不仅仅能大幅增强传统计算机的功能，更有可能突破在通用人工智能、建立全球气候变化模型、破解和更新数字加密技术等方面的计算瓶颈，创造巨大的经济效益。
目前，全球主要科技国均已开展相关技术研发，积极布局和发展量子计算产业。2022年，量子计算的各技术路线未收敛的特点愈发明显， 在多个技术路线上均有不同程度的突破 。我们观察到，有愈来愈多的科学家和企业家选择量子计算创业。 作为一项极具颠覆潜力的高新技术，量子计算已经成为股权投资市场上不可忽视的明星赛道。
但量子计算作为一项发展尚处于早期的技术，仍然有许多不确定性，技术的高门槛也容易对投资人认知造成困扰和概念混淆。
多种技术路线共同发展
目前主要的量子计算技术路线有6条。
1、超导量子计算
超导量子计算利用超导电路中的量子比特来进行信息的存储、传输和计算，因量子比特具有量子态的叠加性和纠缠性，在运算时能进行并行处理，大大提高了计算速度。通常而言，系统中量子比特越多，则量子计算机的理论性能越高。
当前，IBM公司引领着全球超导量子计算的技术发展，包括谷歌在内的超导量子计算公司短时间内很难超越。 IBM如期推出的拥有433量子比特的Osprey量子处理器，不仅拥有更多的量子比特，同时其采用多级布线，为信号路由和设备布局提供了灵活性。在芯片的连接数量上，对比上一代Eagle增加了77%，更有助于扩大量子计算机的规模。根据IBM的技术路线图推进，预计其将在2023年推出1000量子比特的新方案。
2、离子阱量子计算
离子阱量子计算是利用量子态离子在磁场中的受力情况进行信息传递和处理。离子阱的一大优势是天然离子具有全同性，所以它们的相干时间特别长，并且门保真度也非常高。
2022年，离子阱量子计算技术路线的主要成果之一为继续提高状态制备和SPAM保真度（保真度越高，能够容纳的量子比特越多，量子计算机性能越好）， 头部企业Quantinuum（霍尼韦尔子公司）和IonQ 分别将测量保真度提高到了99.9904%和99.96%。假设量子逻辑门是完美的，平均99%的SPAM保真度会将系统的量子比特限制在100个左右；当SPAM保真度为99.96%时，系统则可以容纳约2000个量子比特。
3、光量子计算
光量子计算利用光子而不是传统电子电路。其利用光子的偏振态（垂直和水平）表达量子位的0和1。光子同时还具有固定的相干性，能够满足超长的传输距离和在不同光学器件间的通过性。
此外，光子在高维量子态领域展现了不俗的潜力，通过光的不同路径进行编码形成多维量子态，比如两个光子同时对其角动量、偏振、路径等同时进行编码，实现4维量子态。高维量子计算一次可以输入更高维度、更丰富的信息，相当于芯片跑一次便可以得出多位的计算结果。不仅仅在计算中将体系容量变大，且单次的输入和输出信息量都变得更丰富，从而实现更高性能的计算。
光量子计算的 头部企业Xanadu和PsiQuantum 都表示，两个公司未来的目标都是建立一个能够扩展至相当于有100万量子比特容量和容错的量子计算机。
4、中性原子量子计算
中性原子量子计算是使用光或磁场对中性原子进行量子位表达的量子计算路径，将多种类型的光镊（通过高度聚集的激光束产生力学效应）与其作用的原子结合起来。在实际量子计算中，中性原子量子计算中的量子比特可以与更大范围的量子比特产生互动，而在超导体中，每个量子比特则只能与直接相邻的比特互动。
中性原子量子计算在专用量子*拟机模**上优势明显。对于同样的问题，处理得到同样的结果，中性原子量子计算机 不需要庞大且昂贵的制冷设备来为量子计算机提供超低温环境。 在通用量子计算完全成熟前，中性原子量子计算能够作为专用量子*拟机模**，在特定的使用场景发挥量子计算的价值。
此外，中性原子还可应用于原子天线、量子存储器等多个领域，技术研发都处于早期理论阶段。
5、半导体量子计算
半导体量子计算机利用类似小芯片中集成数十亿个晶体管的半导体纳米结构，通过硅基自旋量子比特体现量子态。得益于硅材料成熟的纳米加工技术，半导体量子计算在过去的一年进展迅速。
目前半导体量子计算的 主要挑战是每个量子比特的质量不一样，进而限制了半导体量子计算机的可拓展性 。在2022年， Intel 宣布其生产的量子比特芯片良率达到95%，同时硅自旋量子比特数量达到了历史新高12个，有望接近商业化量产。
6、拓扑量子计算
拓扑量子计算机是将几个量子比特组合形成一个固定结构，从而避免量子间自由相互作用导致无序出错，保证量子计算机不受干扰能稳定计算和储存信息。
目前该项技术尚停留在基础研究阶段，可行性尚未得到充分验证。 目前主要研究的拓扑量子比特尚未在自然界中找到，研究人员需要对量子材料进行研究并重新设计制造合适的拓扑量子体。
量子计算应用领域
通常认为，拥有更快计算速度的量子计算机将完全取代传统计算机，但事实并非如此。 考虑量子计算发展仍然需要不短的时间与大量的资源投入，在未来相当长的时间内量子计算机将与传统计算机共存，量子计算将优先应用于包含量子模拟、优化、量子线性代数和质因数分解等复杂数学物理问题的领域，具体为三个领域：材料科学与生物学、复杂系统、前沿科技与研究。
市场预测
2022年，全球量子产业规模达到12.9亿美元，较2021年增长了61.25%。产业增长规模一方面来自行业参与者的增加，包括整机公司、多技术路线研发商、软件公司和行业用户；另一方面是来自投资的带动，带来了人才与设备的增加。
到2027年，全球量子计算产业规模有望达到87亿美元。参考技术发展规律路径， 有望在2028年迎来产业高速爆发 ，市场规模有望快速增长到319亿美元。最终，量子计算将向着万亿级的产业规模迈进。
单位：10亿美元
图：全球量子计算产业规模（2022-2035）
数据来源：iCV Tank、光子盒
2022年， 全球各主要量子计算机公司的营收仍然主要来自于政府和各国军方的采购 ，预计这个情况仍将持续数年。产业投资在无法获得预期回报的背景下，可以预计未来企业大概率会压缩技术和人才的投资， 更多的产业驱动因素将来自政府和科研院所 。
产业展望
未来量子计算的发展将集中在三个方面：
- 继续提升量子计算性能。 为了实现容错量子计算，首要考虑的就是如何高精度地扩展量子计算系统规模。在实现量子比特扩展的时候，比特的数量和质量都极为重要，需要每个环节（量子态的制备、操控和测量）都要保持高精度、低噪音，并且伴随量子比特数目的增加，噪声和串扰等因素带来的错误也随之增加，这对量子体系的设计、加工和调控带来了巨大的挑战，仍需大量科学和工程的协同努力。
- 实现专用量子*拟机模**并继续探索量子计算应用。 需要操纵数百个量子比特，应用于组合优化、量子化学、机器学习等特定问题，指导材料设计、药物开发等。从当前到2030年，全球的主要研究任务应当集中于此。
- 实现可编程通用量子计算机。 需要实现操纵至少数百万个量子比特，能在经典密码破解、大数据搜索、人工智能等方面发挥巨大作用。由于量子比特容易受到环境噪音的影响而出错，对于规模化的量子比特系统，通过量子纠错来保证整个系统的正确运行是必然要求，也是一段时间内面临的主要挑战。由于技术上的难度，何时实现通用量子计算机尚不明确，国际学术界一般认为还需要15年甚至更长时间。
量子计算的国际竞争趋势
在过去一年，已经看到越来越多不同国家的大学、科研机构以及公司企业间亲密合作，共同完成对于量子计算行业某一前沿课题的研究。两国、三国，甚至更多国家之间的科研合作比比皆是。
但是在众多相互合作的国家中，看不到中美两国合作的身影。 目前科技领域是中美之间最大的竞争领域之一，尤其是如量子计算这样的前沿科技领域。 在2021年美国国家反情报与安全重心发布的报告《战略竞争对手的挑战和威胁》中，就明确提到“包括人工智能、量子信息科技、生物技术、半导体和自主系统在内的5个关键领域将决定中国是否超越美国成为超级大国。” 中国已经成为美国的主要战略竞争对手，因为中国拥有充足的资源和全面的战略来推动技术进步。
2022年10月，美国政府一份可能受到出口管制的关键和新兴技术清单显示，除芯片外，第二轮限制很可能包括量子设备的材料、同位素和制造技术，后量子莫玛，以及设计量子传感和网络的技术。如果这些出口管制得到批准，这将标志着中美科技战的升级。
不过， 量子信息科技对于中美来说是公平的，美国没有太多先发优势。 但客观来说，中国最大的问题来自生态心理，中国需要在内部建立一个互相信任和充分合作的系统，而非所谓的全栈式量子计算机公司，抢食上游供应商的市场，造成资源浪费和目标错位。
- 总 结 -
量子计算领域投资需要保持足够的审慎
回顾2022年，量子计算行业仍处在早期快速发展的阶段。随着量子计算机各个路线研发工作的逐步推进，整个产业链上下游环节的构成逐渐清晰与完善，各环节的参与者也在逐渐增多。
但漫长的技术突破等待与商业付费用户的稀缺与吝啬，对整个量子计算行业都是持续的威胁。在未来不短的时间内，对量子计算项目的投资都应当保持足够的审慎，同时需要有对技术商业化有独到的见解和与前沿技术科研圈子保持顺畅的沟通。作为一家专业家族资产配置机构，优脉与业内主要的股权基金管理人都保持着高频率的交流与沟通，及时了解、掌握新兴技术发展、产业化、爆发的机会，帮助优脉客户及时把握技术发展带来的行业增长收益。
免责声明： 本文信息及数据源自公开的网络资讯及媒体报道，观点仅供参考，不可直接作为投资依据，以此入市，风险自担 。