量子霸权与量子计算：美中的发展态势 (下)

量子计算企业

加拿大Dwave系统公司是全球成立最早的量子计算机企业，量子计算领域的领头羊。2011年5月11日，D-Wave发布全球第一台商用量子退火机D-Wave One(下图10 FOSSBYTE)，使用128量子位以解决最优化问题。是目前为止最成功的量子计算商业化企业，已经出售多台量子退火机（每台售价1000-1500万美元），具有千万美元级客户群。D-Wave公司的5000比特的量子退火机，已成功售给洛斯阿拉莫斯实验室。它在美国宇航局已经有了一个1000比特的系统。D-Wave声称，汽车制造商大众汽车(Volkswagen)利用其量子计算机，根据10000辆汽车的数据，找出如何最好地控制北京的出租车车队，但描述这一实验的研究论文并没有很好地解释所提出的解决方案如何优于目前用于优化交通流的算法。

美国Google2019年 10 月推出的 53 位量子比特芯片 Sycamore 运行随机电路取样，仅用 20s 时间即完成了结果，实现了“量子优越性”。2020 年 3 月，谷歌推出了 TensorFlow Quantum 量子机器学习算法开发平台，助力于未来全球量子算法的发展。拥有世界上最强大的数据中心，搜索引擎积累了海量数据以供量子机器学习算法运行。

Honeywell2020年6月霍尼韦尔以64量子体积夺得世界最强性能量子计算机桂冠(下图11 TECHSPOT)。其技术路径为离子阱方向。在离子阱方向具有领先地位(另一领先者为IonQ)，而离子阱技术路径相较超导可能更具长远的未来前景(读写效率高、相干时间长、所需温度环境更宽容)。其芯片与竞品相比，具备中途改变计算的功能。具有完善的产业链布局和深厚的工业界经验，在量子计算的产业应用中具有显著优势。

IBM2020年8月推出IBM Montreal27比特量子计算机(下图 Medium)，有高达64量子体积的综合性能。全球有超过100家组织、160个国家、超20万名用户使用IBM的量子计算服务。其B端客户包括达美航空、戴姆勒、摩根大通、高盛等，G端客户包括洛斯阿拉莫斯国家实验室等。发起量子计算联盟Q Network，包含大量软件公司为其硬件赋能，世界首台商用量子(量子纠缠) 计算机的发布者，丰富的人才培养与供给渠道：与高校合作开展大量Qiskit在线课程。

Intel英特尔研发出49比特超导量子芯片Tangle Lake和半导量子芯片。量子位控制能力突出，高温控制超越IBM和谷歌，成功控制“高温”1开的量子位。是半导体领域霸主，擅长硅芯片技术。基于英特尔 22 纳米 FinFET 技术， Horse Ridge量子控制芯片的制造便是在英特尔内部完成，在设计、测试和优化量子计算机的能力超强。

IonQ 2018 年 12 月推出 79 位离子阱量子计算机(下图 TECHSPOT)，并对水分子进行了模拟，其结果要好于目前大部分超导量子计算机。投资机构包括洛克希德·马丁、三星、空客、谷歌、亚马逊等。

PsiQuantum系全球融资规模最大的量子计算初创企业，微软提供雄厚资金。

Rigetti全美唯一量子硬件快速原型设计厂，截至2020年8月，融资总规模2.69亿美元，最新一轮的融资是2020年8月的C+轮。

中国大陆本源量子公司开发出大陆玄微S2-200半导2比特芯片、夸父C6-130超导6比特芯片、6比特量子芯片组装而成的量子计算机“悟源” (下图 SOHU)、量子测控一体机(大陆首个量子计算控制系统)。2020年9月上线的自有本源超导量子计算云平台(半导+超导+200位模拟器)。开源量子开发包Qpanda、Qrunes语言、量子虚拟机、ChemiQ量子化学软件。本源量子公司依托于中科院量子信息重点实验室，由量子计算行业领军人物郭光灿院士、郭国平教授引领，近日，在知识产权产业媒体IPRdaily与incoPat创新指数研究中心发布的全球量子计算技术发明专利排行榜中，本源量子以77项专利排名第7，前6位为IBM、D-Wave、Google、Microsoft、Northrop Grumman、Intel。

奥地利Alpine Quantum Technologies包括20比特离子阱量子计算机、提供自有量子云平台以及IBM云服务。其B端客户包括德国HQS公司等，G端客户包括因斯布鲁克大学、奥地利政府等。

大陆从事量子科技研发前沿的院校公司

阿里巴巴达摩院量子实验室量子实验室，负责人为前密歇根大学教授施尧耘(下图1 知乎)，团队包括匈牙利裔计算机科学家马里奥塞格德(MarioSzegedy)，与中科大、浙江大学、中科院物理所等合作，于2017年研制的量子电路模拟器“太章” (下图2 新浪科技), 在全球率先成功模拟了81比特40层为基准的谷歌随机量子电路。技术路径为光学方向，有10位逻辑比特的光量子计算机

腾讯量子实验室，牛津大学量子计算博士葛凌(下图16 腾讯科技), 为腾讯欧洲首席代表，团队成员有香港中文大学著名量子理论计算机科学家张胜誉教授(下图16 雷锋网)。腾讯“ABC2.0”计划(AI，RoBotics，Quantum  Computing) 专注于量子AI、药物研发和科学计算平台(SimHub) 等应用领域方面的研究。

百度量子研究所由悉尼科技大学量子软件和信息中心创办主任段润尧教授(下图1 清华大学)任所长, 重点进行量子算法、量子AI应用以及量子架构这三个方向的研发，开发量子计算平台最终以云计算的方式输出量子计算的能力。2019开发者大会上，百度发布了高性能的量子脉冲计算系统“量脉”。2020年5月，百度发布了国内首个量子机器学习开发工具“量桨(Paddle Quantum) (下图2 雷锋网)，国内首个云原生量子计算平台“量易伏”，实现了量子计算和云计算的深度融合。

华为数据中心技术实验室有原南方科技大学量子计算研究所副所长的翁文康(下图 量子客) 担任首席科学家。主要研究方向包括量子计算物理与操控、量子软件，量子算法与应用等。现有华为量子计算模拟器HiQ3.0云服务平台。其单台昆仑量子计算模拟一体机可实现全振幅模拟40量子比特、单振福模拟最大144量子比特(22层)的性能表现。

中国科大由奥地利维也纳大学实验物理博士、发展中国家科学院院士，奥地利科学院外籍院士、中科院院士潘建伟(下图中 USTC) 教授领衔，包括2021年度“兰道尔—本内特量子计算奖”(Rolf Landauer and Charles H. Bennett Award in Quantum Computing) 得主、剑桥大学博士陆朝阳(下图左 USTC) 教授, 德国海德堡大学博士、2013年获欧洲物理学会菲涅尔奖、国际纯粹与应用物理联合会原子分子物理分会青年科学家奖得主、美国光学学会会士陈宇翱(下图右 USTC) 教授的团队。2016年建成千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”，2019年，中国科大研制出24个超导量子比特处理器，2020年12月研制成功76个光子的量子计算原型机。

清华大学交叉信息研究院2017年量子信息中心副教授金奇奂(下图 创新人才)带领离子阱量子计算研究组实现了拥有超过10分钟相干时间的单量子比特储存，成果已在《自然—光子学》上发表。同年，清华大学发布国际首个核磁共振量子计算云平台。2018年4月，清华大学交叉信息研究院段路明教授研究组在《科学》期刊子刊《科学·发展》上发表了题为“25个可独立操控的量子接口之间纠缠的实验实现”的研究论文。同年，丘成桐数学科学中心助理教授金龙与 Semyon Dyatlov 教授合作论文《双曲曲面上半经典测度具有全支集 (Semiclassical measures on hyperbolic surface have full support) 在国际顶尖数学期刊《Acta Mathematica》(《数学学报》)上在线发表,对于理解量子混沌系统具有重要的意义。金奇奂研究组2020年1月11日《自然·通讯》在线刊发文，宣布首次在离子阱系统中实现了超过一个小时的单量子比特相干时间，刷新了此前660秒的纪录。

量子计算应用

1. 医学分子模拟——ProteinQurey与阿斯利康2020年7月9日宣布，合作利用量子算法+机器学习化学分子模拟、组合优化的方法，研发基于蛋白质组合模型的多肽类药物并且构建应用于治疗的肽库。预计将克服传统计算难以覆盖多肽变异数量过多的难题，提炼和验证数百万种治疗候选药物，发挥多肽类药物对某些疾病靶标的独特效力。

2.  分子模拟——埃森哲+1QBit+Biogen：2017年6月宣布，将通过采用混合量子计算方法并加权不同的分子变量进行比较，从而提高分子比较模型的保真度。由于量子计算方法能比任何现有方法更准确地比较分子结构并获得更多信息，Biogen便可以据此减少筛选适用于药物分子的成本。

3.  分子模拟——华为2019年9月发布量子化学应用云服务HiQ 2.0模拟器，作为国内首个一站式量子化学应用云服务，已成功模拟乙烯(C2H4)、氨气(NH3)、甲硅烷(SiH4)等分子基态能量。

4. 分子模拟——奥地利Alpine Quantum Technologies(AQT)+德国HQS Quantum Simulations2020年4月宣布战略合作,将通过云端量子化学软件，可望在量子计算机和经典计算机上有效地模拟分子和材料的化学过程。

5. 金融衍生品定价——Xanadu+加拿大BMO金融集团&丰业银行2019年8月宣布，已成功利用量子蒙特卡罗算法，完成百倍级实时定价，提高衍生品定价的处理速度和准确性(经预测，运行完整的量子蒙特卡罗将提速达数百到数千倍)

6. 风险分析——IBM+西班牙CaixaBank：2019年完成量子算法测试，2020年6月CaixaBank与IBM签署合作协议。使用量子机器学习算法，基于实际数据评估了专为该项目创建的两个投资组合(抵押投资组合和国库券投资组合)的财务风险。预计将复杂的工作从几天减少到只有几分钟。

7. 衍生品定价——QC Ware+高盛：2019年12月宣布合作。利用量子计算加速蒙特卡罗算法，计算期权或授予个人以特定价格和时间购买基础资产的权利的合同的理论价值。

8. 交通路线优化——D-Wave+谷歌+大众汽车：2017年在北京成功展示一万辆出租车无拥堵路线规划，能以最快速度往返北京市区和机场，避免交通拥堵。2019在里斯本成功展示量子路由算法和数据管理系统，通过云端量子计算实时规划9辆公交车最快行经路线。

9. 优化设计——D-Wave+洛克希德·马丁：2011年11月启动建立南加大-洛克希德·马丁量子计算中心，以模拟先进战机飞行姿态，改进军用飞机设计模型。

10. 分子模拟、系统优化——<波音：将量子计算用于航空航天基础材料科研，复杂系统优化，航天安全通信。

11．优化设计——空客：用以翼盒设计优化、计算流体动力学模拟、飞机爬升路线优化、飞机装载优化。

参考资料

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