量子产业恰少年

2021-07-19程华秋子

新财富 2021年7期

程华秋子

现行最强大的超级计算机“富岳”（Fugaku）耗时1万年的问题，量子计算机解决只需200秒。其超强算力，将重塑科技及产业未来。量子科技，已成为大国资本博弈的下一个角力场。

产业化潜力最大的量子通信、量子计算和量子测量领域，巨头已悉数入场。中国量子产业的发展，以科研机构和高校为主导，中科大及其所在地安徽省力拔头筹，成功打造“量子大道”，孵化了国盾量子、国仪量子、本源量子、问天量子等多家初创公司；安徽省首只量子科学产业发展基金，资金总规模100亿元。美国则以20.49亿美元的累计投资总额位居全球第一，初创企业喷涌而出。

量子计算，更是巨头必争之地。谷歌的悬铃木和中科大的九章，已成唯二實现“量子优越性”的量子计算原型机。

全球超过280家量子技术创业公司中，量子计算硬件公司最多，达89家。美国的谷歌、IBM、微软、霍尼韦尔皆重金押注于此，其全栈式开发、开放式创新模式各领风骚；中国的阿里巴巴、百度、腾讯、华为已从量子计算云平台入手。本源量子等初创公司，则从量子计算机、操作系统、应用程序开发，到云平台搭建、社区运营，与IBM等巨头同台竞技，在超导、半导体、离子阱等不同技术路线上进行全栈式开发，并时刻保持敏锐商业触觉，以免出局。

对本土公司而言，难点痛点如人才匮乏、经典计算机时期集成电路产业落后所带来的瓶颈，仍难以忽略。

2020年成为量子技术投资爆发的节点，全球投资总额跳升3倍至9.2亿美元，各国开始探索量子技术在金融、制药、AI等领域的现实应用。目前，仅量子计算领域，全球创业公司已有80多家。

未来，一旦量子计算的超强算力在实业领域落地，将彻底改变众多产业的发展格局。据波士顿咨询公司预测，到2030年，量子计算市场规模有望达到500多亿美元，发展空间广阔。

而当下，量子计算的商业模式和产业前景，在各大科技巨头和初创公司的探索、演绎和推进下，似乎逐渐变得有迹可循，制药、金融、材料研发、AI等多个产业开始描绘融入量子计算后的蓝图：通过量子计算，摩根大通能获得投资组合优化服务；初创数字保险公司能更精准地进行风险定价；制药公司能找到治疗阿尔茨海默症的方法；环保咨询公司能提出突破性的碳捕捉解决方案……

目前，全球关于量子科技的格局比拼中，中国量子通信产业走在了前面，而量子计算领域的前沿研究、样机研制和应用推广与欧美存在较大差距。在量子计算这个奔腾的赛道上，全球产业发展格局如何？中国领头企业选择了何种成长模式？其与美国等领先企业差距在哪儿，发展的主要掣肘是什么？

第二次量子革命，开启大国科技博弈新赛道

作为不可分割的最小能量单位，量子的世界令人着迷。

比如，按照爱因斯坦的说法，两个互相纠缠的粒子之间有一种“鬼魅般的超距作用”，即使处于两个不同的星球，只要一个粒子被操作而发生变化，另一个粒子也会相应变化。这个谜之现象，叫做量子纠缠。

薛定谔则用猫描述了另一现象，量子叠加：猫所处的死与活的叠加态，是量子力学中的普遍事件。

自从1900年量子力学的大厦开始构建，我们的世界便多了一种奇妙的表达。由此开启的第一次量子革命，催生了半导体、激光、核磁共振、卫星定位等技术，衍生的手机、电脑、互联网等应用，都为我们今天广泛享用。

20世纪90年代以来，科学家对光子、原子等微观粒子进行主动的精确操纵，又将我们带到了第二次量子革命的风口。

比如，借助量子纠缠效应，实现量子通信：通过操纵一个粒子，引起与之纠缠的其他粒子的状态变化，完成任意距离的两点之间的信息同步传送，并不被破解。2016年，中国发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，成为量子太空竞赛的领跑者。

再如，借助量子叠加、纠缠等原理，进行量子计算与储存：给传统计算机的基础运算单位比特，加上量子态，那么，量子比特就拥有了量子叠加的状态，它可以是0，也可以是1，通过并行处理，可以获得超越经典计算机的强大算力，实现“量子优越性”，又称“量子霸权（Quantum Supremacy）”。

2019年，IBM发布全球首款商用量子计算原型机；谷歌刊登“实现量子霸权”的论文，宣布研制出了拥有53个超导量子比特的量子计算原型机“悬铃木”（Sycamore），可以在200秒内运行超级计算机“顶点”（Summit）耗时1万年才能完成的计算。这两大标志性事件，将量子计算推向了一个新高潮。

图1：近18年全球量子技术新增风险投资总额

图2： 2002-2020年各国量子技术累计风险投资总额

數据来源：The Quantum Insider光子盒

资料来源：新财富据公开资料整理

从芯片设计，到纳米加工、检测、软件编程，量子计算机的制造涉及物理、机械、软件等多个学科。其核心，在于芯片设计。

量子的并行运算，需要利用量子相干原理，使粒子处于固定的相关联状态。然而，量子相干性又非常脆弱，容易受到环境的破坏，能够保持这一状态的时间很短。因此，量子芯片设计的难点，在于量子的相干时间和操控精度。为此，科学家们沿着电学、光学两大路线，在不同的技术上各显神通，采用不同的物理体系构建量子比特。目前来看，电学路线（固态器件路线）的超导、半导体和光学器件路线的离子阱技术，被认为更具产业化基础。

超导量子比特芯片，是利用超低温“冻结”粒子的运动，进而实现粒子状态的控制。由于超导量子电路的能级结构可通过外加电磁信号进行调控，电路设计定制的可控性强；同时，其与现有的集成电路系统相容性较高，具有多数量子物理体系难以比拟的可扩展性，是目前最有希望实现通用量子计算的方法之一。

半导体量子芯片，通过控制电子的多个自由度实现量子计算，且完全基于成熟的传统半导体工艺，具有良好的可扩展、可集成特性。

离子阱芯片，使用的是离子陷阱（离子囚禁）技术，其原理是利用电荷与电磁场间的交互作用力牵制带电粒子体运动，并利用受限离子的基态和激发态组成的两个能级作为量子比特，具有量子比特品质高、相干时间较长、制备和读出效率较高的特点。

具体来看，超导是当前进展最快的量子计算技术路径，谷歌、IBM等巨头均押注于此；半导体也是谷歌、SQC所选择的技术路线；离子阱技术，除了霍尼韦尔有所布局，初创公司IonQ及国内启科量子也有采用（表4）。

量子计算路线上，本源量子同时布局了超导与半导体技术。

2020年9月，本源量子推出了第一代6比特超导量子芯片夸父KF C6-130；此后，又相继推出第一代24比特超导量子芯片夸父KF C24-100、第二代硅基自旋二比特量子芯片玄微 XW S2-200。搭载以上芯片，本源量子推出了半导体量子计算机——悟本、超导量子计算机——悟源。

值得一提的是，在半导体量子点技术路线上，本源量子积累深厚，其技术依托的中科院量子信息重點实验室，长期承担科技部超级973计划——固态量子芯片研究、国家重点研发计划——半导体量子芯片研究，是国内唯一进行该技术研发的单位。张辉当初就是参与这个项目，从半导体量子专业博士毕业。

除了需要搭载量子芯片，量子计算机还有量子测控系统，超导量子计算机还需要量子低温系统。

量子芯片的作用类似于经典计算机中的CPU，测控系统即量子测控一体机，是量子计算机的输入、输出和控制系统，它提供控制信号给量子芯片，保证它运行，同时也提供测量信号到量子芯片，并读取返回结果。低温系统，则保障超导量子芯片在绝对零度（零下273.15 摄氏度）附近运行。

量子测控方面，2018年12月，本源量子推出了首款国产量子计算机控制系统——第一代量子测控一体机Origin Quantum AIO，2019年底完成了国内第一套涵盖标准仪器到低温电子器件的定制化量子测控产品体系，并于2020年9月发布了32位国产量子计算机控制系统。

模式分化：全栈式布局 VS 开放式创新

目前，量子计算机还处于原型机阶段。尽管业者认为，其至少需要5-10年才具备实用性，但为了应对不确定性，已有不少量子计算公司进行多头押注，以确保最终退出市场的不是自己。

量子信息时代，蓝色巨人IBM依然领跑。它采取的是全栈布局战略。量子计算生态圈，包括执行算法的量子硬件、控制量子处理器并将处理器连接到云端的经典硬件、用于将用户与云系统连接的软件工具，以及用户可以访问的应用程序和知识组合，IBM旨在实现这些步骤中的每一步。

表4：量子计算机的主要技术路线及进展

与IBM不同，微软和亚马逊追求的是开放式创新。亚马逊的AWS平台已经与硬件创业公司IonQ、Rigetti和D-Wave合作，它们每一家都深耕不同的量子技术。最近，亚马逊还表示有兴趣通过与加州理工学院的合作，推出自己的内部硬件开发计划。

微软在开发拓扑量子计算机的同时，与开发离子阱量子计算机的IonQ和霍尼韦尔以及正在开发超导量子计算机的Quantum Circuits Inc.合作。同时，微软投资了正在开发光量子计算机的创业公司PsiQuantum。

通过整合内外部资源、多头押注，微软和亚马逊能够实现不同量子硬件架构上的投资多样化，应对技术路线的风险。

在赛道选择上，本源量子对标IBM，同样采用全栈式开发，已布局量子计算机、量子芯片、量子测控、量子软件、量子教育、量子应用六大领域。

表5：2020年全球量子计算技术发明专利排行榜TOP20

软硬兼攻

在经典计算领域，中国的手机与电脑的操作系统几乎全被国外公司垄断。

在张辉看来，虽然中国在经典计算机硬件部分全力追赶，但从整个生态看，“卡脖子”的不仅是单纯的硬件和技术，操作系统及软件所带来的用户习惯的路径依赖，才更可怕。以“温英联盟”（Windows系统和英特尔）为例，国内的龙芯虽然造出来了，但是Windows系统表示不支持后，龙芯一直很难推广，习惯用Windows的用户，一般都会去买英特尔或者AMD的芯片。

量子计算机的落地应用，必定是硬件与软件共同发展的结果。基于这个逻辑，除了发力量子芯片等，本源量子在软件研发上也不遗余力。

2017年10月，本源量子推出了国内第一套量子语言标准QRunes，2018年2月研制了国内首款量子编程架构QPanda（量子语言与编译器的复合架构）、国内首款量子计算应用框架pyQPanda，及国内首个量子程序开发插件Qurator-VSCode。

2019年9月，本源量子化学应用系统ChemiQ正式亮相，开启量子应用软件的大门。该软件可用于模拟计算化学分子在不同键长下对应的能量，有利于推动生物科技研发进程。

据光子盒介绍，目前，全球范围内可供使用的量子计算机原型机约有50台，量子计算资源仍然稀缺。所以，操作系统成为有效管理和利用计算资源的最佳途径。

现有量子计算机操作系统，例如英国的Deltaflow.OS、奥地利的ParityOS，大多缺少量子资源管理、多量子计算任务并行处理、量子芯片自动化校准功能，难以有效利用当前稀缺的量子计算资源。基于以上技术痛点，2021年2月，本源量子发布了首款国产量子计算机操作系统——本源司南。本源司南能够接入具有多个量子处理器核心的量子计算机高性能工作站，包括超导、半导体、离子阱量子处理器，或混合量子处理器。这意味着，操纵多核量子计算机成为可能，量子计算资源随之增加。

从研发看，本源量子领跑中国的量子计算专利申请。在2020年全球量子计算技术发明专利排行榜上，本源量子以77件专利排在第7名。2019年，其以36件专利排在第12名，是连续两年上榜企业中名次提升最多的。本源量子研发的国内首款工程化超导量子计算机本源悟源、首款国产量子计算机操作系统本源司南、首个量子计算云平台、首个国产量子计算机测控一体机等，技术均为自主可控。

排名其之前的，多为美国巨头。2020年，IBM以554件专利反超加拿大的D-Wave，位列第一；谷歌反超微软，占据第三；美国军工企业诺思罗普·格鲁曼（Northrop Grumman）从2019年的第六升至第五，英特尔则掉到了第六。以上6家公司专利总量从2019年的1262件增加至2018件（表5）。

瞄准量子优势，试水商业化

技术布局的抉择之外，更值得探究的是量子科技公司的商业化探索及产业生态。

以本源量子为例，其收入的重要一环，是量子计算原型机的整机销售和配套服务、相关零件设备销售。

2020年，本源量子售出了第一台原型机。此外，其还向高校和科研院所出售测控一体机、学习机。学习机有两种版本：一种是硬件版，一般针对高校或企业，如建行曾买来进行教育培训；另一种是集群版，集群版是一套软件，有的高校会一次性采购30-50个账号，用于给学生上课，本源量子负责安装。

除了销售软件，本源量子还通过捐赠学习机给高校、科技馆来建设生态。张辉表示，在量子计算这条赛道上，本源希望在最早期就将自研操作系统及软件提供给下一代使用，他们现在可能在读大学，甚至高中，让他们从一开始就接触国产软件，才能建立有生命力的生态。

试水云服务

如何连接量子计算算力的供给方和需求方，云服务成为突破口。目前，IBM、微软和霍尼韦尔等公司的量子计算平台，都可以通过云技术提供访问。

量子和传统计算的异构解决方案将是实现过渡的主要方式，即将量子和古典计算结合成一个“混合量子/古典”层来加速计算，应用程序可以通过API选择量子计算或传统计算作为计算层。这种方法使应用程序能够分时共享基于云的量子计算资源，这些资源将由公共云服务供应商提供。

本源量子在2017年上线悟源云平台后，2018年开发出基于32位量子虚拟机的量子计算免费体验平台，并推出了2位/56位/64位量子虚拟机付费使用服务，主要针对科研院所和高校提供量子模拟器接入服務，为客户订制特定的量子计算解决方案。

2020年9月，本源量子上线了国内首个超导量子云平台，该平台基于自主研发的超导量子计算机——悟源（搭载6比特超导量子处理器夸父KF C6-130）。本源云平台提供了图形化编程、代码编程两种在线编程方式，推出了复杂网络排序、手写数字识别、用户偏好行为预测3款典型的量子编程应用，免费供用户学习使用。

据张辉介绍，云计算短期内有强需求的还是B端的企业或者政府机构，真正达到了企业级别应用，才会往C端方向走。不过，本源云平台也确实吸引了不少C端兴趣爱好者（月活超过千人），他们大多是软件工程师或者编程人员。

IBM的云平台从2017年上线后，如今已经有将近24万用户。除了本源量子、IBM这种企业云平台外，亚马逊这种平台型第三方机构，提供的量子计算云服务更为成熟。

2020年8月，依托于AWS（亚马逊云服务平台）上线的亚马逊量子计算平台Braket，可提供量子计算开发环境，帮助客户探索和设计量子算法，在模拟量子计算机上进行测试。它的服务中，包含一部分免费的本地模拟器（适用于运行中小型模拟，通常最多25比特），而对于需要高性能计算资源的更大更复杂的算法（最多34比特），可以将模拟任务提交给Braket服务，以每小时的费率计费，以一秒为增量，最终以执行模拟所花费的时间做结算。如果使用托管模拟器，Braket模拟器的费用为4.5美元/小时。

此外，用户还可以通过亚马逊访问其后端阵容强大的量子硬件平台，来使用不同技术栈的量子系统。不同的硬件供应商和量子计算机有不同的价格（表6）。

其中，D-Wave成立于1999年，是全球第一家退火量子计算系统的商业供应商；IonQ的量子计算机采用离子阱技术，其与亚马逊合作，也是该系统首次向公众开放；Rigetti所构建的是超导量子计算系统，AWS客户可以基于Rigetti的32比特量子系统访问其最先进的处理器Aspen-8。

量子计算如何改变制药行业？

量子计算要对社会真正产生深度影响，还得依靠和产业的深度融合，带来巨大价值，比如，改变制药行业的未来。

传统的药物发现是通过反复试验和临床研究来完成的。找到最佳化合物的一种方法是制造大量化合物并测量它们的性质，但这种方法显然是时间和资源密集型的。使用计算机建模和模拟来分析原子和分子的行为，效率极低。在这方面，量子计算机要远远优于经典计算机。

表6：Braket的后端定价模式

比如，模拟青霉素，一个有41个原子和更多电子的分子需要10的86次方个经典比特，这比宇宙中原子的数目还要多。如果使用量子计算机，只需要大约286个量子比特。

以色列量子计算初创公司Quantum Machines指出，我们可能仍然需要等待几十年的时间，才能制造出能够模拟蛋白质大小分子的量子计算机。但一旦它出现，就意味着制药和化学工业运作方式将彻底变革。

近年来，各大制药巨头已纷纷布局量子计算。

早在2017年6月，全球TOP20制药巨头美国渤健（Biogen，BIIB.NSDQ）宣布与埃森哲、量子软件公司1QBit合作，将量子计算引入多发性硬化症、阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和鲁盖瑞氏症等适应症的治疗开发中。

2018年2月，制药巨头诺华确定了以技术为中心的发展路线——将人工智能、远程医疗、自动化乃至量子计算融入新药研发中劳动密集型程度较高的环节。同年5月，美国辉瑞与中国AI制药公司晶泰科技签订战略研发合作，建立小分子药物模拟算法平台，提高算法的精确度和适用广泛度，驱动小分子药物的创新。

2021年3月，中美冠科生物宣布探索量子技术推动肿瘤药物发现中的多基因生物标志物的鉴定，葛兰素史克（GSK.NYSE）则宣布正在评估包括遗传算法在内的特定工作负载的量子计算。

一旦这些制药巨头在量子药物上取得实际进展，那么相关科技公司也将受益。根据The Pharma Letter的报告，2019年全球制药市场价值约1.3万亿美元，TOP10公司约占其中的1/3，总收入为3925亿美元。

本源量子同样也在生物医药领域试水。2019年9月，中科大校友创立的瀚海博兴加入本源量子计算产业联盟（OQIA），与之共同推进在生物大分子改构、蛋白质定向进化等领域的研发。

2021年6月，国内十余家生物化学行业企业连同本源量子共同发起成立量子计算生物化学行业应用生态联盟，意味着我国生物化学行业正式进入“量子计算”赛道。

强大算力或赋能金融行业

除了医药生物，金融业也有望最先实现“量子优势”。

例如，通過量子计算分析和建模无限数量的当前事件和市场场景，帮助客户确定最优投资组合；更有效地识别欺诈指标或大规模的市场变化；开发全新的金融算法和风控模型。未来，量子计算还可应用于智能金融、资产和风险管理、高频交易、欺诈检测、加密货币等金融服务的各个领域。

变革前夜，包括华尔街在内的各大金融巨头，已开启量子金融竞赛。摩根大通、巴克莱银行、高盛等已经联合IBM等公司，研究利用量子计算进行风险优化和投资组合优化。加拿大BMO金融集团、丰业银行与该国量子计算初创公司Xanadu合作，开发量子蒙特卡罗算法，以提高金融交易效率、优化实时定价。

而国内的量子金融算法也实现了零的突破。

2020年9月，本源量子与建行旗下金融科技类全资子公司建信金融签署战略合作协议，建立了国内首个量子金融应用实验室，并推出国内首批量子金融应用——“量子期权定价应用”与“量子VaR值计算应用”，探索利用量子计算解决金融定价与风控难题。

尽管它们仅是最简单的模型，但也为今后量子计算在金融领域的应用场景拓展打下了坚实的技术基础。

搭建产业生态链

医药生物和金融的应用，只是商用量子计算的初步试水。

《2021量子计算技术创新与趋势展望》报告显示，如果量子纠错机制得到实现，量子计算将在10-15年实现商业化，2030年可能会是量子计算商用元年，全球量子计算市场将达到140亿美元，并以每年30%增速上涨，那时，各行各业可能都会依赖量子计算的强大算力。

为了推进国产工程化量子计算应用落地，培育量子计算生态圈，本源量子对标IBM Q Network，于2018年7月成立本源量子计算产业联盟。虽然目前实际产业尚未成型，但本源量子按量子计算中生产制造、生态应用、科普教育的驱动逻辑，划分了生产制造链、量子计算生态应用链、量子计算科普教育链。

量子计算生产制造链，是按超导和半导体的固态电学器件来划分的。张辉用传统计算机制造链做类比：要制造出量子计算机，就得有各种零配件；造芯片的以后可能诞生一个新英特尔，造测控系统做主板的可能诞生一个新华硕，代工芯片的可能诞生新的台积电。和经典计算机类似，从芯片、主板到各种系统软件、键盘鼠标等配件，未来每条制造链上都是一个比较大的产业，想象空间巨大。

目前，本源量子制造链涵盖量子计算机生产制造上下游企业，包括晶合集成、中船重工709所、成都中微达信、中船重工鹏力。其中，晶合集成为安徽省第一家12吋晶圆代工企业，目前拟在科创板IPO，募集120亿元用于晶圆制造。

第二个生态应用链，则是量子计算机开发出来后，以市场导向和产业需求为指引，推进其在各类场景的应用开发。如瀚海博兴以及建信金融，均是本源量子在生态应用链上的合作伙伴代表。这些合作主要是建立在量子计算的算力能够实质性突破上（而非颠覆原有产业理论模型）。

此外，本源量子应用链上的联盟成员还包含了哈工大机器人、臻天链、云从科技（拟IPO）、中科类脑、合肥大数据资产管理公司。

而第三个教育产业链，张辉认为是目前最容易落地的，因为教育培训具有很高的商业价值，从人才的储备角度看也非常关键。“人才的培育需要一个过程，从本科开始到研究生、博士毕业，至少是7-10年的时间。如今人工智能专业火热，各大高校都在开设人工智能学院，就是因为这个市场越来越大，而5-10年前这个专业还很冷门，我们也应该为未来10年的量子计算产业爆发做好准备”。

2019年3月，本源推出国内首家在线量子教育平台——本源量子教育云平台，免费开放量子教学课程。同年9月，《量子计算与编程入门》教材发布，它是国内第一部专业的量子计算与编程教材，可作为“量子算法程序员”的“第一本学习手册”使用。2020年8月，本源量子计算体验中心正式开放，地点位于合肥，主要展示了本源自主研发的国内首台超导量子计算机原型机和国内首台半导体量子计算机原型机，并推出基于3D虚拟仿真技术的本源量子计算全物理体系学习机。

目前，本源的教育链主要搭建为服务科普产业的资源共享平台，中国科学技术大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学、西安电子科技大学、西安交通大学、南京航空航天大学、中国海洋大学、问天量子、中科院量子信息重点实验室、海利尔（603639）已加入联盟。

量子社区集成

社区运营也成为量子初创公司经营的一个重心。本源量子就借鉴了小米的互联网经验，通过运营社区来加强粘性，以期在未来发挥作用。

2020年8月，本源量子上线了国内量子计算行业交流平台——本源开源社区，供行业人员及相关爱好者交流、学习。张辉认为，不管是经典计算机还是量子计算机，都需要贴近用户。本源希望通过社区，把爱好者聚集起来，目前，社区及其他渠道聚合的粉丝将近1万人左右，虽然还很小众，但他们作为中国最早的一批学习者和使用者，都是中国量子计算领域的先驱，在产业大规模落地之际，这批高质量粉丝将具有重要价值。

尝试量子社区集成的公司，并非只有本源量子一家。

2021年4月13日，刚计划上市的首家全栈量子计算公司IonQ宣布，将其量子计算平台与IBM的开源量子软件开发工具包Qiskit全面整合。Qiskit用户无需编写任何新的代码，可以直接向IonQ平台提交程序，并运行相关程序。此外，IonQ还发布了一个与Qiskit无缝集成的开源库。

这意味着，开源已经彻底改变了传统的软件开发，通过此次整合，量子社区离广泛适用的量子应用更近了一步。

从售卖量子计算原型机、上线云平台服务，到建立量子计算产业联盟，再到和生物醫药机构、建信金融科技合作探索应用落地场景，本源量子的产业化尝试很多元，但目前其尚未盈利，因为量子计算整个产业仍处于培育时期。

到今天为止，虽然“量子霸权”和“量子优越性”之类提法不断见诸媒体，但张辉直言，量子计算目前只是解决了数学问题，离商业应用尚有一段距离。

弯道超车的路上，还有哪些坎儿？

中国量子计算产业化这条道路，虽然前景广阔，但难点痛点如人才匮乏、经典计算机时期集成电路落后所带来的瓶颈，却也难以忽略。

仪器设备瓶颈再现

在张辉看来，中国发展量子计算，第一个难点还是受制于经典计算机上被“卡脖子”。

当前，国内量子芯片的生产仍以实验室加工为主，但要研制性能更加优越的量子芯片，必然需要成熟的制造工艺与产线化的生产加工模式。量子计算机的固态电学器件，就是沿着集成电路衍生出来的，它需要大量借鉴半导体行业的工艺、技术、设备、人才，而国内这方面都较为落后，这些自然会影响到我国量子计算机的研发。

据张辉介绍，本源量子现在的芯片制造是借用中科大的仪器设备，采用百纳米的工艺。虽然目前还未完全受制于工艺，但继续往下做100比特、200比特芯片的时候，对工艺的要求就达到了10-20纳米，而这正是一个非常大的难点；目前，本源大概有30%的仪器设备只能进口，如制冷机、高频线、高速芯片等。如果国内半导体产业没有突破，未来，中国在量子计算机的仪器设备上也可能出现瓶颈。

为了解决这一问题，2021年4月9日，本源量子与晶合集成宣布合作建设“本源-晶合量子芯片联合实验室”，将在极低温集成电路领域进行工艺合作开发以及工程流片验证，实现从量子芯片设计到封装测试全链条开发。其中，超导技术线将对标IBM、谷歌，半导体技术线对标英特尔22nm FinFET（鳍式场效应晶体管）、法国研究机构CEALeti的28nm FDSOI（全耗尽SOI技术）。这将从源头上推进国产量子计算机应用落地。

融资火热，人才匮乏

技术瓶颈之外，最大的难点还是人才的缺乏。

目前全球量子计算的核心人才普遍短缺，特别是国内从事量子计算研发的专业人员仅百余人。而前沿科技人才培养，往往与市场需求之间存在错位的“时间差”。

中国内地第一代半导体创业者武平和陈大同，都是清华电子系最早毕业的一批博士，两人分别为77级、79级。然而，他们博士毕业时，国内工业技术落后，没有资金和设备，微电子专业几乎无从着力。在“学了些东西但用不上”的茫然中，他们都随大流出国了。

“毕业即失业”的尴尬同样出现在了张辉身上。张辉是郭国平教授带的第一个博士生，2008年从中科大毕业时有着“中国第一个半导体量子计算博士”的光鲜Title，2003-2004年国内实验室量子半导体平台的项目就是其参与搭建的。但2008年国内根本没有量子计算公司，“那时连谷歌、IBM都还没开始做这个，毕业以后我只好回到上海，做了跟量子计算完全不相关的工作”。

张辉面临过的困境，跟最早一批“清华电子系”学子的尴尬如出一辙。不同的是，市场环境已经今非昔比。上世纪90年代，中国内地还没有市场化的风险投资，第一代芯片公司展讯通讯创始人之一的武平只能从海外找资金。当时，正值美国的互联网泡沫破裂，直到2001年6月，武平才拿到台湾富鑫和联发科蔡明介的第一轮投资650万美元，代价则是过半的股份。而如今，国内资本市场已经逐渐成熟，而且在政府引导下，不论是科创板释放的红利，还是纳入国家战略层面后的意志因素，资本追逐的热度变高。

张辉回忆，本源量子A轮融资之前，他和一个师弟去北京、上海找机构路演，对方会觉得10-15年的投资周期太长了；而A轮开始，他们每周会接待20多家机构；转折点出现在2020年7月国盾量子上市后，来调研和拜访的机构络绎不绝，感到市场一下子“疯狂”起来。如今的市场环境，对量子科技公司而言，基本上实现了“天时地利”，剩下的就是“人和”——培养人才。

今天，量子科技在人才上供需的关系上已经完全逆转。张辉直言，目前本源最大的难点是“招不到人”。

从教育发力：职业教育、基础教育并举

为破解这一困境，拥抱新的蓝海，初创企业、研究机构、科技巨头都开始布局量子信息教育。

IBM的教育资源大部分与Qiskit相关。Qiskit为IBM推出的一个开源软件开发工具包，为量子系统开发提供全套量子模拟工具和量子加速器。此外，Qiskit还在2020年夏天开办了全球暑期学校，课程包括量子计算的预备课程，并集中在两个关键领域：超导器件和量子化学应用。

而微软创建了一个关于量子计算的在线课程，共33章，教授基础概念和一些著名算法，并使用微软的Q#语言和Python。课程的前两章是免费的，但进入其余章节则需要付费。

国内企业中，除了本源量子外，量旋科技、国仪量子都通过与高校合作，并推出量子信息相关的课程教学，来推广自身的产品。

2019年，国仪量子推出首款面向大众的金刚石量子计算教学机和基于该产品的量子计算实验课堂整体解决方案。该产品具有可用于通用量子计算的2比特，可以进行量子比特演示、量子逻辑门操作、量子叠加态演化和经典量子算法演示。

2020年1月6日，量旋科技发布全球首台桌面型核磁共振量子计算机（2比特）“双子座”，并与清华大学、北京理工大学等高校达成战略协议，“双子座”将会用于量子力学和量子信息方面的课程教学。

不过，这种商业公司推广的科普教育与高校的专业教育还是有所不同。唯有通过两者的互补，才能真正填补人才缺口。

加强量子科学教育，已成为全球高校的共识。2021年4月26日，哈佛大学增设了量子科学与工程博士学位，属于全球首批量子科学与工程博士项目之一。此前，哈佛大学已经拥有一个强大的量子科学和工程研究团体，该团体由哈佛量子计划（HQI）组织。

目前，全球量子信息以博士教育为主，但也有一些高校在硕士阶段设立量子信息科学专业。值得一提的是，中科大在2021年3月新增设了“量子信息科学”本科专业；5月24日，清华大学成立量子信息班，由图灵奖得主、中国科学院院士姚期智担任首席教授，这是该校首个量子信息方向的本科人才培养项目，首批计划招收20人。

随着“量子信息科学”本科专业的设立，专业教育的空白将逐渐被填补。作为一门交叉学科，在实践中人们摸索出了更实用的道路。

在清华大学AI Time论坛上，清华大学交叉信息研究院马雄峰副教授提出，可以依据物理背景和计算机背景去划分人才：物理背景的研究者可能侧重于打造量子计算机，标准路径是学完四大力学以后按部就班地做实验；而计算机背景的人才侧重于使用量子计算机。

本源量子的人才队伍培养也正是基于此逻辑。据张辉介绍，本源量子招的都是“1/2人才”，即计算机背景的人教他量子力学，物理背景的人教他计算机，进行交叉培养。正是通过这种“土”方法，本源培养了一批量子计算的生力军。

而具备这种“拆分”能力，正是本源量子的优势所在。因为在执行层面做芯片，要把整个大任务拆解下去，需要“大脑”来指挥，而本源量子成立的前3年，正是在磨合这个事情：如何培养人才？怎么分工？技术怎么推进？形成怎样的组织架构？这些达成以后，公司才能高效地运作。

值得一提的是，虽然科学家创业失败率较高，但是本源量子没有找职业经理人，因为量子计算门槛太高，懂技术又懂经营管理的职业经理人太少，所以，其现在核心的高管团队还是以郭国平教授的博士生团队为主。

中国：量子通信領跑，量子计算、量子测量与欧美仍有差距

尽管中国已经有一批科研机构和企业投身量子计算，但在这一赛道上，差距依然显著。

《2020年量子信息技术发展与应用研究报告》显示，在量子科技产业化应用的三大领域中，我国量子通信领域科研水平与国际基本保持同步，星地量子通信研究和示范应用探索处于领先；而量子计算领域的前沿研究、样机研制和应用推广与欧美存在较大差距；量子测量领域的商用化和产业化仍有一定差距。

当量子科技成为大国博弈的必争之地，某种程度上，科技树的点选，反映了一个国家的发力方向。相比美国对算力的重视，中国则在通信上取得优势地位。这从我国对5G和量子通信的提前布局都可以窥见。

一定程度上，量子计算与量子通信处于“攻守”的关系。如果说量子计算是打破摩尔定律的锋利之矛，那量子通信就是守护信息安全的坚固之盾。

量子计算作为攻方，算力的提升会使数据的处理能力大幅提升，对未来的预测和判断也就越来越准确；而量子通信是利于防守的，量子无法分割、克隆的特性，让量子通信成为一种无法被破译的加密方式。

量子通信主要分为量子隐形传态（QT）和量子密钥分发（QKD）两类，目前产业化的主要是QKD，当前市场主要集中在对保密要求高的党政军和金融系统。

量子测量主要是通过利用量子体系（如原子和光子）的量子特性或现象，如叠加态、纠缠态、相干等，实现更高精度的测量，比如中国的北斗导航系统利用量子测量技术，把定位精度提高到非常高的程度。

初创公司依托高校，加速孵化

与美国相比，中国量子计算的企业参与度较低，美国这一方面的专利主要来自企业，中国专利则以科研院校为主，因此，在企业层面，中国看起来与美国差距更大。

根据中国信通院的统计，近年来中国量子计算专利申请趋势快于美国，区别在于美国有80%的专利来自企业，中国企业仅有50%左右，其他专利主要来自科研院校。这就导致了中国从研发转化为产品的能力弱于美国；科研院校、初创公司及科技巨头之间，尚未在这一领域有效分工形成合力。

创新包括原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新等类型，张辉称，中国缺少的是原始创新，即从实验室科研品变成产品，出身中科大的本源量子，核心优势就在于此。

盘点目前国内量子计算初创企业的背景，主要还是依靠高校科研院所。尤其是中科大，如同量子科技的黄埔军校。

在合肥高新区，云飞路一直被称作“量子大道”。在这条仅有几百米长的大道上，汇聚了包括国盾量子、国仪量子、本源量子等在内的多个量子初创公司，它们都孵化自中科大。此外，专攻量子通信的问天量子，同样源自中科大。

值得一提的是，量子领域投资上，中科大所在的安徽又拔头筹。

2017年12月12日，作为安徽省“三重一创”产业发展基金母基金的子基金，由安徽省投资集团组建的安徽省量子科学产业发展基金正式启动运营。该基金总规模100亿元，分两部分设立，第一部分由“三重一创”母基金主导设立，着重支持安徽量子产业发展，规模约为40亿元；第二部分计划由知名机构牵头，“三重一创”母基金参与，总规模不少于60亿元。

首批40亿元的基金，一期到位20亿元，已注册为量子科学产业发展基金有限公司，分别由“三重一创”母基金出资15亿元、合肥市产投出资5亿元。一期基金存续期初步拟定10年，前5年为投资期，后5年为退出期。后续还拟设2-3期，将由“三重一创”母基金联合中国科学院成果转化基金等共同设立。该基金主要投资但不限于量子通信、量子计算、量子测量等量子科学领域有关企业和上下游企业，以及其他前沿技术企业。

目前，一期基金仍在投资期。从投资清单来看，安徽省量子科学产业发展基金共有8笔投资，其中只有一家纯正的量子科技公司——国科量子通信网络有限公司。此外，其还投资了合肥中安智芯（股权投资）、东超科技（综合新媒体解决方案）、捷兴信源（信息安全检测）、天地信息网络研究院（卫星设计）、中科重明（发动机数字化设计）、中科类脑智能（人工智能）、北方芯动联科（MEMS器件）。

中科大系之外，其他高校背景的量子科技企业，也成为值得重视的新生力量，比如，量旋科技的团队背景为南方科技大学。2020年11月，中国科学院院士、清华大学副校长薛其坤调任南方科技大学，出任校长。履新之前，薛其坤为北京量子信息科学研究院院长，其领衔研究团队在国际上首次发现量子反常霍尔效应，这项成果被诺贝尔物理学奖获得者杨振宁称为“中国实验室里发表的第一次诺贝尔奖级的物理学论文”。随着薛其坤的加入，背靠深圳的南方科技大学或许会孵化更多量子科技公司。

2021年初，上海诞生的国内首家光量子计算公司——图灵量子，则孵化自上海交通大学集成量子信息技术（IQT）研究中心，其创始人金贤敏教授同样来自中科大近代物理系，2003年师从潘建伟教授，2008年获得博士学位，2008-2010年在潘建伟实验室做博士后。