量子计算技术在不断发展,可解决问题的类型在不断扩大。全球范围内,国家的投资和私人的投资都在过去数月中凸显活跃。

伴随着政府资助和新的合作关系,当前形势有助于降低新技术应用的障碍,并在动荡的市场中找到归宿。

但在此之前,量子计算已为不同策略的新市场,提供了令人兴奋的测试平台。本文力求简约,参考Nature文章[1],提炼并分析量子计算领域的商业前景,以供快速参考。

 

背景梗概

尽管量子计算有着科学进步和投资浪潮的背景,但量子计算商业市场仍然面临着技术和市场的高不确定性。

当出现技术上的不确定性时,会导致活跃的量子计算公司骤增,随着高难度的技术挑战伴随着的研究强度的提高,应对市场不确定性的商业策略也层出不穷。

本文通过主导产品设计的角度,来深思探讨商业量子计算的近期发展情况。同时,也对比了量子计算市场发展过程中出现的不同新策略。

 

市场演变

观过去的科技浪潮发展,新市场的出现,通常都充满了不确定性,人们对影响此类市场发展的因素进行了大量的研究。

以市场演变为主导的设计模型认为:一个行业中活跃公司的数量,为市场在其生命周期中所处的位置提供了强有力的指标。

由于技术的不确定性较高,带来的机会也大,这就导致公司的数量增加。然而,一旦出现了主导的技术路线,在合并和退出市场的过程中,公司自然消减,量子计算亦如此。

 

深度剖析新兴量子计算商业前景-量子客
图1|1990年-2020年量子计算硬件与硬件发展(来源:Nature)

左图(专注于硬件开发):

对比量子计算领域的老牌企业和初创公司,可以看到,在过去的20年间,老牌企业为量子计算商业化奠定了一定基础,与此同时初创公司寥寥无几。

两个重要时间节点:

1)在2011年D-Wave公司出售了其第一套量子退火系统后,初创公司数量激增;

2)2015年——即IBM发布第一台商用云量子计算机的前一年——初创公司的数量彻底超越老牌企业,自此以后迅速增加。

左图的趋势表明,老牌企业丰富的资源的确为多年的基础研究提供了基础,同时也证明了商业量子计算的可行性。

然而,一旦商业量子计算的可行性得到证实,私营初创公司就带着其新技术和强野心冲进市场。这个有趣的现象说明,初创公司对于追求不确定技术的商业化更感兴趣。

未来会出现标准化技术,从而消除技术上的不确定性。最终,市场准入、企业合并都会一一减少。但是,就目前来看,量子计算带来的机会和技术的不确定性,会为这一行业吸引到很多新鲜血液。

右图(专注于软件开发):

这种趋势在量子计算软件(算法、应用程序、模拟器和接口)开发公司的活跃数量上,有一个有趣的变化。

与硬件开发的企业相比,软件开发需要较少的开发资金,一旦商用量子云计算机能够提供一个技术开发的平台,就会使软件公司增多。

 

专利趋势

通过观察全球不同公司的专利申请数量,可以进一步了解量子产业的快速发展。

左图(北美老牌企业的专利申请数量),中图(亚洲老牌企业的专利申请数量),右图(初创公司的专利申请数量)

 

 

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图2|申请专利数量(来源:Nature)

这些图表揭示了美国和亚洲公司之间的鲜明对比,在过去的20年间,大多数亚洲老牌企业都在稳步增长其专利组合,中国以本源量子(Origin Quantum)的专利为量子计算领域的代表,格外显眼。

除了惠普的早期进入和随后的退出市场之外,美国的老牌企业虽然出现得晚,但是在IBM2016年商业量子系统发布后,发展得更快。

亚洲老牌企业在发布了商用量子平台之后,并没有出现与之类似的蓬勃发展,这与强劲的基础设施有一定的关系。

放眼全球量子企业,除了D-Wave系统例外,全球范围内的初创公司也只是最近才出现在市场上,但它们正在迅速申请专利技术以证明其竞争优势。

 

应急战略

尽管如此,商业平台的用户总数仍然只占市场预期的一小部分。随着技术的进步,各个企业都在推动其技术路线的资质,并力求在量子计算的市场上发展、控制,战略性覆盖。

与其他突破性技术一样,政府在资助基础研究和应用研究方面也发挥了重要作用,使新兴产业成为可能。世界各国政府继续为量子硬件、软件技术开发进行大量投资。创新激励政策也在支持新兴企业的发展。

例如,中国政府层面上,国家主席宣布了全国范围内高度重视量子技术的应用,而美国国家科学基金会(NSF)最近宣布了一项与IBM、亚马逊和微软的协调项目,在这个项目下,NSF将为研究生提供额外的资金,而上述企业的量子云平台将为这些学生免费开放。

在北美量子公司这个三大巨头中,我们观察到了两种不同的管理量子计算价值链的战略:全栈式战略和结构开放式创新战略。而类似的情况在亚洲地区(中国在内)也呈现类似的趋势。

 

全栈式战略

IBM以量子计算领域大佬级身份加入NSF协议,从1998年第一次实验性地执行量子算法,到现在连接到云端的28台量子计算机,IBM从一开始就是这个领域的主导者。这使他们能够追求“全栈式“商业战略,从而形成整个量子计算的价值链。

 

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图3|IBM量子计算机(来源:IBM)

这个价值链包括:

1)执行所需算法的量子硬件;

2)控制量子处理器并将处理器连接到云的经典硬件;

3)用户与云系统连接的软件;

4)以及用户可以访问的应用程序和知识组合。

IBM旨在完成所有这些步骤,同时还为模拟量子计算机上的算法开发,提供高级经典模拟器。

这种方法已经落实到他们的IBM Q Network上,一个由企业和研究机构组成的分层社区,试图通过协作研发和用户开放式创新来构建量子计算社区。

IBM Q Network是为了支持、培训和教育IBM量子云计算机的用户,同时协作开发新平台的应用程序。其涵盖了从国家到大学实验室、再到财富500强、以及量子计算软件初创公司的各个领域的成员。

但其中不包含任何量子计算硬件初创公司,也不包含任何与IBM量子比特技术直接竞争的企业。实际上,只有一家公司——Archer Materials Limited——正在积极开发与之竞争的量子计算硬件,可以在室温下进行芯片操作,而不会与IBM的量子比特技术直接竞争。

 

结构开放式创新战略

与IBM的全栈式战略不同,微软和亚马逊选择了结构开放式创新战略。他们已经建立了合作伙伴关系,以将硬件和软件的量子初创公司集成到打包的价值链中,并通过其现有的云平台提供给用户。

亚马逊已经与硬件初创公司IonQ、Rigetti和D-Wave(分别代表不同的量子比特技术)合作。

与此类似,微软也与IonQ和霍尼韦尔公司合作,这两家公司都使用离子阱量子比特技术,而耶鲁大学量子计算初创公司(QCI)则在开发超导量子比特。

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图4|微软公司的策略(来源:微软)

这些合作关系加持了微软建立全球研究网络,此网络旨在追求拓扑量子计算,并对量子计算初创公司PsiQuantum进行风险投资。

亚马逊也通过近期与加州理工学院的合作,表明了对于启动自己内部硬件开发计划的兴趣。通过内外部的一致努力,微软和亚马逊已经能够在不同的量子比特结构上分散投资,如果超导量子比特遇到了阻碍,无法进行下一步地扩张,这将是有益的。

这种结构开放式创新战略,允许他们同时启动其量子计算产品,也利用他们现有的云计算基础,开启用户开放式的创新过程。

亚马逊和微软的这一战略,创造了一种共生的市场进入方法,使Rigetti和IonQ等初创公司得到了在消费者和企业间的声誉。

随着含噪声中等规模量子(NISQ)机器的发展,量子计算面临的挑战从找到解决方案,演变为找到目标用户。而市场准入将成为未来初创公司将要面临的门槛,像微软和亚马逊这样的成熟合作型企业,可以为这一门槛提供解决方案。

 

展望

涌入量子计算市场的浪潮并非没有历史先例。当经典超级计算机市场正在寻找冯·诺伊曼结构计算机的替代品时,开发大规模并行处理计算机的公司也掀起了类似的热潮。

然而,一旦占主导地位的设计出现,通过合并和退出的过程,公司的数量就会急剧下降。

目前,100多家初创公司进入量子计算行业,推动其发展。正如先前在新兴的纳米生物技术行业所看到的那样,这些初创公司采取的多种方法,在市场最终呈现出一个主导方案之前,都是新颖的。

 

参考链接:

[1]https://www.nature.com/articles/s42254-020-00247-5

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:Sakura