内容来源：量子前哨（ID：Qforepost）
文丨卉可 排版丨沛贤
深度好文：2600字丨5 分钟阅读
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量子计算是一场高风险的游戏
近日，PsiQuantum从澳大利亚联邦政府和地方政府获得了10亿澳元资金，这个消息在科技界引起了不小的轰动，引发了热议甚至争论。这使最持怀疑态度的人也不得不承认，量子技术有望成为科技行业的下一个重大进步。
PsiQuantum的交易只是从商业和国家战略角度加强努力的一个例子。量子技术已被认为是重要的价值推动因素，并在国家关键议程中占据了突出地位，特别是在网络安全领域。
根据全球量子智能 QAM引擎的预测，虽然目前量子计算的潜在市场（TAM）仍然有限，但预计到 2030 年，该市场可能接近 100 亿美元，2035 年将超过 250 亿美元。
这些预测基于对量子计算用例的全面研究，以及价值链中的特定参与者如何实现其价值，并考虑了量子领域中可能出现的所有合理场景。因此，该数字代表了当前的合理估计，具体取决于量子技术所遵循的轨迹。
对 2024-2035 年量子计算的预测，整个潜在市场分为特定的量子计算用例组（图片来源：网络）
在未来几年（2025-2030），预计量子计算领域将出现三种潜在场景。第一种情况最乐观，即实现广泛的量子优势，这主要归功于纠错技术的进步。第二种情况是继续当前的量子与经典竞争，其特点是宣示霸权地位，并可能随后被该领域的其他参与者或爱好者挑战。第三种情况最悲观，即可能出现一个艰难的量子寒冬。
时间线代表了量子技术市场从现在到 2050 年可能采取的各种轨迹（图片来源：网络）
尽管如此，随着我们继续展望未来，本世纪末将成为当前发布的许多路线图的关键交叉点。包括IBM、Microsoft、Pasqal和QuEra等行业领导者的路线图。
02
概览方法
量子情报公司GQI（Global Quantum Intelligence）的工作人员，正在努力跟踪全球参与量子技术的组织。他们分析了量子计算机供应商、大型企业、量子联盟计划的商业进展，以及大学、私营和政府研发机构取得的学术突破。
在这项研究中，他们对同行评审期刊和arXiv上发布的新闻稿、合作公告以及大量科学出版物进行了彻底检查。通过利用海量的 GQI 数据库，他们策划了一个真正的全球组织集合，开发量子计算用例。
为了确保研究结果的完整性和相关性，在将示例分类为本研究中的用例时，采用了严格的标准。每个用例都必须展示商业相关性，提供硬件要求，解决特定问题，并详细说明该方法的局限性。
研究人员有意排除算法或量子程序的进展，即使是在混合环境中也是如此，因为这些更偏向于学术性。客户主要是对市场的当前状况感兴趣，而这正好是GQI所专注提供的服务。
下图显示了归类为量子计算用例开发人员的 268 个组织的分布情况。美国在图表中权重最大，这与其在全球量子计算初创公司数量方面的领先地位相关。中国和日本也有很好的代表性，尽管比例较小，但覆盖了全球大部分地区。这表明，量子计算正在全世界范围内传播，有 36 个国家或地区有代表。
开发量子计算用例的组织数量的地理分布（图片来源：网络）
03
哪些行业已经在研究量子计算？
跨行业分布的用例数量以及每个行业按实施状态细分的用例数量（图片来源：网络）
分析数据涵盖了8 个行业的 172 个用例：安全与国防、生命科学、基础设施、健康、金融服务、能源与资源、化学与材料以及工业智造。还包括了第九组，即多个行业，用于适用范围更广的用例。在这些组中，又根据用例的实施状态进一步细分了用例。
就正在开发的用例数量而言，排名前三的行业是工业智造、金融服务和生命科学，每个行业都有超过 50 个用例。化学品与材料以及能源与资源紧随领先行业，各有 30 多个用例。基础设施、健康以及安全与国防目前正在开发的用例不到 10 个。
在检查这些用例的实现状态时，研究人员发现有很大一部分是模型演示，并伴有经典模拟、问题表述、理论推理和推测。这表明，尽管各行业对量子计算应用投入了大量的兴趣和努力，但许多用例仍处于开发的早期阶段，尚未在实践中完全实现，只有少数案例标记为“部署中”。
04
量子计算用例的技术概述
该图展示了用例开发的全面技术概述，包括问题域、硬件模式和计算方法细分（图片来源：网络）
在前面介绍的每个行业中，GQI 对研究人员和开发人员尝试使用量子计算解决的问题领域特别感兴趣。它已经确定了四个不同的问题领域：QML和线性代数、代数、优化和模拟。
上图的左侧说明了这些问题领域与各自行业的映射。优化是最大的一组，在工业智造、金融服务以及能源和资源领域具有重要意义。虽然 QML 和线性代数应用程序也非常关注金融，但它们往往与行业无关，同时针对多个行业。模拟是化学与材料以及生命科学中最常遇到的问题领域。
该图的右侧显示，大多数用例的目标是尽快从量子计算中提取商业价值。NISQy 硬件和量子退火器的应用最为广泛，在计算方法方面，变分算法和量子退火算法占所采用技术的一半以上。
另一方面，容错量子计算（FTQC）的理论似乎已经很成熟，一些初步的、非常有前景的商业想法和底层算法，例如量子相位估计和量子振幅估计，提供了理论支持。 这表明，虽然近期应用是目前的主要关注点，但量子计算的未来已经奠定了坚实的基础，一旦硬件成熟，FTQC 方法将带来巨大的价值。
05
行业拐点尚未到来
自 2015 年以来，《量子计算报告》一直处于报道量子技术最新进展的前沿。附图清楚表明了多年来在网站上发布的快讯、分析等数量呈稳步增长。这种持续的线性增长反映了该行业尚未过渡到指数增长阶段。随着量子领域的不断发展，观察这种线性趋势是否持续存在，或者我们是否会在未来几年见证开发和采用率的显著上升，这将是一件很吸引人的事情。
2018年8月至2024年5月5日期间，每月发布的量子计算报告资产数量（图片来源：网络）
量子计算市场过渡到指数级增长的必要条件是什么？
量子情报公司 GQI 分析了量子计算硬件必须克服的挑战，其中包括：用于系统性抑制逻辑错误的代码扩展、具有实际时钟时间的通用容错电路、以及能够扩展至商业相关尺寸的平台。
从商业角度来看，有几个关键指标需要关注，以确保随着技术的快速扩展，不会错过机会：
1、对资源估算的兴趣增加：随着硬件的成熟，公司将开始评估该技术是否足够先进，以满足他们的需求。对资源估算的兴趣日益浓厚，这将是拐点即将到来的第一个迹象。
2、量子计算用例投入生产：提供日常商业价值的成熟用例的比例越来越高，这表明市场已做好指数增长的准备。
3、用例算法的技术进步：从技术角度来看，出现越来越多有算法保证的用例。特别是利用容错量子计算 (FTQC) 的用例，例如量子振幅放大、量子傅里叶变换或格罗弗搜索。
原文：
https://quantumcomputingreport.com/realizing-quantum-potential-study-of-quantum-computing-use-cases-developed-worldwide/
