Robert Schoelkopf 花費了 15 年多的時間研究量子計算機的構建模組，直到 2015 年，他才決定是時候開始構建一臺了。這位物理學家和他在耶魯大學的同事開始向投資者推銷他們的初創公司 Quantum Circuits，希望說服風險投資家現在是將現金 Pour in 量子計算公司的最佳時機。在兩年內，該團隊獲得了 1800 萬美元的資金。這足以建立一個專門的實驗室——於 2019 年 1 月在康涅狄格州紐黑文市大學附近的科學園區開放——並僱用大約 20 名科學家和工程師。
對於 Schoelkopf 來說，風險投資 (VC) 投資是一個陌生的領域。但他並不是唯一一位成功推銷量子物理學家。各國政府和大型科技公司長期以來一直在培育量子研究，近年來已宣佈為該領域投入數十億美元。隨著他們支援的增加，外部投資者也希望儘早進入這個新興產業。
根據《自然》雜誌的分析，到 2019 年初，自 2012 年以來，全球私人投資者至少資助了 52 家量子技術公司——其中許多公司是從大學部門剝離出來的。（學者們創立了更多尚未達成交易的初創公司。）儘管一些現金注入的價值仍然是秘密，《自然》雜誌的分析捕捉到了近期活動的規模。分析發現，在 2017 年和 2018 年，各公司獲得了至少 4.5 億美元的私人資金——是前兩年披露的 1.04 億美元的四倍多。風險投資佔了這筆現金的大部分。加利福尼亞州矽谷的許多風險投資中心的公司已經紛紛湧入，而其餘的公司中，“大多數都在密切關注量子領域”，馬里蘭大學帕克分校的物理學家克里斯托弗·門羅說，他於 2015 年共同創立了量子計算公司 IonQ。
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很少有人懷疑量子技術最終會產生有用且可能具有革命性的產品。除了政府投資外，數百家公司正競相投資該領域，IBM、谷歌、阿里巴巴、惠普、騰訊、百度和華為等大公司都在進行自己的研究。據報道，谷歌現在已經創造了一臺量子計算機，可以解決即使是最好的經典計算機也無法解決的專門問題——這是一個被稱為量子霸權的里程碑。使用量子技術的安全加密已經是一種商業產品，一些量子技術也已經商業化，這些技術可以以極其精確的尺度進行感測、成像或測量。量子計算先驅 D-Wave Systems 公司位於加拿大不列顛哥倫比亞省本拿比市，甚至銷售利用量子效應的計算機，儘管這些機器專門用於稱為最佳化問題的特定任務。
但風險投資家傾向於投資他們希望成為遊戲規則改變者的東西，例如能夠處理許多其他不可行計算的通用量子計算機。從投資者的角度來看，到目前為止，每年注入該領域的現金只佔很小的一部分——與 2010 年之前人工智慧公司的風險投資相當。（到 2018 年，美國對人工智慧的風險投資激增至 93 億美元。）儘管如此，對於一個沒有太多東西可賣的不成熟領域來說，這些數字仍然是巨大的。儘管缺乏進展，但一些軟體公司已經在營銷他們在量子演算法方面的工作，這些演算法是為尚不存在的硬體編寫的。
許多人擔心這種熱潮可能會變成泡沫。“現在有很多炒作，”加利福尼亞州奧蘭治縣的計算機科學家道格·芬克說，他運營著行業跟蹤網站 Quantum Computing Report。量子技術已經取得了快速進展，但能夠處理多種計算的機器可能還需要幾十年才能問世。芬克說，即使到那時，也很難編寫能夠利用其能力的演算法。
一些風險投資投資者押注在未來 5 到 10 年內實現通用量子計算機的突破。另一些人則押注於取得足夠的進展，以便另一家公司收購他們。許多人還希望科學家能夠為相對較小、不完善的量子計算機找到應用，這些計算機可能會更快出現。這些計算機將僅限於解決特定問題，例如模擬量子化學中的反應或最佳化金融模型。它們可能不如擁有無限計算資源的經典計算機效能好，但它們仍然可以用於創造適銷對路的產品。
美國國家科學、工程和醫學院 2018 年 12 月的一份報告警告說，如果這些早期的量子計算機沒有很快出現有利可圖的用途，該領域可能會面臨“死亡之谷”，投資將會減少。一些研究人員擔心會出現“量子寒冬”，類似於“人工智慧寒冬”，後者用於描述該領域興趣激增後的低迷時期。芬克說，有跡象表明，美國公司發現更難獲得私人資金，他指出，他在 2019 年記錄的 10 筆交易中有 7 筆是在國外進行的。“仍然創造了很多價值——這只是一個炒作是否過頭的問題，”多倫多量子計算公司 Xanadu 的創始人 Christian Weedbrook 說。
來源：《自然》雜誌分析，包括來自 Quantum Computing Report、波士頓諮詢集團、PitchBook 和 Crunchbase 的資料
量子位元的現金
量子技術已經改變了日常生活。計算機、手機、醫學成像、雷射器和超導體都源於 20 世紀早期的科學革命，當時物理學家透過量子力學揭開了原子內部運作的秘密。但是，當今一代的量子技術更進一步，透過操縱以前未開發且通常很脆弱的量子現象。這些現象包括疊加，其中粒子似乎具有多種狀態，直到被觀察到為止；以及糾纏，它描述了量子系統的特性（例如粒子的自旋和極化）如何不可分割地聯絡在一起。
此類量子技術包括無法破解的加密、超靈敏的探測裝置和新型成像技術。如果科學家能夠成功實現，那麼最大的遊戲規則改變者將是通用量子計算機。透過糾纏量子位元或“qubit”的集合，這種機器可以比最好的經典計算機更快地執行資料庫搜尋和分解大數等計算。“除非我們擁有量子計算機，否則將永遠存在一類無法解決的問題，”門羅說。
為了分析該領域的商業交易，《自然》雜誌交叉引用了市場研究網站和諮詢報告中釋出的量子初創公司的詳細資訊，以及西雅圖市場研究公司 PitchBook 提供的資訊。
開發物理量子位元（量子計算的硬體）的公司獲得了風險投資的大部分份額。Schoelkopf 的公司使用微小的超導線環，冷卻到接近絕對零度，作為其量子位元。這是量子計算硬體研究最深入的設定：例如，技術巨頭谷歌和 IBM 使用相同的原理。（大型科技公司的內部研究投資可能很大，但未公開披露，因此未包含在我們的分析中。）谷歌最大的量子計算機有 72 個量子位元，但通用量子計算機將需要大約 100 萬個量子位元。門羅的公司使用了另一項長期技術：將磁場應用於捕獲鐿離子，其量子態使用雷射讀取。
其他公司專注於處於早期開發階段的不同硬體，但這些硬體可能更容易大規模製造。Quantonation 的創始人兼管理合夥人克里斯托夫·朱爾扎克說，這些硬體正越來越多地吸引投資。Quantonation 是一家總部位於巴黎的風險投資基金，於 2018 年成立，專注於“深物理”初創公司。在 2017 年至 2020 年初之間，開發基於光和矽的量子位元的公司獲得了數千萬美元的風險投資。
一家公司——位於加利福尼亞州帕洛阿爾託的 PsiQuantum 公司——承諾超越其競爭對手，在 2025 年之前建立一臺百萬量子位元計算機。其不尋常的想法包括使用光子製成量子位元，光子透過蝕刻到矽晶片中的凹槽進行引導。該公司執行長傑里米·奧布萊恩說，這種方法的優勢在於，這些量子位元可以在現有的半導體制造廠中製造。奧布萊恩辭去了他在英國布里斯托爾大學的終身職位，於 2016 年共同創立了該公司。儘管其他學者仍然對該公司的說法持懷疑態度，但該公司現在僱用了 100 多名員工，奧布萊恩說，就投資而言，該公司是“頂尖的少數”量子公司之一。自成立以來，該公司已籌集了數億美元的資金。
量子軟體也正在吸引私人投資，從 2012 年到 2018 年底，20 家公司透過 28 筆交易籌集了超過 1.1 億美元。這些公司正在設計算法，將問題（例如最佳化供應鏈的物流或模擬分子以進行藥物發現）轉化為可以在早期量子計算機上執行的軟體。軟體資金往往來自大型公司旗下的“戰略性”風險投資公司。量子軟體公司 QC Ware 位於帕洛阿爾託，其執行長兼聯合創始人馬特·約翰遜說，這些公司資助初創公司的目的是既開發技術又盈利，該公司在 2018 年籌集了 650 萬美元。他說，純粹以盈利為目的的風險投資公司目前還沒有那麼感興趣。
幾家軟體初創公司已經分別籌集了數千萬美元——包括位於馬薩諸塞州劍橋市的 Zapata Computing、位於溫哥華的 1QBit 和位於英國的 Cambridge Quantum Computing。QC Ware 的業務開發主管 Yianni Gamvros 說，儘管目前還沒有人從量子演算法中獲益，但一些公司願意付費開發它們。該公司已經與航空航天等行業簽訂了合同，這些行業提前幾十年進行規劃，以及金融行業，在金融行業中，微小的優勢可以帶來巨大的收益。他說，該公司正在開發可以在早期量子計算機上解決這些行業最大瓶頸的演算法。許多公司仍然在人工智慧對其業務的影響中掙扎。“這似乎是一筆小額投資，為迎接另一股可能具有顛覆性的力量做好準備，”Gamvros 說。
計算並不是唯一吸引資金的量子技術。瑞士初創公司 Qnami 位於巴塞爾，該公司在 2018 年獲得了 13 萬美元的資金，用於開發一種使用捕獲在合成金剛石中的單電子的量子磁顯微鏡，它是至少三家已籌集到相對較少私人資金以生產成像或感測技術的公司之一。
而且，很難量化對最熱門的量子領域之一——通訊領域的投資，該領域使用糾纏光子來建立加密金鑰，從而實現根本上安全的資料傳輸。13 家從事安全量子通訊的公司宣佈了 27 筆籌集資金的交易，但只有大約一半披露了金額。該領域的領導者——中國公司安徽省合肥市的國盾量子和蕪湖市的問天量子——沒有透露他們獲得了多少私人資金。
在瑞士，日內瓦的 ID Quantique 公司於 2007 年安裝了首個短程系統，用於對地區選舉中的選票資訊進行量子加密。現在，中國工程師正在將量子通訊推向全球：在 2014 年安裝的 2000 公里量子鏈路的基礎上進行擴充套件，並在 2016 年發射首顆量子衛星後，開發量子衛星網路。如果量子計算機獲得破解最佳經典加密的能力，量子加密可能被證明是安全通訊的唯一途徑。
來源：Martino Travagnin/歐盟聯合研究中心
量子地理
長期以來，北美一直是世界上吸引風險投資現金的領導者，《自然》雜誌的分析表明，該地區也在私人量子投資中佔據主導地位。然而，這種繁榮並不侷限於矽谷。加拿大的公司已經吸引了 2.43 億美元的資金，其中 D-Wave Systems 公司領先，該公司單獨籌集了 1.77 億美元。朱爾扎克說，一個完整的生態系統已經出現，以支援滑鐵盧和多倫多學術中心周圍的量子公司，這些公司受益於公共和慈善投資、稅收優勢和成功的孵化器。“你在那裡能感受到非常好的氛圍和聯絡，”他指出。Xanadu 的 Weedbrook 說，美國被認為是在收緊移民政策，這也使加拿大在吸引有才華的量子物理學家方面具有優勢。“我們看到人才正在迴流加拿大，這對我們來說非常棒，”他說。
《自然》雜誌分析中最大的差距是缺乏來自中國的投資資訊。英語媒體和西方分析公司的報告很少報道中國的交易，這些交易通常涉及國家支援的風險投資公司，因此我們的分析可能遺漏了大量合同。在我們的資料中，中國公司獲得的融資交易中只有十分之一披露了其價值。中國科學技術大學的量子物理學家潘建偉說，量子技術的商業化在中國進展順利；國盾量子於 2009 年從他的實驗室剝離出來成立。
專利是衡量中國活動的另一個指標。歐洲委員會位於義大利伊spra的聯合研究中心收集的資料顯示，2012 年至 2017 年間，超過 43% 的量子技術創新專利來自中國公司和大學。弗吉尼亞州阿靈頓市量子經濟發展聯盟的執行董事 Celia Merzbacher 說，在專利方面，中國“非常積極，尤其是在與通訊相關的領域”。
在世界其他地方，私人資金反映了研究熱點——在澳大利亞、新加坡和英國以及整個歐洲都有投資聚集地。歐洲投資者通常更厭惡風險，預算也較小，但歐盟於 2018 年啟動了一項 11 億美元的旗艦專案，旨在確保該地區在基礎研究方面的優勢轉化為商業上的成功。透過類似的公共投資計劃，美國、英國、日本、瑞典、新加坡、加拿大和中國都在量子技術領域投入數億美元。
量子瓶頸
大多數創立初創公司的大學科學家，如 Schoelkopf，仍然在校園裡工作，繼續進行研究，這可能會在未來帶來進一步的突破。只有少數人，如 PsiQuantum 的 O'Brien，完全離開了學術界。即便如此，量子初創公司的蓬勃發展意味著，已經有太少的合格量子工程師來滿足公司的需求——而且，正如 Weedbrook 指出的那樣，該行業（如果可以這樣稱呼的話）有可能像人工智慧領域那樣，將學術人才從大學中抽走。“我認為我們已經開始達到一個讓我們感到擔憂的程度，”他說。需要更多的培訓：唐納德·特朗普總統於 2018 年 12 月簽署的 12 億美元國家量子計劃的一個主要組成部分是培訓新一代量子相關工作人才。
與此同時，門羅說，一些公司對其能夠交付的技術過度承諾。“該領域有很多炒作，很多承諾表面上看起來有點荒謬，其中一些承諾得到了資助，”他說。
研究人員不願點名他們認為被炒作的具體努力，但 Weedbrook 指出，僅專注於量子軟體的公司獲得的投資規模是投資泡沫的一個跡象；其中一些公司已經籌集了數千萬美元，即使他們在物理裝置或設施方面的成本很少。“已經籌集了驚人的資金，因此這似乎表明存在大量炒作，”Weedbrook 說，他的公司同時開發量子硬體和軟體。
但量子軟體公司辯稱，他們的工作需要現金，既要進行密集開發，又要僱用員工。Zapata Computing 的執行長克里斯托弗·薩沃伊說，公司還必須承擔超過典型融資輪次預期支援的兩年期間的成本，Zapata Computing 早在 2019 年就為量子軟體研究籌集了 2100 萬美元。他說，這是因為量子軟體的硬體何時出現仍然不確定，而且公司需要資金來吸引科學家離開穩定的學術職位。
並非所有人都如此擔憂。O'Brien 說，儘管風險投資公司可能會根據炒作與研究人員會面，但他尚未看到這轉化為錯誤的決定。他指出，即使量子物理學看起來違反直覺，這些技術也並非天生就比許多其他技術更難理解。“有些奇怪和古怪的東西正在發生，但在電晶體中也有奇怪和古怪的東西正在發生。”
芬克說，如果資料顯示美國私人對量子技術的投資正在放緩，那可能是因為擔心量子寒冬或量子公司盈利時間過長。大量初創公司之間競爭加劇也可能起到一定作用，以及對美中貿易戰可能使經濟降溫的擔憂，他補充說。Merzbacher 說，炒作週期對於幾乎每個高科技市場都是強制性的，他預測“令人喘不過氣的報道和虛張聲勢的公告”可能會逐漸消失。有充分的理由認為量子技術將創造改變遊戲規則的進步。“這是一個時間線的問題，而不是是否會發生的問題，”她說。
Schoelkopf 說，一些公司在太短的時間線內做出了宏大的承諾。但他認為，關於構建通用量子計算機需要多長時間的估計過於悲觀。“如果你從 10 年前我們所處的位置向前推，你永遠不會預測我們今天所處的位置，”他說。創新的硬體與挑選出最容易解決問題的軟體相結合，意味著“我們將比人們想象的更快地實現有用的量子計算。”
本文經許可轉載，並於 2019 年 10 月 2 日首次釋出 。