挖掘量子技术的经济价值

《中国经济周刊》 记者 杨琳｜北京报道

量子技术，作为数字时代的关键技术和科技创新的关键变量，正在成为全球各国积极布局想要抢占先机的战略要地。今年的政府工作报告提出，制定未来产业发展规划，开辟量子技术、生命科学等新赛道，创建一批未来产业先导区。可见，无论国际国内，加码在这条赛道来竞争和角逐，已是共识。

发展正当其时，也恰逢其势。那么，究竟什么是量子技术？它将如何改变我们的国家和生活？我国现在的量子技术发展处在什么水平？有哪些机会和挑战？如何稳住优势和弥补差距？

算力不足，量子能破吗

量子技术包括量子计算、量子通信和量子测量等，由此产生相应若干个产业赛道。

量子计算利用量子力学叠加和纠缠原理，能够为计算提供指数增长的空间，从而为解决某些问题提供不可思议的加速能力。爱因斯坦曾经说：“这个世界上最厉害的武器，不是原子弹，而是复利加时间。”他所说的复利，就是指数。

现实生活中其实存在很多指数级困难的问题，那我们能不能用指数来战胜指数呢？北京量子信息科学研究院研究员金贻荣对《中国经济周刊》记者说：“这类问题有很多，比如交通优化、物流优化、分子结构计算等，用经典计算机很难计算，而量子计算则能提供新的可能性。”

金贻荣还提到了另一个经典问题，也是最开始让量子计算成为人类关注焦点的问题——质数分解。

“如果我让你计算两个质数的乘积，这很简单，但这个问题如果反过来问，就是一个特别难的问题，连数学家都解决不了。”金贻荣说，这也是现在互联网通用的非对称加密算法的底层逻辑，如果你不知道这两个质数是多少，就永远破译不了密码。

这就需要量子计算的质因数分解算法，即Shor算法来解决。“你的问题虽然是指数级的，但我求解的速度也是指数级的。”据金贻荣介绍，按照现在的算力，数百万年才能破解的密码，用Shor算法则可以把解题时间压缩到分钟量级。

“正是因为这个问题，量子计算进入了人类的视野，人们才知道它有这么大的威力。”金贻荣说。

再比如Grover算法（也称为量子搜索算法），金贻荣解释，面对如今迅速膨胀的海量数据，它让我们搜索效率大大提升。

“如果我们将数据想象成矿山，将算力想象成挖矿机，现在算力挖矿机在数据矿山面前将变得越来越渺小。因为现在数据产生的速度远远大于分析它们的速度。”金贻荣举例称，未来AI若真的走进千家万户，背后需要的算力是极其恐怖的。“我们当然希望寻找更低能耗、更聪明、更高级的算力。”他说。

上海交通大学教授、无锡光子芯片研究院院长、图灵量子创始人金贤敏对《中国经济周刊》记者说，量子计算主要解决的是NP问题（即多项式复杂程度的非确定性问题），也就是难解问题。难解问题都有一个特点，需要指数级或者是平方级的资源规模，随着问题变得越来越复杂，传统办法就不太有效。

“量子技术是底层驱动力。很久以前，牛顿力学可能是解释人类生产、生活最主流的逻辑。但目前解释这个世界最基本的理论就是量子理论，无论是半导体、激光器、原子弹、新材料，还是新兴的量子计算、量子通信，底层技术都是量子理论。”金贤敏告诉记者，它对各个科学方向都有支撑作用，会带来“种瓜得豆”的结果。

“摩尔定律走向极限以后，人类的算力需要新架构新体系。量子的并行性带来指数级的算力提升，并且，这种算力取之不尽用之不竭。”金贤敏表示。

未来，量子计算的应用前景非常广泛，影响也将非常深远。“这一点，我们从过去经典计算机对生产生活的改变，就能感觉得出来。现在几乎没有不需要计算的行业。”金贻荣表示，量子计算相当于一种新的资源，它带来的影响是颠覆性、革命性的。除了交通优化、物流优化、供应链优化，还有材料设计、蛋白质计算、药物私人定制……新算力的可能性远不止于此。

从国家角度来讲的话，量子技术更是未来大国博弈的重器之一。“就拿破解密码来说，最先掌握这种算力的国家，对其他国家基本就是降维打击。”金贻荣说道。

我国研发水平处于第一梯队，但需加强产业生态建设

那么，我国在量子计算方面，目前在国际上处于什么水平？

“从科研上来说，我国肯定是第一梯队，无论是各种创新性研究，还是里程碑式的‘兑现’，如量子霸权、量子优越性的演示，都走在前面。”金贤敏曾和国防科技大的团队一起用超级计算机标定了量子霸权的节点。

他十分肯定地告诉记者：“这些方面，中国是核心推动者。”

虽然中国量子技术在科研方面是第一梯队，但在产业生态培育和投资环境上还存在挑战。未来，若要在该领域全面占据领先位置，这二者都十分关键。

产业生态培育包括上游和下游生态。金贻荣强调说，下游应用领域的企业参与度非常重要。“比如量子计算可以促进新药研发、降低新药研发成本，但是，目前国内药企很少参与进来。下游企业还没有意识到量子计算会如何改变所在行业。”

金贤敏也认为，中国公司拥抱量子计算的态度，以及和量子公司合作方面，做得还不够。“中国已经有大公司开始拥抱量子计算，但是还不够广泛。做药物的人跟做量子的人隔行如隔山，双方需要一起探讨、对接，才有可能出现‘杀手级’的应用。”

这方面的标杆案例，两人都提到了IBM开发的量子云。

“IBM量子云预约使用是按秒计费，就是因为除了高校、科研机构之外，各个公司也在探索，所以它的使用率特别高。”金贤敏说道。

“量子云是凝聚生态的，对量子计算商业应用和上下游产业生态发展极为关键。”金贻荣直言，“中国现在还没有一个稳定的、成规模的、良好运行的量子云，下游是零零星星的状态。”

金贤敏则补充说，“解决真问题和真解决问题”都十分重要。金贤敏既有学术经历，又正在参与创业，因此在产学研转化方面的感受尤为深刻。

金贤敏认为，我们需要避免单纯以学术的方式来驱动产业发展，这容易导致产业深入程度不够，会为技术落地增加阻碍。“打磨需求不容易，但却需要去做，最好有国家支持、产业政策，让大家愿意合作。”

提及上游产业链，金贻荣表示，目前其规模不大，一些头部企业想做全栈，对专注细分领域的初创企业来说，成长很不容易。

“链中企业需要形成良好的分工合作，形成健康的生态和群体链条。处在顶端的龙头企业，应该将大家团结起来，利益共享。”在金贻荣看来，良好的生态链需要充分的竞争，最好是让产业链里每一个生态位都有适者占据，而不是一个超级霸主囊括所有环节。

金贻荣说，中国目前和欧洲有一定相似之处，都没有像美国那样的Big Tech（大科技公司），中国可以借鉴欧洲的模式。

他把欧洲的路线称为“合作社模式”，这种模式强调良好的精细的分工与合作。

“比如欧洲建立了一些联合实验室，制冷机由A厂家提供，电子学设备由B提供，电缆由C提供，芯片由D来提供。如果E也做芯片，它也可以申请加入。大家专注细分业务，联合研发。”金贻荣认为，这个模式值得中国学习。“总之，不管是上游、下游，生态化都要有精细的分工协作。而且，这种生态化是竞争出来的、演进出来的。”

量子技术是重大机遇，考验资本的眼光与耐心

此外，从投资情况来看，量子技术的投资环境和规模体量与国外存在差距。

“谷歌、IBM、微软、英特尔、亚马逊都有相应的投入，整个社会、企业拥抱新科技的态度更开放。”金贻荣介绍道，美国的量子技术投资，民间投资占大头，美国自然科学基金会（NSF）、能源部这些国家部门的投入规模反而不算太大。中国的量子技术投资仍然是政府占主导，私人资本占比不高。

业内人士普遍认为，中国需要加强民间资本在量子技术领域的活跃程度。

“美国投资机制比较成熟，比如投资人在什么阶段会进来、后面谁来接盘、投资退出机制等，整个风险评估和管控体系比较完善。相对而言，中国这方面存在差距，投资人不太愿意去做高风险、长周期的事情。”金贻荣说。

中科创星创始合伙人米磊在接受《中国经济周刊》记者采访时坦言，目前，大部分投资人普遍追求确定性。“部分投资人认为前沿科技领域的投资回报周期太长，有可能10年内盈不了利，目前投资偏保守。整个投资行业需要有更长远的目光和更长久的耐心。”

同时，投资者的投资习惯还存在跟随性较强的问题。

“在很多领域，跟风式创业的现象比较多，导致资源面向企业投入时太过分散。此前没有前瞻布局的投资人，就容易陷入跟风式投资的困境，实际上，这种投资的回报是最低的。”米磊说，“如果资源可以朝少数几个优势企业集中，会更有利于助力硬科技实现突破。”

“国外突破大模型以后，中国一堆企业开始‘卷’，但是每一家可能都没有聚集到足够力量，做了很多重复性工作，最后核算一下整个社会投入的成本，可能比国外投入的还要大得多。”金贤敏认为，无论是地方政府还是企业，应该主动拥抱顶尖科技、期待颠覆产生，而不只是跟随别人。

“量子、AI本身是重大产业机遇，也是非常锻炼和考验中国的投资人，要求他们的思维模式、投资习惯需要跟随新兴行业去做转变。”金贻荣表示。

（本文刊发于《中国经济周刊》2024年第6期）