在接近量子优势方面取得稳步进展

在接近量子优势方面取得稳步进展 量子技术可以在未来十年内创造价值数万亿美元的价值。第三届年度量子技术监测综合了这个新兴领域的最新机会。 本报告是Michael Bogobowicz，Kamalika Dutta，Martina Gschwendtner，Anna Heid，Mena Issler，Niko Mohr，Henning Soller，Rodney Zemmel和Alex Zhang的共同努力，代表了麦肯锡数字公司的观点。 一年的强劲资金再加上坚实的基础基础和重大的技术进步，反映了量子技术(QT)的强劲势头。 几年前，这反映了投资转向更成熟、更有前途的初创企业，重点是扩大规模。 麦肯锡对第三届年度《量子技术监测》的最新分析显示，四个领域-化学，生命科学，金融和移动性-可能会看到量子计算的最早影响，并可能获得高达到2035年2万亿美元(参见侧栏“什么是量子技术？”)。 与私营部门相比，公共投资在2022年增长了50％以上，占量子技术所有投资的近三分之一。以德国，英国和韩国为首的一系列国家已宣布为QT开发提供大量新资金，使全球公共资金总额达到约420亿美元。 QT基金会的持续强劲增长突显了这一势头。出现了一波新的或增强的产品（例如，通过云访问量子计算的初创公司）和重大的技术进步-特别是在量子纠错和缓解方面-以及申请的专利略有增加。此外，我们发现量子技术的显着增长。 然而，为追求这一价值而为量子技术初创企业提供的私人和企业资金出现了显著下降。投资比上一年减少了27％，其中量子传感启动的降幅最大。然而，这一下降幅度小于全球所有初创企业投资的38%的下降幅度。值得注意的是，大部分资金（62％）流向了成立五家或以上的公司。 什么是量子技术？ 量子技术包括三个子领域： —量子计算（QC）是一种新的计算范式，利用量子力学定律为某些应用提供显著的性能改进，并与现有的经典计算相比实现新的计算领域。—量子传感(QS)包括基于量子系统的新一代传感器,其提供各种量(例如,电磁场、重力或时间)的测量,并且比经典传感器更灵敏数量级。—量子通信（QComm）是量子信息的远距离安全传输，即使面对无限的（量子）计算能力，它也可以确保通信的安全性。 1量子密码学利用秘密密钥的交换对基于纠缠的量子力学现象的消息进行加密。与任何经典的加密协议不同，原则上不可能在没有检测的情况下“窃听”与量子密码学交换的消息。然而,由于例如协议的物理实现,早期实现已经被证明具有一些弱点。 相比之下，全球所有初创企业的数量下降了38％。新成立的QT初创企业数量继续放缓（2023年为13家，2022年为23家）。交易规模也有所下降，2023年的平均交易规模为4000万美元，而2022年为1.05亿美元，2021年为1.07亿美元。与此一致，交易数量从2022年的206下降到2023年的171。 由大学提供的课程，欧盟在QT相关领域的毕业生数量方面处于领先地位。 在本文中，我们将更详细地介绍这些和其他发现（有关研究的更多信息，请参阅侧栏“关于量子技术监测研究”）。 有几个因素导致对QT的私人投资减少，包括对生成AI的关注显着转移，以及对QT是一种长期技术的挥之不去的看法，其在各个领域的潜力仍在被理解和评估。 私人投资下降，而公共投资激增，重点是扩大既定的初创企业 2023年，QT初创企业投资了17.1亿美元，比2022年的历史最高水平为23.5亿美元(图表1)。尽管如此，当 年度启动投资$million 麦肯锡公司 关于量子技术监视器研究 我们的研究涵盖了量子技术的三个主要领域：量子计算，量子传感和量子通信。分析基于各种数据源的输入，包括公开可用的数据源和专家访谈。由于并非所有交易价值都是公开披露的，因此本研究并未提供明确或详尽的启动和资助活动清单。随着数据库的更新,可能存在微小的数据偏差。 计算和信号投资者对早期初创企业和未经验证的技术或方法的潜在风险厌恶-这也部分解释了与2022年相比，新初创企业下降了43％。 另一方面，量子技术的公共资金在2022年跃升了50%以上。而中国和美国 澳大利亚，加拿大，德国，印度，日本，荷兰，韩国和英国的新公告反映了更广泛的政府对QT重要性的认识；尤其是韩国和英国，其资金水平显着增加（图表2）。 随着量子人才的增长，各国需要专注于广泛的合作，以建立强大的能力 这些国家举措大多旨在建立技术领导地位和主权，并刺激私人投资于量子技术开发。例如，英国的国家量子战略包括在十年内提供31亿美元的公共资金，其目标不仅是让英国成为领先的量子经济，而且还将在量子技术方面产生13亿美元的私人投资。 人才发展在2023年迈出了显著的一步，反映了对建立QT基础的积极关注。2023年有367, 000人毕业于QT相关学位。同时，拥有QT课程的大学数量增加了8.3％，达到195所，而提供QT硕士学位的大学数量增加了10.0％，达到55所。欧盟和英国在QT相关领域的毕业生人数和密度分别最高。这一激增有助于解释为什么欧盟机构的科学家对量子相关出版物的贡献最为频繁。 资金流向了哪里？绝大多数投资都是在美国公司（与下一个国家相比是后者的两倍多），其次是加拿大和英国的公司。大部分风险资本资金用于扩大现有的初创企业，总投资价值的75％以上用于B系列或以后的融资。这表明建立更成熟的量子技术平台。 利用这些人才和这些投资来创造价值仍然是一个挑战，因为 对最先进的硬件和基础设施的访问有限，对量子技术的认识和采用有限，以及 缺乏将技术推向市场所需的跨学科协调（例如在学术界和工业界之间）。工业界，学术界和政府之间的合作是 对于加快量子技术的发展，实现技术产业化，管理知识产权，克服人才缺口至关重要。 人才，以及获得最新的科学突破。 —政府支持。政府对创新集群的支持以公共资金的形式来支持机构和初创企业的技术开发，以及为国家研究中心的基础设施提供资金，例如国家实验室，专用设施，以及量子技术开发的能力。 为了解决这个问题，“创新集群”正在全球范围内出现。这些集群是 研究人员，行业领导者和政府实体之间的伙伴关系的协调网络，这些网络有助于量子技术的技术进步并推动区域价值创造（图表3）。 —企业家精神。初创企业通常从学术团体中剥离出来，但保留与学术团体的联系，并利用研究机构内的基础设施。 大多数群集共享以下元素： —学术中心。大型学术机构提供充满活力的研究生态系统和 附件3 支持生态系统利益相关者的行动 麦肯锡公司 初创企业还从指导（例如，通过加速器和技术转让组织）中受益匪浅，以开发和商业化创新。 实现量子技术广泛采用和商业化的决定因素。 技术突破，特别是在容错量子计算方面，反映了有意义的进步 —行业伙伴关系。对应用量子技术感兴趣的本地公司或大型公司实体为研究人员提供资金或专用基础设施。 过去的一年标志着所有量子技术的持续进步，一系列增强的和新的QT产品进入市场。一个进步是从NISQ的过渡1时代到 发展和扩大这种区域创新生态系统(包括研究联盟)将 传感设备。量子传感技术在监测、成像、导航和识别方面的能力将对其自身和作为过程的推动者产生重大影响。 FTQC2时代。其他关键突破包括: —量子计算。大公司的量子纠错提案和演示显示出有望朝着 我们的分析表明，石油和天然气、汽车和装配、航空航天和国防、医疗技术、媒体和娱乐等私营部门以及公共部门在2030年后可能会受到量子传感的颠覆性影响。 大规模容错量子计算。通过结合新的纠错方案和突破性的逻辑量子位架构，实现了99.5%的量子位保真度（由QEra、MIT和Harvard提供），最近达到了99.9%（由Microsoft和Qatim提供）。将重点从单独的硬件转移到基于软件和架构的方案来缓解和纠正错误，有望显着减少硬件开销（例如，每个逻辑量子位的物理量子位计数），并加快通用容错量子计算机出现的时间表。 —量子通信。研究人员正在提高量子密钥分发的性能，展示了更长的传输距离和使用创新技术提高的数据速率。中国和俄罗斯都成功测试了最长的已建立量子通信，该通信距离超过3800公里。研究人员还在开发使用捕获的离子，稀土离子和原子蒸气的量子存储器平台，并且他们正在使用捕获的离子来演示在电信波长下运行的量子中继器。 —量子传感。研究人员正在开发改进的技术来控制合奏用于一系列传感应用的固态自旋。例如，麻省理工学院的研究人员开发了一种可以显着提高量子灵敏度的新技术 要获得完整的见解和数据，请下载整个量子技术监视器。 Michael Bogobowicz是麦肯锡纽约办事处的合伙人罗德尼·泽梅尔是高级合伙人；Kamalika Dutta是柏林办事处的专家；MartinaGschwendtner是慕尼黑办事处的顾问；安娜·海德是苏黎世办事处的合伙人；Mena Issler是湾区办公室的合伙人，在那里亚历克斯·张是一名顾问；Niko Mohr是杜塞尔多夫办事处的合伙人；以及Henning Soller是法兰克福办事处的合伙人.