Robert Schoelkopf 花费了 15 年多的时间研究量子计算机的构建模块，直到 2015 年，他才决定是时候开始构建一台了。这位物理学家和他在耶鲁大学的同事开始向投资者推销他们的初创公司 Quantum Circuits，希望说服风险投资家现在是将现金 Pour in 量子计算公司的最佳时机。在两年内，该团队获得了 1800 万美元的资金。这足以建立一个专门的实验室——于 2019 年 1 月在康涅狄格州纽黑文市大学附近的科学园区开放——并雇用大约 20 名科学家和工程师。
对于 Schoelkopf 来说，风险投资 (VC) 投资是一个陌生的领域。但他并不是唯一一位成功推销量子物理学家。各国政府和大型科技公司长期以来一直在培育量子研究，近年来已宣布为该领域投入数十亿美元。随着他们支持的增加，外部投资者也希望尽早进入这个新兴产业。
根据《自然》杂志的分析，到 2019 年初，自 2012 年以来，全球私人投资者至少资助了 52 家量子技术公司——其中许多公司是从大学部门剥离出来的。（学者们创立了更多尚未达成交易的初创公司。）尽管一些现金注入的价值仍然是秘密，《自然》杂志的分析捕捉到了近期活动的规模。分析发现，在 2017 年和 2018 年，各公司获得了至少 4.5 亿美元的私人资金——是前两年披露的 1.04 亿美元的四倍多。风险投资占了这笔现金的大部分。加利福尼亚州硅谷的许多风险投资中心的公司已经纷纷涌入，而其余的公司中，“大多数都在密切关注量子领域”，马里兰大学帕克分校的物理学家克里斯托弗·门罗说，他于 2015 年共同创立了量子计算公司 IonQ。
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很少有人怀疑量子技术最终会产生有用且可能具有革命性的产品。除了政府投资外，数百家公司正竞相投资该领域，IBM、谷歌、阿里巴巴、惠普、腾讯、百度和华为等大公司都在进行自己的研究。据报道，谷歌现在已经创造了一台量子计算机，可以解决即使是最好的经典计算机也无法解决的专门问题——这是一个被称为量子霸权的里程碑。使用量子技术的安全加密已经是一种商业产品，一些量子技术也已经商业化，这些技术可以以极其精确的尺度进行传感、成像或测量。量子计算先驱 D-Wave Systems 公司位于加拿大不列颠哥伦比亚省本拿比市，甚至销售利用量子效应的计算机，尽管这些机器专门用于称为优化问题的特定任务。
但风险投资家倾向于投资他们希望成为游戏规则改变者的东西，例如能够处理许多其他不可行计算的通用量子计算机。从投资者的角度来看，到目前为止，每年注入该领域的现金只占很小的一部分——与 2010 年之前人工智能公司的风险投资相当。（到 2018 年，美国对人工智能的风险投资激增至 93 亿美元。）尽管如此，对于一个没有太多东西可卖的不成熟领域来说，这些数字仍然是巨大的。尽管缺乏进展，但一些软件公司已经在营销他们在量子算法方面的工作，这些算法是为尚不存在的硬件编写的。
许多人担心这种热潮可能会变成泡沫。“现在有很多炒作，”加利福尼亚州奥兰治县的计算机科学家道格·芬克说，他运营着行业跟踪网站 Quantum Computing Report。量子技术已经取得了快速进展，但能够处理多种计算的机器可能还需要几十年才能问世。芬克说，即使到那时，也很难编写能够利用其能力的算法。
一些风险投资投资者押注在未来 5 到 10 年内实现通用量子计算机的突破。另一些人则押注于取得足够的进展，以便另一家公司收购他们。许多人还希望科学家能够为相对较小、不完善的量子计算机找到应用，这些计算机可能会更快出现。这些计算机将仅限于解决特定问题，例如模拟量子化学中的反应或优化金融模型。它们可能不如拥有无限计算资源的经典计算机性能好，但它们仍然可以用于创造适销对路的产品。
美国国家科学、工程和医学院 2018 年 12 月的一份报告警告说，如果这些早期的量子计算机没有很快出现有利可图的用途，该领域可能会面临“死亡之谷”，投资将会减少。一些研究人员担心会出现“量子寒冬”，类似于“人工智能寒冬”，后者用于描述该领域兴趣激增后的低迷时期。芬克说，有迹象表明，美国公司发现更难获得私人资金，他指出，他在 2019 年记录的 10 笔交易中有 7 笔是在国外进行的。“仍然创造了很多价值——这只是一个炒作是否过头的问题，”多伦多量子计算公司 Xanadu 的创始人 Christian Weedbrook 说。
来源：《自然》杂志分析，包括来自 Quantum Computing Report、波士顿咨询集团、PitchBook 和 Crunchbase 的数据
量子比特的现金
量子技术已经改变了日常生活。计算机、手机、医学成像、激光器和超导体都源于 20 世纪早期的科学革命，当时物理学家通过量子力学揭开了原子内部运作的秘密。但是，当今一代的量子技术更进一步，通过操纵以前未开发且通常很脆弱的量子现象。这些现象包括叠加，其中粒子似乎具有多种状态，直到被观察到为止；以及纠缠，它描述了量子系统的特性（例如粒子的自旋和极化）如何不可分割地联系在一起。
此类量子技术包括无法破解的加密、超灵敏的探测设备和新型成像技术。如果科学家能够成功实现，那么最大的游戏规则改变者将是通用量子计算机。通过纠缠量子比特或“qubit”的集合，这种机器可以比最好的经典计算机更快地执行数据库搜索和分解大数等计算。“除非我们拥有量子计算机，否则将永远存在一类无法解决的问题，”门罗说。
为了分析该领域的商业交易，《自然》杂志交叉引用了市场研究网站和咨询报告中发布的量子初创公司的详细信息，以及西雅图市场研究公司 PitchBook 提供的信息。
开发物理量子比特（量子计算的硬件）的公司获得了风险投资的大部分份额。Schoelkopf 的公司使用微小的超导线环，冷却到接近绝对零度，作为其量子比特。这是量子计算硬件研究最深入的设置：例如，技术巨头谷歌和 IBM 使用相同的原理。（大型科技公司的内部研究投资可能很大，但未公开披露，因此未包含在我们的分析中。）谷歌最大的量子计算机有 72 个量子比特，但通用量子计算机将需要大约 100 万个量子比特。门罗的公司使用了另一项长期技术：将磁场应用于捕获镱离子，其量子态使用激光读取。
其他公司专注于处于早期开发阶段的不同硬件，但这些硬件可能更容易大规模制造。Quantonation 的创始人兼管理合伙人克里斯托夫·朱尔扎克说，这些硬件正越来越多地吸引投资。Quantonation 是一家总部位于巴黎的风险投资基金，于 2018 年成立，专注于“深物理”初创公司。在 2017 年至 2020 年初之间，开发基于光和硅的量子比特的公司获得了数千万美元的风险投资。
一家公司——位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的 PsiQuantum 公司——承诺超越其竞争对手，在 2025 年之前创建一台百万量子比特计算机。其不寻常的想法包括使用光子制成量子比特，光子通过蚀刻到硅芯片中的凹槽进行引导。该公司首席执行官杰里米·奥布莱恩说，这种方法的优势在于，这些量子比特可以在现有的半导体制造厂中制造。奥布莱恩辞去了他在英国布里斯托尔大学的终身职位，于 2016 年共同创立了该公司。尽管其他学者仍然对该公司的说法持怀疑态度，但该公司现在雇用了 100 多名员工，奥布莱恩说，就投资而言，该公司是“顶尖的少数”量子公司之一。自成立以来，该公司已筹集了数亿美元的资金。
量子软件也正在吸引私人投资，从 2012 年到 2018 年底，20 家公司通过 28 笔交易筹集了超过 1.1 亿美元。这些公司正在设计算法，将问题（例如优化供应链的物流或模拟分子以进行药物发现）转化为可以在早期量子计算机上运行的软件。软件资金往往来自大型公司旗下的“战略性”风险投资公司。量子软件公司 QC Ware 位于帕洛阿尔托，其首席执行官兼联合创始人马特·约翰逊说，这些公司资助初创公司的目的是既开发技术又盈利，该公司在 2018 年筹集了 650 万美元。他说，纯粹以盈利为目的的风险投资公司目前还没有那么感兴趣。
几家软件初创公司已经分别筹集了数千万美元——包括位于马萨诸塞州剑桥市的 Zapata Computing、位于温哥华的 1QBit 和位于英国的 Cambridge Quantum Computing。QC Ware 的业务开发主管 Yianni Gamvros 说，尽管目前还没有人从量子算法中获益，但一些公司愿意付费开发它们。该公司已经与航空航天等行业签订了合同，这些行业提前几十年进行规划，以及金融行业，在金融行业中，微小的优势可以带来巨大的收益。他说，该公司正在开发可以在早期量子计算机上解决这些行业最大瓶颈的算法。许多公司仍然在人工智能对其业务的影响中挣扎。“这似乎是一笔小额投资，为迎接另一股可能具有颠覆性的力量做好准备，”Gamvros 说。
计算并不是唯一吸引资金的量子技术。瑞士初创公司 Qnami 位于巴塞尔，该公司在 2018 年获得了 13 万美元的资金，用于开发一种使用捕获在合成金刚石中的单电子的量子磁显微镜，它是至少三家已筹集到相对较少私人资金以生产成像或传感技术的公司之一。
而且，很难量化对最热门的量子领域之一——通信领域的投资，该领域使用纠缠光子来创建加密密钥，从而实现根本上安全的数据传输。13 家从事安全量子通信的公司宣布了 27 笔筹集资金的交易，但只有大约一半披露了金额。该领域的领导者——中国公司安徽省合肥市的国盾量子和芜湖市的问天量子——没有透露他们获得了多少私人资金。
在瑞士，日内瓦的 ID Quantique 公司于 2007 年安装了首个短程系统，用于对地区选举中的选票信息进行量子加密。现在，中国工程师正在将量子通信推向全球：在 2014 年安装的 2000 公里量子链路的基础上进行扩展，并在 2016 年发射首颗量子卫星后，开发量子卫星网络。如果量子计算机获得破解最佳经典加密的能力，量子加密可能被证明是安全通信的唯一途径。
来源：Martino Travagnin/欧盟联合研究中心
量子地理
长期以来，北美一直是世界上吸引风险投资现金的领导者，《自然》杂志的分析表明，该地区也在私人量子投资中占据主导地位。然而，这种繁荣并不局限于硅谷。加拿大的公司已经吸引了 2.43 亿美元的资金，其中 D-Wave Systems 公司领先，该公司单独筹集了 1.77 亿美元。朱尔扎克说，一个完整的生态系统已经出现，以支持滑铁卢和多伦多学术中心周围的量子公司，这些公司受益于公共和慈善投资、税收优势和成功的孵化器。“你在那里能感受到非常好的氛围和联系，”他指出。Xanadu 的 Weedbrook 说，美国被认为是在收紧移民政策，这也使加拿大在吸引有才华的量子物理学家方面具有优势。“我们看到人才正在回流加拿大，这对我们来说非常棒，”他说。
《自然》杂志分析中最大的差距是缺乏来自中国的投资信息。英语媒体和西方分析公司的报告很少报道中国的交易，这些交易通常涉及国家支持的风险投资公司，因此我们的分析可能遗漏了大量合同。在我们的数据中，中国公司获得的融资交易中只有十分之一披露了其价值。中国科学技术大学的量子物理学家潘建伟说，量子技术的商业化在中国进展顺利；国盾量子于 2009 年从他的实验室剥离出来成立。
专利是衡量中国活动的另一个指标。欧洲委员会位于意大利伊spra的联合研究中心收集的数据显示，2012 年至 2017 年间，超过 43% 的量子技术创新专利来自中国公司和大学。弗吉尼亚州阿灵顿市量子经济发展联盟的执行董事 Celia Merzbacher 说，在专利方面，中国“非常积极，尤其是在与通信相关的领域”。
在世界其他地方，私人资金反映了研究热点——在澳大利亚、新加坡和英国以及整个欧洲都有投资聚集地。欧洲投资者通常更厌恶风险，预算也较小，但欧盟于 2018 年启动了一项 11 亿美元的旗舰项目，旨在确保该地区在基础研究方面的优势转化为商业上的成功。通过类似的公共投资计划，美国、英国、日本、瑞典、新加坡、加拿大和中国都在量子技术领域投入数亿美元。
量子瓶颈
大多数创立初创公司的大学科学家，如 Schoelkopf，仍然在校园里工作，继续进行研究，这可能会在未来带来进一步的突破。只有少数人，如 PsiQuantum 的 O'Brien，完全离开了学术界。即便如此，量子初创公司的蓬勃发展意味着，已经有太少的合格量子工程师来满足公司的需求——而且，正如 Weedbrook 指出的那样，该行业（如果可以这样称呼的话）有可能像人工智能领域那样，将学术人才从大学中抽走。“我认为我们已经开始达到一个让我们感到担忧的程度，”他说。需要更多的培训：唐纳德·特朗普总统于 2018 年 12 月签署的 12 亿美元国家量子计划的一个主要组成部分是培训新一代量子相关工作人才。
与此同时，门罗说，一些公司对其能够交付的技术过度承诺。“该领域有很多炒作，很多承诺表面上看起来有点荒谬，其中一些承诺得到了资助，”他说。
研究人员不愿点名他们认为被炒作的具体努力，但 Weedbrook 指出，仅专注于量子软件的公司获得的投资规模是投资泡沫的一个迹象；其中一些公司已经筹集了数千万美元，即使他们在物理设备或设施方面的成本很少。“已经筹集了惊人的资金，因此这似乎表明存在大量炒作，”Weedbrook 说，他的公司同时开发量子硬件和软件。
但量子软件公司辩称，他们的工作需要现金，既要进行密集开发，又要雇用员工。Zapata Computing 的首席执行官克里斯托弗·萨沃伊说，公司还必须承担超过典型融资轮次预期支持的两年期间的成本，Zapata Computing 早在 2019 年就为量子软件研究筹集了 2100 万美元。他说，这是因为量子软件的硬件何时出现仍然不确定，而且公司需要资金来吸引科学家离开稳定的学术职位。
并非所有人都如此担忧。O'Brien 说，尽管风险投资公司可能会根据炒作与研究人员会面，但他尚未看到这转化为错误的决定。他指出，即使量子物理学看起来违反直觉，这些技术也并非天生就比许多其他技术更难理解。“有些奇怪和古怪的东西正在发生，但在晶体管中也有奇怪和古怪的东西正在发生。”
芬克说，如果数据显示美国私人对量子技术的投资正在放缓，那可能是因为担心量子寒冬或量子公司盈利时间过长。大量初创公司之间竞争加剧也可能起到一定作用，以及对美中贸易战可能使经济降温的担忧，他补充说。Merzbacher 说，炒作周期对于几乎每个高科技市场都是强制性的，他预测“令人喘不过气的报道和虚张声势的公告”可能会逐渐消失。有充分的理由认为量子技术将创造改变游戏规则的进步。“这是一个时间线的问题，而不是是否会发生的问题，”她说。
Schoelkopf 说，一些公司在太短的时间线内做出了宏大的承诺。但他认为，关于构建通用量子计算机需要多长时间的估计过于悲观。“如果你从 10 年前我们所处的位置向前推，你永远不会预测我们今天所处的位置，”他说。创新的硬件与挑选出最容易解决问题的软件相结合，意味着“我们将比人们想象的更快地实现有用的量子计算。”
本文经许可转载，并于 2019 年 10 月 2 日首次发布 。