近年来，各组织对量子计算的应用有所增加，并使全球商业运营发生了显著变化。《财富商业洞察》的一份报告显示，2022 年量子计算市场价值为 7.17 亿美元，预计到 2030 年将达到 65.28 亿美元。

从本质上讲，量子计算机与经典计算机类似，不过它用通常被称为 “量子比特”的量子位取代了二进制位系统（0 和 1）。与二进制位不同的是，量子比特可以同时既是 0 又是 1，每在机器中增加一个新的量子比特，计算能力就会呈指数级增长。

量子计算所承诺的计算能力的大幅提升，引起了各国政府和企业的兴趣，因为它对密码安全、国防系统、机器学习和人工智能等领域产生了颠覆性影响。

全功能量子计算机最终将彻底改变脱碳以及向可再生能源的转型进程，而受量子启发的计算、软件和算法目前为支持可持续发展目标提供了商业化工具。例如，受量子启发的张量网络在不降低精度的情况下，提高了机器学习模型高耗能训练的计算效率。

受量子启发的算法比传统算法能耗更低。据估计，Chat-GPT（GPT-3）在模型训练中消耗了 1287 兆瓦时的能源，并排放了 552 吨二氧化碳。如果使用张量网络的方法进行同样的训练，能源成本可降至 437 兆瓦时，降低了 66%。二氧化碳排放量将仅为 187 吨，每次训练可节省 365 吨二氧化碳。

张量网络正在推动解决那些阻碍可持续发展的高度复杂流程的效率提升。这项技术促成了诸多进步，比如电池和太阳能电池新材料的设计、固氮和氢催化反应途径建模的改进，以及绿色能源产量的预测。

除了产品技术上的改进，量子技术的进步也促使各组织在业务方面发生了重大转型。

量子发展的驱动因素

量子计算逐渐从理论上的可能性发展成为商业现实。如今，许多国家都有正在运行的量子计算机。数十种量子编程语言、模拟器以及量子计算机，正通过 IBM、亚马逊、谷歌、微软和 D-Wave 等公司提供的云服务，被企业和终端用户所使用。

“量子即服务” 的使用量有所增长。一些小公司正在为希望将量子计算融入核心业务的企业提供量子服务。像 1Qbit、ARQIT、SandboxAQ 和 Multiverse Computing 等专注于软件的公司，提供与量子相关的软件、培训和服务。

量子行业由企业、学术机构和公共机构共同构成一个生态系统。过去十年间，全球在一系列量子技术方面的公共投资总计达 300 亿美元，这些投资大多旨在为我国、日本、印度、美国、英国、德国和加拿大等国提供国防和国家安全方面的解决方案。

私人投资也在迅速增长，全球投资额达 50 亿美元，并且从风险投资向首次公开募股（IPO）和特殊目的收购公司（SPAC）加速转变，这表明该行业正在走向成熟。

该行业的供应链多种多样，估计包含约一千家公司。这些公司可分为五个不同的类别：

1. 组件制造商：大约 40 家组件供应商，如Oxford Instruments和Bluefors，生产用于量子硬件的材料、设备和工艺，例如制冷、蚀刻、测量、布线、控制器以及软件。
2. 硬件制造商：约 50 家量子硬件制造商开发两种主要类型的量子处理器，即量子模拟机（包括退火系统）和通用量子计算机，后者旨在具备通用性和可扩展性。IBM 和谷歌在这一领域占据主导地位。
3. 系统软件：该领域约有 40 家主要公司。领先的系统软件供应商及其主要平台包括Zapata的Orquestra，这是一个与硬件无关的软件平台，可帮助企业增强对生成式人工智能和蒙特卡洛模拟等模型的计算密集型解决方案。
4. 应用软件：大约 70 家公司，如 Multiverse Computing 和 ProteinQure，通过增强研发和材料设计，提供软件即服务来解决商业问题。
5. 服务：约 30 家公司，如扎帕塔，在量子行业提供专业服务，并与量子服务供应商合作探索量子计算的应用。Deutsche Bahn与Cambridge Computing合作，对列车时刻表进行优化并提升铁路网运力。

随着量子计算带来的行业创新，各组织通过技术提升、运营效率提高、产品开发速度加快、员工生产力提升以及服务交付改进等方面实现了转型。

显然，量子计算行业及其应用正在朝着多个方向发展，而通常伴随着发展而来的是前所未有的挑战。

业务转型的障碍

随着不同行业业务转型的展开，各组织需要应对七个障碍。

1. 方向不确定性：在迈向全面量子优势的竞赛中，哪种技术或技术组合将占据上风，竞争十分激烈。目前，这场竞争在模拟平台和门模型平台之间展开，双方都试图成为某些任务的计算黄金标准。此外，哪种量子比特技术（超导、离子、半导体）会胜出也不确定，每种技术都各有优劣。企业组织需要权衡哪种模式对自身最为有利。
2. 资源可持续性：需要进一步的公共和私人投资来开发具有足够量子比特、可扩展且完全容错的量子硬件，以彻底颠覆商业应用和流程。像 “退相干” 和 “纠缠量子比特限制” 等技术问题，还需要持续投资 5 到 10 年。投资的连续性是一个需要考虑的重要问题。
3. 人才短缺：存在量子技能人才短缺的情况。量子领域的劳动力涵盖了众多技能型员工，如量子物理学家、计算机科学家、工程师、技术人员以及具有商业背景的人员。平均而言，量子公司每三个职位空缺只能找到一名合格的候选人。目前量子领域的大多数工作仍然具有高度技术性，需要专业学术背景以及博士学位。全球共有 162 所大学和机构提供量子技术教育项目。尽管做出了这些努力，未来五年量子技能人才短缺的情况仍将持续，企业需要据此做好相应规划。
4. 商业协同性：市场准入和盈利将决定谁是赢家。量子初创企业和成长型企业在当前资本市场收紧的情况下，竞相开发能提供高投资回报率的商业应用。成功案例包括可改进新分子和新材料发现与设计的量子算法、复杂航空和汽车系统的优化、机器学习算法训练的加速，或对现有人工智能、区块链和密码学的改进。企业需要与拥有强大商业框架的合适伙伴进行合作。
5. 功能侧重：量子计算目前正被用于解决业务中的挑战性领域，如车辆路径规划、证券交易、医学图像处理、药物研发、绿色能源和网络安全等。新的NISQ量子设备为所有这些问题都提供了有竞争力的解决方案。量子退火机已经在优化任务中提供了重要解决方案，例如 OTI Lumionics 在量子化学方面的工作以及 Ally Bank 在指数跟踪方面的工作就是例证。张量网络已经能够加速复杂的深度学习任务，并且可能在广泛的应用领域产生颠覆性影响。企业需要从战略上选择并确定对其业务转型工作最具影响力的功能。
6. 错误管理：量子系统中处理错误的技术要求给物理硬件系统带来了挑战。实现可扩展、容错的量子纠错（QEC）被广泛认为是量子计算的终极目标。企业和管理团队需要预估错误并制定备用措施，至少在无差错量子计算机完全开发出来之前要如此。
7. 法规与全球标准：随着量子潜力的增长，政策制定者正在制定新政策以推动这项技术发展并降低风险。监管涵盖 “公共利益”、责任、包容性、公平性、可及性和透明度等原则。企业需要及时了解行业内的法规变化。

所识别出的这些挑战使得企业有必要对其商业模式和管理系统做出战略调整，以提高业务转型取得成功的几率。

通往量子卓越之路的路线图

以下是在其组织中采用量子技术的五种方法：

1. 明确目标：在业务转型之旅中有众多选择和方向可供挑选，很容易迷失方向。明确阐述使用量子计算需要达成的清晰、具体的目标，是明智的第一步。
2. 做好准备：在量子领域取得成功的企业已经在内部培养了专业能力，并开展了员工培训项目，以克服该领域严重的技能短缺问题。外部公司可以提供服务和咨询，但让内部员工在项目早期就参与进来至关重要。例如，波音公司成功打造了一支强大的内部团队，使其能够将资源集中投入到量子研发工作中。在 IBM 等量子公司的帮助下，他们的工程师正在探索量子算法，以降低计算复杂性以及用于机翼和机身等部件的材料设计成本，这些部件可能涉及多达 10 万个变量。
3. 突破瓶颈：首先要确定那些造成瓶颈、拖慢应用进程的高价值问题。宝马公司要求其工程师找出制约设计和制造的瓶颈问题。他们成立了一个工作组，与量子计算公司及大学合作，以更好地理解燃料电池中的催化化学反应。Airbus在 2018 年发起全球量子计算挑战赛时，着眼于价值，对量子技术进行测试以优化飞机装载。获胜的服务供应商利用量子退火技术开发了一种算法，与Airbus提高收入、降低燃油消耗和减少运营成本等战略目标相契合。
4. 战略探索：领先企业目前正在探索潜在的量子计算应用，争做首批采用者。JP Morgan正在测试后量子密码学。2022 年，加拿大银行开发了一种量子算法，用于模拟一个复杂且不断演变的经济网络，为未来设计政策干预措施以保障经济稳定提供了解决方案。该银行的这一大胆举措将量子计算 —— 一种潜在威胁 —— 转化为推进其使命的资产。
5. 开拓新领域：不要仅仅试图通过量子计算能力的渐进式提升来加速现有解决方案。相反，要想实现有影响力的业务转型，就得跳出固有思维，探索解决棘手问题的新领域和新方法。需要问的一个关键问题是 “哪个量子计算方向将产生最大的转型影响力？”

总结

对许多公司来说，涉足量子计算可能看起来令人望而生畏、遥不可及。少数大胆尝试利用这一技术寻找创新解决方案或获取先驱优势的企业，已经因显著的业务转型而获得了回报。然而，转型之旅并非毫无风险。缺乏远见、规划欠佳以及资源不足都可能让企业迷失方向。一次成功的转型之旅需要在面对未知时具备勇气，并且在必要时具备灵活调整方向的能力。

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