炒作还是赌未来?量子技术深陷淘金狂潮

阅读数:1899 2019 年 10 月 14 日 11:35

炒作还是赌未来?量子技术深陷淘金狂潮

你大概听过这个著名的段子:

遇事不决,量子力学;风格跳跃,虚拟世界;解释不通,穿越时空;不懂配色,赛博朋克;脑洞不够,平行宇宙;画面老土,追求复古;不清不楚,致敬克苏鲁。

量子技术的概念出现之后,几乎所有的科幻小说、电影里都有它的身影。不管到底是不是强相关,只要遇见了没法解释说明的问题,就套用量子技术的概念来解释,仿佛量子技术是万能的。

随着技术的进步,量子技术也逐渐从虚无缥缈的概念变得真实可触,来自全球的科技公司也纷纷加入进来,谷歌微软 IBM 等大厂更是抢先在量子编程语言、量子芯片等领域占到上风。

量子技术的风越刮越劲,当然也引起了资本市场的注意,除了国家大力投入之外,私人资本也开始不断涌入——和几年前的人工智能市场一样,即使仍然存在着技术瓶颈,也无法阻挡资本方的投资热情,毕竟大部分人都默认:这场“豪赌”的回报是相当可观的。

那么,在这股量子淘金热潮之中,到底有多少人能够如愿抱得“金山”而归呢?《自然》杂志对押注量子技术的投资方做出一番分析,或许能够提供些参考。

炒作还是赌未来?量子技术深陷淘金狂潮

在位于康涅狄格州纽黑文市的耶鲁大学,Robert Schoelkopf 正在制作一套制冷装置,可将超导量子比特冷却至略高于绝对零度的超低温状态。

Robert Schoelkopf 已经在量子计算机的基础构建单元研究方面投入超过 15 年时间。直到 2015 年,他终于意识到是时候构建一台真正的量子计算机了。这位耶鲁大学的物理学家连同他的同事们,开始向投资者们介绍由此诞生的初创企业 Quantum Circuits 有限公司,希望说服风险资本家们将资金投向量子计算市场。在两年之内,该团队就筹集到 1800 万美元,这笔款项帮助他们在位于康涅狄格州纽黑文市的耶鲁大学周边科技园中建立起一座专业实验室,并雇用到约 20 名科学家及工程师。

对于 Schoelkopf 来说,风险投资绝对是个陌生的领域。但他获得了成功,而且还有不少其他量子物理学家也得到了风险投资方的青睐。长期以来,政府及各大技术巨头厂商一直致力于量子科学的研究,并在过去几年当中先后在这一领域当中投入数十亿美元。随着这种支持力度的提升,外部投资者也希望尽早进军这一新兴行业。

根据《自然》杂志发布的一项分析,到今年年初,私人投资方在过去七年当中已经在全球资助了至少 52 家量子技术企业,其中多数都源自高校科技人员的创业项目。(学术界目前已经建立起更多尚未完成融资的初创企业。)尽管相当一部分融资活动并未公布具体数额,但《自然》杂志列出了近期几项公开融资活动的相关信息。

调查发现,在 2017 年到 2018 年期间,量子计算相关企业至少获得了 4.5 亿美元的私人资金注入,达到此前两年公开的 1.04 亿美元总额的四倍以上。其中风险投资占大部分比例。马里兰大学帕克学院的物理学家、于 2015 年创立量子计算公司 IonQ 的 Christopher Monroe 指出:“加州硅谷风险投资中心的不少企业已经陷入困境,但对于仍有活力的其他公司而言,量子计算已经成为最重要的关注方向。”

炒作还是赌未来?量子技术深陷淘金狂潮

毫无疑问,量子技术将最终带来实用且具有潜在革命性的产品。而除政府投资之外,亦有其他数百家公司在争相投资这一领域,IBM、谷歌、阿里巴巴、惠普、腾讯、百度以及华为等知名企业也都有着自己的研究项目。

根据报道,谷歌公司已经构建起一种量子计算机,足以解决最强大的经典计算机也无法处理的特定问题——换言之,谷歌已经实现了“量子至上”这一里程碑性目标。此外,利用量子技术进行安全加密已经在商业产品中得到应用,一部分量子技术能够以极为精确的方式实现规模化感应、成像或者测量。位于加拿大本那比的 D-Wave Systems 公司甚至开始出售利用到量子效应的计算机——不过这些设备并非通用型量子计算机,只适合处理部分特定任务、或者说优化问题。

但是,风险投资方们认定自己应该把钱交付至这些有望改变计算行业游戏规则的企业手中,特别是他们未来可能推出的能够处理多种目前不可行类计算任务的多功能量子计算机。

从投资者的角度来看,截至目前,每年投入该领域的资金还相当有限——只相当于 2010 年之前与人工智能相关的风险投资额度。(而到 2018 年,美国国内投入至 AI 领域的风险投资已经激增至 93 亿美元。)当然,对于量子计算这样一个尚缺乏明确产出的非成熟业务领域而言,目前的资金注入量已经相当可观。与此同时,也有部分软件企业开始着力推广量子算法方案,希望抢先一步为这些尚不存在的硬件提供配套软件开发工具。

不少人担心关于量子计算的炒作之声最终会变成一堆泡沫。加利福尼亚州奥兰治县行业跟踪网站 Quantum Computing Report 的计算机科学家 Doug Finke 表示:“目前的炒作情况确实比较严重。”Finke 解释称,量子技术确实取得了飞速发展,但距离能够真正处理多种计算任务的实际设备恐怕仍有数十年的发展道路要走。而且即使到那个时候,编写出能够充分利用量子计算优势的算法仍将相当困难。

部分风险投资者愿意相信量子计算将很快迎来突破,即能够在未来五到十年之内构建起可行的通用型量子计算机。但另一些投资者则认为不妨先砸钱进去,等到技术取得一定进展后再由其他大企业进行“接盘”。也有不少人希望科学家们能够找到相对较小、无需太过全面的量子计算机应用场景,借此快速提振人们对于量子计算的信心。这些用例可能仅限于解决某些特定问题,例如模拟量子化学中的反应或者优化财务模型。其性能也许无法与具有无限计算资源的经典计算机相提并论,但仍足以创造出能够拿出来卖的实际产品。

美国国家科学、工程与医学研究院在 2018 年 12 月的一份报告中警告称,如果这些早期量子计算机无法尽快找到具有盈利能力的发展方向,那么很可能面临投资停滞的“死亡谷”困境。一部分研究人员甚至担心量子计算也会遭遇类似于“人工智能寒冬”这样关注度在激增之后迅速下降的泥潭。Finke 表示,现在已经有迹象表明,美国企业越来越难以获得私人投资。他解释称,今年记录在案的投资当中有高达七成来自国外。加拿大多伦多量子计算公司 Xanadu 创始人 Christian Weedbrook 也认为:“量子计算创造的价值确实并不少,目前的难题在于炒作水平可能远远高于真正的价值。”

炒作还是赌未来?量子技术深陷淘金狂潮

Xanadu 公司的一款室温量子芯片,该芯片基于光束(光子)承载信息以开发量子比特。

量子比特争夺战

量子技术已经改变了我们的日常生活。计算机、移动电话、医学成像、激光器乃至超导体,都起源于这场诞生于二十世纪初的科学某人一。当时的物理学家们通过量子力学破解了原子内部的运作原理。然而,今天的量子技术在操纵并利用这种脆弱的量子活动规律方面走得无疑更快更远。叠加态正是其中的代表,这种粒子在被实际观察之前似乎处于多种叠加状态的现象已经被人们所接受,而量子纠缠这一描述则将量子系统的种种性质(例如粒子的自旋与极化)真正结合在了一起。

由此衍生出的量子技术包括无法破解的加密机制、极为灵敏的检测设备以及新的成像形式等等。如果科学家们真的能够将这一切转化为现实,那么通用量子计算机这一最重要的游戏规则改变者也将不再是梦想。通过量子比特集合的纠缠特性,通用量子计算机将能够执行数据库搜索等计算任务,并以远高于传统计算机的速度实现大数因子分解。Monroe 表示:“除非我们构建起量子计算机,否则这类问题将永远无法快速求解。”

为了分析这一领域的商业交易,《自然》杂志交叉引用了来自各类市场研究网站与咨询报告中的量子初创企业相关信息,同时参考由华盛顿州西雅图市场市场研究公司 PitchBook 提供的调查数据。

从结果来看,着力开发物理量子比特(即量子计算硬件)的企业在风险投资比例当中占据最大份额。Schoelkopf 的公司利用极细的超导线环将量子比特冷却至趋近绝对零度。事实上,超导量子比特是目前量子计算硬件领域最具深度的研究方向,谷歌与 IBM 等科技巨头走的也是这条道路。(大型技术企业内部的投资可能也非常可观,但由于并未公开披露,因此我们无法在分析当中进行说明。)谷歌目前最大的量子计算机拥有 72 量子比特,但通用量子计算机大约需要 100 万量子比特。Monroe 的公司则选择了另一项颇具发展前景的技术:建立磁场以捕捉镱离子,而后利用激光器读取离子上承载的信息。

其他公司则专注于开发其他尚处于研究初期的硬件,并致力于确保其更易于实现大规模生产。Quantonation 是一家总部位于巴黎的风险投资基金,其成立于 2018 年,专注于投资“深度物理学”类初创企业。该基金创始人兼管理合伙人 Christophe Jurczak 表示,这方面研究正得到越来越多投资者的关注。自 2017 年以来,开发基于光子与硅材质量子比特硬件的企业已经拿到了数千万美元的风险投资。

来自加利福尼亚州帕洛阿尔托的 PsiQuatum 公司承诺带来超越竞争对手的研发成果,其计划在大约八年之内制造出第一台拥有百万级量子比特的计算机。为了实现这一突破,他们选择了一种不同寻常的设计思路——利用蚀刻至硅芯片凹槽中的光子产生量子比特。该公司首席执行官 Jeremy O’Brien 表示,这种方法的优势在于,现有半导体制造厂就足以生产出能够承载这些量子比特的芯片。O’Brien 任职于英国布里斯托大学,并于 2016 年参与这家公司的创建。虽然不少学者对该公司的主张表示怀疑,但 O’Brien’指出,他们是少数几家拿到了巨额投资的量子技术企业,且目前拥有约 100 名员工。虽然该公司并没有公布具体数额,但从规模上看其应该已经筹集到了数造成美元资金。

量子软件同样成为私人投资的一大焦点。从 2012 年到 2018 年底,共有 20 家企业通过 28 笔交易筹集到超过 1.1 亿美元。这些公司正在设计能够解决实际问题的算法,例如优化供应链物流设计或者模拟分子活动以实现药物研发等,希望借此开发出能够在早期量子计算机上实际运行的软件方案。开发软件的资金往往来自“战略性”风险投资公司,这类公司背后一般都有着雄厚的母集团背景。帕洛阿尔托量子软件厂商 QC Ware(于 2018 年融资 650 万美元)联合创始人兼首席执行官 Matt Johnson 指出,初创企业主要利用筹集到的资金推动技术开发并创造实际利润。但他也承认,由于利润较为有限,所以量子软件暂时还很难吸引到那些关注收益的投资方的关注。

目前已经有多家软件初创企业拿到数千万美元的融资——其中包括来自马萨诸塞州堪布里奇市的 Zapata Computing、来自加拿大温哥华的 1Qbit,以及英国的 Cambridge Quantum Computing。QC Ware 公司业务开发负责人 Yianni Gamvros 表示,尽管量子算法还没能真正使人受益,但已经有投资方确实砸钱提供支持。该公司已经在航空航天等多个领域签署合作协议,预计将在未来几十年内为其提供新的算力支持。而在金融领域,一点点微小的优势就有可能带来巨大的收益。他表示,该公司正在开发一种算法,希望在早期量子计算机上帮助这些行业解决目前面临的最大瓶颈。事实上,不少企业仍然更关注 AI 技术对其业务的影响。Gamvros 指出:“与 AI 投资相比,量子计算的资金需求其实很小,但其中蕴藏的潜力却非常巨大。”

计算并不是唯一能够吸引到资金的量子技术发展方向。位于巴塞尔的瑞士初创企业 Qnami 在 2018 年获得了 13 万美元的资金,用于开发能够捕捉合成钻石中单个电子的量子磁性显微镜。目前,像他们这样能够筹集少量私人资金进行成像或传感技术探索的公司至少已经有三家。

另外,通信这一量子领域最热门方向之一的相关融资额度则很难量化。从原理上讲,量子通信利用纠缠的光子创造出能够完全保障数据传输安全的加密密钥。目前共有 13 家从事安全量子通信的企业披露了总计 27 笔融资交易,但其中只有约半数公开了融资数额。该领域的领导者当数位于中国安徽省合肥市的科大国盾量子技术股份有限公司以及位于安徽省芜湖市的在天量子科技公司,但双方都没有公开具体融资数字。

在瑞士,来自日内瓦的 ID QUantique 公司在 2007 年的地区选举当中安装了其首款用于选票信息量子加密的短程系统。现在,中国工程师们正在将量子通信推向全球,以扩展 2014 年安装的最初 2000 公里量子传输链路。此外,随着 2016 年墨子号卫星的成功发射,量子卫星网络也由此建立起来。如果量子计算机能够破解最强大的传统加密技术,那么未来量子加密可能将成为唯一安全的通信解决方案。

量子投资的地理分布

北美长期以来一直是全球范围内的风投资金头号市场,《自然》杂志的分析表明,这里目前也仍然保持着这一主导性优势。然而,繁荣的已经不只有硅谷区域。在量子计算先驱 D-Wave Systems 的带领下,加拿大的量子相关企业共吸引到 2.43 亿加元的投资,仅 D-Wave Systems 自己就筹集到 1.77 亿加元。Jurczak 表示,由此形成的完整生态系统已经建立起来,足以支持滑铁卢以及多伦多学术中心周边的各量子相关技术企业。凭借着公共与慈善性投资、可观的税收优惠以及孵化项目的支持,这些公司都获得了良好的发展态势。Xanadu 公司的 Weedbrook 指出:“在这里,量子科技企业获得了良好的共鸣与联系渠道。此外,美国对于移民的严格管控也让加拿大成为才华横溢的量子物理学家们的好选择。我们看到人才正在流向加拿大,这对我们来说无疑是个好消息。”

《自然》杂志中提到,分析结论中最大的空白在于缺少来自中国的投资信息。英文媒体与西方分析企业很少公布与中国相关的融资交易,因为此类交易往往涉及由国家支持的风险投资公司,而融资细节也极少对外公布。在目前收集到的数据当中,只有十分之一的中国企业披露其融资交易中的具体数额。合肥中国科学技术大学的量子物理学家潘建伟表示,中国在多种量子技术的商业化方面都取得了良好进展。科大国盾量子技术股份有限公司正是他于 2009 年立足实验室成果衍生出的企业。

专利则是中国量子科技快速发展的另一大标志。根据位于意大利伊斯普拉的欧洲委员会联合研究中心收集到的数据,在 2012 年至 2017 年期间,全部获得专利的量子技术创新成果当中,有超过 43% 来自中国企业及高校。位于弗吉尼亚州阿灵顿的美国量子经济发展联盟副主任 Celia Merzbacher 指出,在专利申请方面,中国“一直非常激进,特别是在与通信相关的领域更是如此。”

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私人资金在世界其他地区的去向也反映出研究热点。在澳大利亚、新加坡、英国乃至整个欧洲,都有少量投资存在。不过欧洲投资者往往更倾向于规避风险,预算也相对有限。但欧盟于 2018 年公布总值达 10 亿欧元(折合 11 亿美元)的旗舰项目,旨在确保欧洲能够将基础研究优势转化为商业成功。此外,美国、英国、日本、瑞典、新加坡、加拿大以及中国也都通过类似的公共投资计划向量子技术领域砸入大量资金。

量子技术的瓶颈

Schoelkopf 等大多数建立起初创企业的高校科学家们仍然在校园里继续进行研究,希望尽早在量子技术领域取得突破。但也有少数人(例如 PsiQuantum 公司的 O’Brien)完全离开了学术界。即使如此,量子初创企业的兴旺也意味着,目前合格的量子工程师开始成为人才市场上极为稀缺的资源——类似于 AI 行业,从业企业正用可观的薪酬将学术从才从高校中抽离出去。Weedbrook 指出:“我认为这个问题已经值得认真关注。”事实上,必须着力提高培训力度以增加人才产出:美国总统特朗普于 2018 年 12 月签署的总投资达 12 亿美元的美国国家量子计划,其主要内容就是强调培养新一代量子技术相关人才的重要意义。

与此同时,也有不少企业对其所能交付的技术方案抱有过高的期望。Monroe 指出:“这一领域中存在严重的炒作问题,哪怕只是从表面上看,很多承诺也根本就不现实——但仍有一些得到了资金的支持。

研究人员们并没有公布哪些项目或者企业的炒作问题特别严重,但 WeedBrook 表示从投资规模角度看,就能发现那些专注于量子软件开发的公司可能有点“名不副实”。其中一些企业筹集到了数千万美元的资金,但实际物理设备或者设施需求根本就达不到这样的规模。Weedbrook 警告称:“如此惊人的融资数额,似乎表明其中存在着炒作行为。”他的公司当然有所不同,其同时推进着量子硬件与软件的开发工作。

但量子软件企业对此有着不同的看法,他们的工作本身需要资金投入,同时也需要培养并招募更多优秀的员工。量子软件企业 Zapata Computing 公司(今年年初刚刚筹集到 2100 万美元)首席执行官 Christopher Savoie 表示,软件企业还面临着另一大难题——他们无法像传统企业那样以两年作为典型的融资周期。他指出,这是因为人们并不确定用于匹配量子软件的硬件方案何时才会出现,因此企业需要大量资金才能吸引到科学家们告别自己稳定的学术研究岗位。

但也有人对此表示乐观。O’Brien 认为尽管风险投资公司的活跃投入确实存在炒作之嫌,不过他认为只要大方向没问题,这些都不重要。在他看来,虽然量子物理学原理看似违反直觉,但与其他很多技术相比,这类技术在本质上并不难理解。Finke 指出:“量子科技领域确实有着不少神奇而古怪的原理及现象,但晶体管技术也是一样。”

如果 2019 年的数据最终显示出美国国内对于量子技术的私人投资正在放缓,那可能主要是担心发生量子寒冬或者量子相关企业实现盈利的周期过长等问题。他补充称,众多初创企业之间日益激烈的市场竞争也有可能带来了一定影响,或者是投资者们担心中美贸易战没准会导致经济降温。Merzbacher 认为任何新兴科技市场都存在炒作周期这一现象,“未来接踵而至的新闻报道与技术泡沫将逐步消失”。她同时强调,目前人们有充分的理解相信量子技术将带来颠覆性的进步,“这个问题已经由会不会发生,变成什么时候发生。”

Schoelkopf 表示,确实有一些企业在过短的时间周期之内做出了太过宏大的发展承诺。但在他看来,目前整个行业对于通用量子计算机的研发周期显得过于悲观。他总结称,“十年之前,我们对于现在做出的一切技术发展预测都是错的,都太过保守。创新型硬件终将与能够解决最棘手难题的软件相结合,而这对强有力的搭档将让我们比预想中的更早实现具备实用性的量子计算能力。”

原文链接:

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02935-4

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