全球量子运算市场遽增 大陆具领先地位
2021年中国量子运算应用分布（依领域区分）
全球量子计算市场预估 图／新华社
据TrendForce表示，2021年全球量子运算市场为4.7亿美元，相较2020年成长16.7％，其市场主要由中国、美国占据领先地位，以领导全球量子运算与其技术进展，尤以在上层软体、演算法速度方面已陆续在小规模问题的实验中得到实践，预估2022年有望达到5.8亿美元，年成长率约18.8％，且目前来看至2027年每年成长幅度都有扩大趋势，2022至2027年CAGR为34.7％，而市场成长最大推动力将来自于中国。
据TrendForce了解，根据中国政府针对软体及资讯技术服务领域规划来看，量子科技政策将从国家层面进一步落实到分管国防、工业、科技等部门，并透过阶梯式的部门层级发布更针对性的政策，例如AI、量子资讯科技、生物技术、半导体与自主系统在内的关键领域，为此，中国政府正在北京、上海、合肥建立相关实验室，推动量子技术、量子运算云端平台快速发展。
一、全球与中国
量子运算市场现况
2021年全球量子运算快速跨入交叉验证杂讯中等规模量子（Noisy Intermediate Scale Quantum，NISQ）时代，超导量子位元数量正在进入百位时代，使得多技术路线齐放，并对量子运算应用积极探索，其中以超导体、离子阱为首要。
在超导体方面，中国科大的「祖冲之号」已实现量子运算优越性，其运算复杂度比Google Sycamore提高6个数量级，仅需1.2小时就能完成8年的运算。Rigetti则提出模组化的量子处理器架构，预计在2022下半年推出80量子位元处理器。
Atom Computing、ColdQuanta、IBM也相继推出100+量子位元处理器，使量子电脑能有效解决大规模问题。哈佛、麻省理工研究团队也成功研发256量子位元基于中性原子的量子模拟器，该模拟器可在传统电脑上执行，亦能在不同环境中执行并测试量子程式，预测量子位元如何回应各种作业。
在离子阱方面，IonQ提出可重构多核量子架构，能扩展到64量子位元；在光量子方面，Xanadu推出可程式设计光量子运算晶片，使难以程式设计的传统光量子运算变得更为简易。当前中国科大在量子电脑－「九章」的升级优化上，也侧重离子阱技术，使其可设计光量子运算晶片，区别于传统量子电脑，能以不同方式处理大规模资讯，同时解决复杂的优化问题，并提供相应的动态模式。
目前全球量子运算市场主要是增加政府或私人机构对旨在利用量子运算进行资讯处理，以及其他应用的研究计划得到之资助推动该市场成长，其中以中国、美国占据领先地位，领导全球量子运算与其技术进展，特别是在上层软体、演算法速度方面已陆续在小规模问题实验中得到实践。
就中国市场而言，随着量子运算融合机器学习、智慧制造、云端运算、分子结构研究等新兴技术应用日益普遍，不仅促进国防、化工、生技医疗与制药、金融等产业发展，亦利于量子运算市场成长。尤其是容错系统的可用性，以及将量子运算用于实际程式方面，因为这2种技术能在AI、边缘运算、大数据、IoT与各类智慧领域的加密、网路与通讯安全能发挥关键作用，从而为量子市场扩张创造强大的前景。
此外，中国量子运算的应用主体正迅速扩展，例如银行、网路营运商、行动支付机构、互联网相关厂商等皆围绕量子运算与AI的交叉领域，因而对量子数据分类法、量子模型训练法的需求也随之增加。在此情况下，也将带动量子通讯、量子量测两大领域，因这两大领域与量子运算具有紧密交互作用，例如量子通讯的连续变数量子金钥分发法和系统晶片化，能大幅支撑量子运算任务安全性与演算效能。
中国从2006年推行「五年计划」，例如《十三五计划》、《十四五计划》促进经济、产业发展时，亦专注在量子科学的发展和技术突破，并侧重量子运算在AI、边缘运算、大数据、IoT与云端等新兴技术的深度融合发展与应用，预计至2022年中国量子领域累计投资金额将达到150亿美元。
随中国国家型量子网路不断发展，将以更安全、更广泛应用在终端产业，亦吸引阿里巴巴、百度、腾讯与华为加大对量子技术的投资，朝向量子电脑与量子云端运算领域布局，从而减少对外高科技的依赖、增加对外投资的开放程度，促进量子技术创新。
深化量子运算平台
加速中国量子运算发展
中国量子电脑的潜在应用专注于用户本地搭建独立运行的量子系统，以及接入量子云端平台提供远端存取与算力服务，但因量子运算的硬体装置对环境要求苛刻，且运行条件、维护成本较高，与之配套的相应软体也具备较高专业门槛，导致本地部署和使用的难度提升。
为了量子运算实用化优势和提升输出能力，AWS、D-Wave、Honeywell、IBM与QuTech等国际大厂皆将其量子运算技术趋向云端化发展，整合量子运算与云端运算的特性，让用户可在平台上直接设计量子运算任务，由云端伺服器转为量子控制信号，操控量子运算设备或装置进行测量，并得到最终运算结果，从而满足量子运算在研发、教学与新科学领域研究的需求，也能从中获取各方面回馈以优化量子运算平台，共同促进量子运算技术发展。
相对地，中国量子运算云端平台的本地供应商起步较晚，故均与国际大厂、政府单位三方合作，例如阿里云与中科院联合发布的量子云端运算平台以接入11位元之超导量子运算服务。华为欲拓展更多应用场景，其量子运算模拟器HiQ已升级到第三版本，推进量子组合优化求解器、张量网路（Tensor Network）运算加速器升级。百度量易伏量子运算云端平台采用的PaddlePaddle（飞桨）机器学习库也开始支援量子神经网路的搭建和训练，并于2021年发布云原生量子整合开发环境YunIDE。
二、中国量子运算
产业链结构
由于中国量子运算产业正处于发展阶段，故整体产业链较清晰，目前AWS、Google、Honeywell、IBM、Intel、Microsoft等国际大厂在中国市场仍处于产业领先地位；相对地，中国本地量子运算厂商如阿里巴巴、百度、腾讯、华为、本源量子与国盾量子也在积极跟进与布局，尤以本源量子、国盾量子为中国量子运算的代表。
以目前市场全局来看，国内外量子运算产业链皆已初具雏形，其中量子运算设备供应商主要以国际厂商为主，特别是稀释制冷机、低温同轴线缆。晶片研发与制造，主要是透过第三方实验室完成，亦有一些领先的量子团队自行建立工厂，自主研发、设计与生产，例如Google与美国加州大学圣塔芭芭拉分校的实验室合作，完成Sycamore量子晶片研发与生产。2022年本源量子增建两大实验室，分别用于量子晶片制造封装、量子运算组装测试。
在其他领域方面，中国本土量子运算厂商已占有绝对市场优势，特别是测控系统，本源量子、国盾量子与中微达信在技术上已媲美国际大厂，甚至可达到更高水准，尤其是衰减器、滤波器等低温元件，本源量子已在低温、微缩技术取得新的突破。
中国量子运算市场
主要应用领域
鉴于量子电脑庞大的体积、极其严苛的运行环境与高昂的价格，使得量子运算的应用快速趋向云端平台发展，因此量子电脑的研究主要集中在模拟、优化、密码与机器学习四大类型的应用，其中「模拟」最多用在自然界中发生的过程，例如天气预测、气候中长期推演与极地变迁等，目前也广泛应用在流体力学、药物发现、电池设计，以及金融业的高频交易、衍生性产品与期权定价。
「优化」为利用量子演算法来确定一组可行选项中的最佳解，多用于交通干线、物流、自驾车导航系统与金融投资组合的风险管理。「机器学习」则用于辨识数据与资料中的模式，增强训练机器学习演算能力，加快AI发展，并引入自动驾驶汽车和金融系统以防止欺诈与洗钱。
综观现阶段量子运算的应用范畴正逐步扩大，涵盖供应链、金融、交通、物流、制药、化工、汽车、航空、能源、气象等诸多领域，例如制药、化工、新材料等领域可利用量子运算进行类比分子特性，透过电脑数位形式直接得到解析并取得大型分子性状，缩短理论验证时间，从而加快药品研发和开发新型材料。
在汽车领域，由于各大车厂商为加快推进电动化战略，而将量子运算应用在化学类比，致力于研发性能更好的电池。在航空航太领域，则借助量子运算解决航空产业面临一些最严峻的挑战，从基础材料、产品研究与开发、机器学习优化到复杂的系统优化，甚至能改变飞机的制造、飞行方式。（本文作者为TrendForce集邦科技）