麥肯錫：未來(lái)量子計(jì)算或?yàn)橹扑帯⒒ぁ⑵嚺c金融行業(yè)創(chuàng)造數(shù)百億價(jià)值

如今，量子計(jì)算技術(shù)不斷發(fā)展，該技術(shù)正在迅速走向商業(yè)可行性。如果能抓住機(jī)遇，蓬勃發(fā)展的量子計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)和新興業(yè)務(wù)用例有望為整個(gè)行業(yè)創(chuàng)造巨大的價(jià)值。

隨著相關(guān)技術(shù)突破的加速，投資資金不斷涌入，量子計(jì)算初創(chuàng)企業(yè)激增。主要的科技巨頭也在大力發(fā)展他們的量子能力，例如：阿里巴巴、亞馬遜、IBM、谷歌和微軟等公司，已經(jīng)推出了商業(yè)量子計(jì)算云服務(wù)。

當(dāng)然，所有的這些應(yīng)用實(shí)例并不一定會(huì)轉(zhuǎn)化為理想的商業(yè)成果。雖然量子計(jì)算有望幫助企業(yè)解決傳統(tǒng)高性能計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題，但目前的應(yīng)用實(shí)例仍處于早期階段，依舊具有實(shí)驗(yàn)性的和假設(shè)性。

盡管如此，這一系列的應(yīng)用實(shí)例表明，一直密切關(guān)注量子計(jì)算相關(guān)信息的企業(yè)首席信息官和其他領(lǐng)導(dǎo)人，不能只是袖手旁觀。企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)該開(kāi)始制定相關(guān)的量子計(jì)算戰(zhàn)略，尤其是在制藥等行業(yè)，這些行業(yè)可能會(huì)從商業(yè)量子計(jì)算的早期收益中獲益，變化最早可能會(huì)在2030年到來(lái)。

為了幫助企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者開(kāi)始規(guī)劃并提供可參考的信息，麥肯錫公司進(jìn)行了廣泛的研究，并采訪了全球47位關(guān)于量子硬件、軟件和應(yīng)用的專家；研究新興的量子計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)；可能的業(yè)務(wù)用例；以及量子計(jì)算市場(chǎng)最重要的驅(qū)動(dòng)力。這份報(bào)告主要討論了量子計(jì)算行業(yè)的演變，并深入探討了該技術(shù)在制藥、化工、汽車和金融領(lǐng)域的可能商業(yè)用途——這些領(lǐng)域可能會(huì)從量子計(jì)算中獲得重要價(jià)值。另外，報(bào)告還概述了量子計(jì)算領(lǐng)域前進(jìn)的道路，以及行業(yè)決策者如何開(kāi)始投入量子計(jì)算方面的努力。

不斷增長(zhǎng)的生態(tài)系統(tǒng)

目前，一個(gè)可以維持量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始形成。麥肯錫的研究表明，量子計(jì)算參與者的風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值（value at stake）接近800億美元（與量子計(jì)算應(yīng)用實(shí)例可能產(chǎn)生的價(jià)值不同）。

資金

由于量子計(jì)算仍然是一個(gè)年輕的領(lǐng)域，支持該領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的大部分資金仍然來(lái)自公共資源。

然而，私人資金的投資趨勢(shì)正在迅速增加。僅在2021年，宣布對(duì)量子計(jì)算初創(chuàng)企業(yè)的投資就超過(guò)了17億美元，是2020年籌集金額的兩倍多。隨著量子計(jì)算商業(yè)化的發(fā)展，預(yù)計(jì)私人資金的投入將持續(xù)大幅增加。

硬件

硬件是生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要瓶頸。對(duì)于硬件的挑戰(zhàn)，既有技術(shù)上的，也有結(jié)構(gòu)上的。首先，需要在實(shí)現(xiàn)足夠水平的量子位質(zhì)量的同時(shí)，還需要擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)中的量子位數(shù)量。硬件也有很高的進(jìn)入門(mén)檻，因?yàn)樗枰Y本、實(shí)驗(yàn)和理論量子物理學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及深厚的知識(shí)。

如今，有多種量子計(jì)算硬件平臺(tái)正在開(kāi)發(fā)中。領(lǐng)域中最重要的里程碑將是實(shí)現(xiàn)完全糾錯(cuò)、容錯(cuò)的量子計(jì)算，否則量子計(jì)算機(jī)無(wú)法提供精確的、數(shù)學(xué)上準(zhǔn)確的結(jié)果。

對(duì)于量子計(jì)算機(jī)在完全容錯(cuò)之前是否可以創(chuàng)造重要的商業(yè)價(jià)值，專家們意見(jiàn)不一。然而，許多人表示，不完美的容錯(cuò)并不一定會(huì)使量子計(jì)算系統(tǒng)無(wú)法使用。

那什么時(shí)候可以達(dá)到滿意的容錯(cuò)系統(tǒng)？大多數(shù)硬件廠商都不愿透露他們的開(kāi)發(fā)路線圖，但也有少數(shù)廠商公開(kāi)分享了他們的計(jì)劃。有5家制造商已宣布計(jì)劃在2030年之前擁有容錯(cuò)量子計(jì)算硬件。如果這個(gè)時(shí)間表成立，到那時(shí)該行業(yè)可能會(huì)為許多用例建立明顯的量子優(yōu)勢(shì)。

軟件

以軟件為中心的初創(chuàng)企業(yè)數(shù)量大幅增長(zhǎng)。在軟件方面，行業(yè)參與者目前提供定制的服務(wù)，并致力于在行業(yè)更加成熟時(shí)開(kāi)發(fā)統(tǒng)包服務(wù)。隨著量子計(jì)算軟件的不斷發(fā)展，企業(yè)組織能夠升級(jí)他們的軟件工具，并最終完全使用量子工具。與此同時(shí)，量子計(jì)算需要新的編程范式和軟件堆棧。為了圍繞他們的產(chǎn)品建立開(kāi)發(fā)人員社區(qū)，較大的行業(yè)參與者通常免費(fèi)提供他們的軟件開(kāi)發(fā)工具包。

基于云的服務(wù)

最終，基于云的量子計(jì)算服務(wù)可能成為生態(tài)系統(tǒng)中最有價(jià)值的部分，并且控制它們的人有可能獲得巨大回報(bào)。大多數(shù)云計(jì)算服務(wù)提供商如今都在他們的平臺(tái)上提供對(duì)量子計(jì)算機(jī)的訪問(wèn)，這允許潛在用戶試驗(yàn)該技術(shù)。由于個(gè)人或移動(dòng)量子計(jì)算在這十年不太可能出現(xiàn)，因此在更大的生態(tài)系統(tǒng)成熟之前，云可能是早期用戶體驗(yàn)該技術(shù)的主要方式。

行業(yè)用例

大多數(shù)已知用例適用于四種原型：量子模擬、用于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的量子線性代數(shù)、量子優(yōu)化和搜索，以及量子分解。

報(bào)告專注于研究可以從該技術(shù)中獲得最大短期利益的幾個(gè)行業(yè)潛在用例：制藥、化工、汽車和金融。總的來(lái)說(shuō)，保守估計(jì)，這些行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值可能大約在3000億至7000億美元之間。

制藥

量子計(jì)算有可能徹底改變生物制藥行業(yè)分子結(jié)構(gòu)的研究和開(kāi)發(fā)，并為生產(chǎn)和價(jià)值鏈的下游提供價(jià)值。例如，在研發(fā)方面，新藥在開(kāi)發(fā)后平均需要20億美元和10多年的時(shí)間才能進(jìn)入市場(chǎng)。而量子計(jì)算可以使研發(fā)工作大大加快，更有針對(duì)性和精確性，使目標(biāo)識(shí)別、藥物設(shè)計(jì)和毒性測(cè)試不再依賴試驗(yàn)和錯(cuò)誤，從而更有效率、更精準(zhǔn)。

縮短研發(fā)時(shí)間表意味著可以更快、更有效地將產(chǎn)品送到合適的患者手中——簡(jiǎn)而言之，它將改善更多患者的生活質(zhì)量。另外，生產(chǎn)、物流和供應(yīng)鏈也可以從量子計(jì)算中受益。

雖然很難估計(jì)這些進(jìn)步會(huì)產(chǎn)生多少收入或?qū)颊哂卸啻笥绊懀谝粋€(gè)1.5萬(wàn)億美元的行業(yè)中，根據(jù)麥肯錫計(jì)算，息稅前利潤(rùn)(EBIT)的平均利潤(rùn)率為16%，即使是1%到5%的收入增加，都將導(dǎo)致150億至750億美元的額外收入，以及20億至120億美元的息稅前利潤(rùn)。

化工

量子計(jì)算可以改善化學(xué)品的研發(fā)、生產(chǎn)和供應(yīng)鏈優(yōu)化，可以在生產(chǎn)中使用量子計(jì)算來(lái)改進(jìn)催化劑設(shè)計(jì)。例如，新改進(jìn)的催化劑，可以在現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)省能源：?jiǎn)我淮呋瘎┛梢援a(chǎn)生高達(dá)15%的效率收益，而創(chuàng)新催化劑可以用更可持續(xù)的原料替代石化產(chǎn)品，或分解碳來(lái)使用二氧化碳。在化學(xué)工業(yè)的背景下，每年在生產(chǎn)上花費(fèi)8000億美元（其中一半依賴于催化），若實(shí)際效率提高5%到10%，意味著價(jià)值增加200億到400億美元。

汽車

量子計(jì)算讓汽車行業(yè)可以在研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)以及移動(dòng)和交通管理中受益。例如，該技術(shù)可以通過(guò)優(yōu)化復(fù)雜多機(jī)器人流程（機(jī)器人完成任務(wù)所遵循的路徑）中的路徑規(guī)劃等元素，包括焊接、粘合和噴漆，從而降低制造流程相關(guān)成本并縮短周期時(shí)間。這一個(gè)每年在制造成本上花費(fèi)5000億美元的行業(yè)，即使只是將生產(chǎn)力提高2%到5%，每年都可以創(chuàng)造100億到250億美元的價(jià)值。

金融

最后，金融領(lǐng)域的量子計(jì)算用例在未來(lái)會(huì)更進(jìn)一步，麥肯錫預(yù)測(cè)，量子計(jì)算在金融領(lǐng)域最有前途的用例是投資組合和風(fēng)險(xiǎn)管理。例如，專注于抵押品的高效量子優(yōu)化貸款組合可以讓貸方改進(jìn)他們的產(chǎn)品，因此可能會(huì)降低利率并釋放資本。截至2021年，全球貸款市場(chǎng)規(guī)模為6.9萬(wàn)億美元，這表明量子優(yōu)化具有重大的潛在影響。

量子計(jì)算的前進(jìn)之路

到2030年左右，麥肯錫認(rèn)為，量子計(jì)算用例將具有混合操作模型，該模型介于量子計(jì)算和傳統(tǒng)高性能計(jì)算之間。例如，傳統(tǒng)的高性能計(jì)算機(jī)可能會(huì)受益于受量子啟發(fā)的算法。

2030年之后，私營(yíng)公司和公共機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行的密集研究，對(duì)于改進(jìn)量子硬件和實(shí)現(xiàn)更多、更復(fù)雜的用例仍然至關(guān)重要。有六個(gè)關(guān)鍵因素——資金、可訪問(wèn)性、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、人才和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，將決定該技術(shù)的商業(yè)化道路。

量子計(jì)算行業(yè)以外的領(lǐng)導(dǎo)者，可以采取五個(gè)具體步驟為量子計(jì)算做好準(zhǔn)備：

1.咨詢內(nèi)部量子計(jì)算專家團(tuán)隊(duì)，或與行業(yè)實(shí)體合作并加入量子計(jì)算聯(lián)盟，跟蹤行業(yè)發(fā)展并積極篩選量子計(jì)算用例。

2.了解其行業(yè)中最重要的風(fēng)險(xiǎn)、中斷和機(jī)遇。

3.考慮是否與量子計(jì)算廠商（主要是軟件）合作或投資，以促進(jìn)知識(shí)和人才的獲取。

4.考慮招聘內(nèi)部量子計(jì)算人才，即使是由3名專家組成的小團(tuán)隊(duì)，也可能足以幫助組織探索可能的用例，并篩選量子計(jì)算的潛在戰(zhàn)略投資。

5.可以構(gòu)建能夠滿足量子計(jì)算基本運(yùn)行需求的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行準(zhǔn)備；在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)中提供相關(guān)數(shù)據(jù)，并設(shè)置傳統(tǒng)的計(jì)算工作流程，以便在更強(qiáng)大的量子硬件可用時(shí)做好量子準(zhǔn)備。

報(bào)告鏈接：

https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/business%20functions/mckinsey%20digital/our%20insights/quantum%20computing%20use%20cases%20are%20getting%20real%20what%20you%20need%20to%20know/quantum-computing-an-emerging-ecosystem-and-industry-use-cases.pdf

標(biāo)簽： 量子計(jì)算 制藥 化工