麥肯錫：未來量子計算或為制藥、化工、汽車與金融行業創造數百億價值

如今，量子計算技術不斷發展，該技術正在迅速走向商業可行性。如果能抓住機遇，蓬勃發展的量子計算生態系統和新興業務用例有望為整個行業創造巨大的價值。

隨著相關技術突破的加速，投資資金不斷涌入，量子計算初創企業激增。主要的科技巨頭也在大力發展他們的量子能力，例如：阿里巴巴、亞馬遜、IBM、谷歌和微軟等公司，已經推出了商業量子計算云服務。

當然，所有的這些應用實例并不一定會轉化為理想的商業成果。雖然量子計算有望幫助企業解決傳統高性能計算機無法解決的問題，但目前的應用實例仍處于早期階段，依舊具有實驗性的和假設性。

盡管如此，這一系列的應用實例表明，一直密切關注量子計算相關信息的企業首席信息官和其他領導人，不能只是袖手旁觀。企業領導者應該開始制定相關的量子計算戰略，尤其是在制藥等行業，這些行業可能會從商業量子計算的早期收益中獲益，變化最早可能會在2030年到來。

為了幫助企業領導者開始規劃并提供可參考的信息，麥肯錫公司進行了廣泛的研究，并采訪了全球47位關于量子硬件、軟件和應用的專家；研究新興的量子計算生態系統；可能的業務用例；以及量子計算市場最重要的驅動力。這份報告主要討論了量子計算行業的演變，并深入探討了該技術在制藥、化工、汽車和金融領域的可能商業用途——這些領域可能會從量子計算中獲得重要價值。另外，報告還概述了量子計算領域前進的道路，以及行業決策者如何開始投入量子計算方面的努力。

不斷增長的生態系統

目前，一個可以維持量子計算產業的生態系統已經開始形成。麥肯錫的研究表明，量子計算參與者的風險價值（value at stake）接近800億美元（與量子計算應用實例可能產生的價值不同）。

資金

由于量子計算仍然是一個年輕的領域，支持該領域基礎研究的大部分資金仍然來自公共資源。

然而，私人資金的投資趨勢正在迅速增加。僅在2021年，宣布對量子計算初創企業的投資就超過了17億美元，是2020年籌集金額的兩倍多。隨著量子計算商業化的發展，預計私人資金的投入將持續大幅增加。

硬件

硬件是生態系統中的一個重要瓶頸。對于硬件的挑戰，既有技術上的，也有結構上的。首先，需要在實現足夠水平的量子位質量的同時，還需要擴展量子計算機中的量子位數量。硬件也有很高的進入門檻，因為它需要資本、實驗和理論量子物理學經驗，以及深厚的知識。

如今，有多種量子計算硬件平臺正在開發中。領域中最重要的里程碑將是實現完全糾錯、容錯的量子計算，否則量子計算機無法提供精確的、數學上準確的結果。

對于量子計算機在完全容錯之前是否可以創造重要的商業價值，專家們意見不一。然而，許多人表示，不完美的容錯并不一定會使量子計算系統無法使用。

那什么時候可以達到滿意的容錯系統？大多數硬件廠商都不愿透露他們的開發路線圖，但也有少數廠商公開分享了他們的計劃。有5家制造商已宣布計劃在2030年之前擁有容錯量子計算硬件。如果這個時間表成立，到那時該行業可能會為許多用例建立明顯的量子優勢。

軟件

以軟件為中心的初創企業數量大幅增長。在軟件方面，行業參與者目前提供定制的服務，并致力于在行業更加成熟時開發統包服務。隨著量子計算軟件的不斷發展，企業組織能夠升級他們的軟件工具，并最終完全使用量子工具。與此同時，量子計算需要新的編程范式和軟件堆棧。為了圍繞他們的產品建立開發人員社區，較大的行業參與者通常免費提供他們的軟件開發工具包。

基于云的服務

最終，基于云的量子計算服務可能成為生態系統中最有價值的部分，并且控制它們的人有可能獲得巨大回報。大多數云計算服務提供商如今都在他們的平臺上提供對量子計算機的訪問，這允許潛在用戶試驗該技術。由于個人或移動量子計算在這十年不太可能出現，因此在更大的生態系統成熟之前，云可能是早期用戶體驗該技術的主要方式。

行業用例

大多數已知用例適用于四種原型：量子模擬、用于人工智能和機器學習的量子線性代數、量子優化和搜索，以及量子分解。

報告專注于研究可以從該技術中獲得最大短期利益的幾個行業潛在用例：制藥、化工、汽車和金融。總的來說，保守估計，這些行業的風險價值可能大約在3000億至7000億美元之間。

制藥

量子計算有可能徹底改變生物制藥行業分子結構的研究和開發，并為生產和價值鏈的下游提供價值。例如，在研發方面，新藥在開發后平均需要20億美元和10多年的時間才能進入市場。而量子計算可以使研發工作大大加快，更有針對性和精確性，使目標識別、藥物設計和毒性測試不再依賴試驗和錯誤，從而更有效率、更精準。

縮短研發時間表意味著可以更快、更有效地將產品送到合適的患者手中——簡而言之，它將改善更多患者的生活質量。另外，生產、物流和供應鏈也可以從量子計算中受益。

雖然很難估計這些進步會產生多少收入或對患者有多大影響，但在一個1.5萬億美元的行業中，根據麥肯錫計算，息稅前利潤(EBIT)的平均利潤率為16%，即使是1%到5%的收入增加，都將導致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。

化工

量子計算可以改善化學品的研發、生產和供應鏈優化，可以在生產中使用量子計算來改進催化劑設計。例如，新改進的催化劑，可以在現有生產過程中節省能源：單一催化劑可以產生高達15%的效率收益，而創新催化劑可以用更可持續的原料替代石化產品，或分解碳來使用二氧化碳。在化學工業的背景下，每年在生產上花費8000億美元（其中一半依賴于催化），若實際效率提高5%到10%，意味著價值增加200億到400億美元。

汽車

量子計算讓汽車行業可以在研發、產品設計、供應鏈管理、生產以及移動和交通管理中受益。例如，該技術可以通過優化復雜多機器人流程（機器人完成任務所遵循的路徑）中的路徑規劃等元素，包括焊接、粘合和噴漆，從而降低制造流程相關成本并縮短周期時間。這一個每年在制造成本上花費5000億美元的行業，即使只是將生產力提高2%到5%，每年都可以創造100億到250億美元的價值。

金融

最后，金融領域的量子計算用例在未來會更進一步，麥肯錫預測，量子計算在金融領域最有前途的用例是投資組合和風險管理。例如，專注于抵押品的高效量子優化貸款組合可以讓貸方改進他們的產品，因此可能會降低利率并釋放資本。截至2021年，全球貸款市場規模為6.9萬億美元，這表明量子優化具有重大的潛在影響。

量子計算的前進之路

到2030年左右，麥肯錫認為，量子計算用例將具有混合操作模型，該模型介于量子計算和傳統高性能計算之間。例如，傳統的高性能計算機可能會受益于受量子啟發的算法。

2030年之后，私營公司和公共機構正在進行的密集研究，對于改進量子硬件和實現更多、更復雜的用例仍然至關重要。有六個關鍵因素——資金、可訪問性、標準化、產業聯盟、人才和數字基礎設施，將決定該技術的商業化道路。

量子計算行業以外的領導者，可以采取五個具體步驟為量子計算做好準備：

1.咨詢內部量子計算專家團隊，或與行業實體合作并加入量子計算聯盟，跟蹤行業發展并積極篩選量子計算用例。

2.了解其行業中最重要的風險、中斷和機遇。

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

4.考慮招聘內部量子計算人才，即使是由3名專家組成的小團隊，也可能足以幫助組織探索可能的用例，并篩選量子計算的潛在戰略投資。

5.可以構建能夠滿足量子計算基本運行需求的數字基礎設施進行準備；在數字數據庫中提供相關數據，并設置傳統的計算工作流程，以便在更強大的量子硬件可用時做好量子準備。

報告鏈接：

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

標簽： 量子計算 制藥 化工