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麦肯锡:未来量子计算或为制药、化工、汽车与金融行业创造数百亿价值

Paris Li

如今,量子计算技术不断发展,该技术正在迅速走向商业可行性。如果能抓住机遇,蓬勃发展的量子计算生态系统和新兴业务用例有望为整个行业创造巨大的价值。

随着相关技术突破的加速,投资资金不断涌入,量子计算初创企业激增。主要的科技巨头也在大力发展他们的量子能力,例如:阿里巴巴、亚马逊、IBM、谷歌和微软等公司,已经推出了商业量子计算云服务。

当然,所有的这些应用实例并不一定会转化为理想的商业成果。虽然量子计算有望帮助企业解决传统高性能计算机无法解决的问题,但目前的应用实例仍处于早期阶段,依旧具有实验性的和假设性。

尽管如此,这一系列的应用实例表明,一直密切关注量子计算相关信息的企业首席信息官和其他领导人,不能只是袖手旁观。企业领导者应该开始制定相关的量子计算战略,尤其是在制药等行业,这些行业可能会从商业量子计算的早期收益中获益,变化最早可能会在2030年到来。

为了帮助企业领导者开始规划并提供可参考的信息,麦肯锡公司进行了广泛的研究,并采访了全球47位关于量子硬件、软件和应用的专家;研究新兴的量子计算生态系统;可能的业务用例;以及量子计算市场最重要的驱动力。这份报告主要讨论了量子计算行业的演变,并深入探讨了该技术在制药、化工、汽车和金融领域的可能商业用途——这些领域可能会从量子计算中获得重要价值。另外,报告还概述了量子计算领域前进的道路,以及行业决策者如何开始投入量子计算方面的努力。

不断增长的生态系统

目前,一个可以维持量子计算产业的生态系统已经开始形成。麦肯锡的研究表明,量子计算参与者的风险价值(value at stake)接近800亿美元(与量子计算应用实例可能产生的价值不同)。

资金

由于量子计算仍然是一个年轻的领域,支持该领域基础研究的大部分资金仍然来自公共资源。

然而,私人资金的投资趋势正在迅速增加。仅在2021年,宣布对量子计算初创企业的投资就超过了17亿美元,是2020年筹集金额的两倍多。随着量子计算商业化的发展,预计私人资金的投入将持续大幅增加。

硬件

硬件是生态系统中的一个重要瓶颈。对于硬件的挑战,既有技术上的,也有结构上的。首先,需要在实现足够水平的量子位质量的同时,还需要扩展量子计算机中的量子位数量。硬件也有很高的进入门槛,因为它需要资本、实验和理论量子物理学经验,以及深厚的知识。

如今,有多种量子计算硬件平台正在开发中。领域中最重要的里程碑将是实现完全纠错、容错的量子计算,否则量子计算机无法提供精确的、数学上准确的结果。

对于量子计算机在完全容错之前是否可以创造重要的商业价值,专家们意见不一。然而,许多人表示,不完美的容错并不一定会使量子计算系统无法使用。

那什么时候可以达到满意的容错系统?大多数硬件厂商都不愿透露他们的开发路线图,但也有少数厂商公开分享了他们的计划。有5家制造商已宣布计划在2030年之前拥有容错量子计算硬件。如果这个时间表成立,到那时该行业可能会为许多用例建立明显的量子优势。

软件

以软件为中心的初创企业数量大幅增长。在软件方面,行业参与者目前提供定制的服务,并致力于在行业更加成熟时开发统包服务。随着量子计算软件的不断发展,企业组织能够升级他们的软件工具,并最终完全使用量子工具。与此同时,量子计算需要新的编程范式和软件堆栈。为了围绕他们的产品建立开发人员社区,较大的行业参与者通常免费提供他们的软件开发工具包。

基于云的服务

最终,基于云的量子计算服务可能成为生态系统中最有价值的部分,并且控制它们的人有可能获得巨大回报。大多数云计算服务提供商如今都在他们的平台上提供对量子计算机的访问,这允许潜在用户试验该技术。由于个人或移动量子计算在这十年不太可能出现,因此在更大的生态系统成熟之前,云可能是早期用户体验该技术的主要方式。

行业用例

大多数已知用例适用于四种原型:量子模拟、用于人工智能和机器学习的量子线性代数、量子优化和搜索,以及量子分解。

报告专注于研究可以从该技术中获得最大短期利益的几个行业潜在用例:制药、化工、汽车和金融。总的来说,保守估计,这些行业的风险价值可能大约在3000亿至7000亿美元之间。

制药

量子计算有可能彻底改变生物制药行业分子结构的研究和开发,并为生产和价值链的下游提供价值。例如,在研发方面,新药在开发后平均需要20亿美元和10多年的时间才能进入市场。而量子计算可以使研发工作大大加快,更有针对性和精确性,使目标识别、药物设计和毒性测试不再依赖试验和错误,从而更有效率、更精准。

缩短研发时间表意味着可以更快、更有效地将产品送到合适的患者手中——简而言之,它将改善更多患者的生活质量。另外,生产、物流和供应链也可以从量子计算中受益。

虽然很难估计这些进步会产生多少收入或对患者有多大影响,但在一个1.5万亿美元的行业中,根据麦肯锡计算,息税前利润(EBIT)的平均利润率为16%,即使是1%到5%的收入增加,都将导致150亿至750亿美元的额外收入,以及20亿至120亿美元的息税前利润。

化工

量子计算可以改善化学品的研发、生产和供应链优化,可以在生产中使用量子计算来改进催化剂设计。例如,新改进的催化剂,可以在现有生产过程中节省能源:单一催化剂可以产生高达15%的效率收益,而创新催化剂可以用更可持续的原料替代石化产品,或分解碳来使用二氧化碳。在化学工业的背景下,每年在生产上花费8000亿美元(其中一半依赖于催化),若实际效率提高5%到10%,意味着价值增加200亿到400亿美元。

汽车

量子计算让汽车行业可以在研发、产品设计、供应链管理、生产以及移动和交通管理中受益。例如,该技术可以通过优化复杂多机器人流程(机器人完成任务所遵循的路径)中的路径规划等元素,包括焊接、粘合和喷漆,从而降低制造流程相关成本并缩短周期时间。这一个每年在制造成本上花费5000亿美元的行业,即使只是将生产力提高2%到5%,每年都可以创造100亿到250亿美元的价值。

金融

最后,金融领域的量子计算用例在未来会更进一步,麦肯锡预测,量子计算在金融领域最有前途的用例是投资组合和风险管理。例如,专注于抵押品的高效量子优化贷款组合可以让贷方改进他们的产品,因此可能会降低利率并释放资本。截至2021年,全球贷款市场规模为6.9万亿美元,这表明量子优化具有重大的潜在影响。

量子计算的前进之路

到2030年左右,麦肯锡认为,量子计算用例将具有混合操作模型,该模型介于量子计算和传统高性能计算之间。例如,传统的高性能计算机可能会受益于受量子启发的算法。

2030年之后,私营公司和公共机构正在进行的密集研究,对于改进量子硬件和实现更多、更复杂的用例仍然至关重要。有六个关键因素——资金、可访问性、标准化、产业联盟、人才和数字基础设施,将决定该技术的商业化道路。

量子计算行业以外的领导者,可以采取五个具体步骤为量子计算做好准备:

1.咨询内部量子计算专家团队,或与行业实体合作并加入量子计算联盟,跟踪行业发展并积极筛选量子计算用例。

2.了解其行业中最重要的风险、中断和机遇。

3.考虑是否与量子计算厂商(主要是软件)合作或投资,以促进知识和人才的获取。

4.考虑招聘内部量子计算人才,即使是由3名专家组成的小团队,也可能足以帮助组织探索可能的用例,并筛选量子计算的潜在战略投资。

5.可以构建能够满足量子计算基本运行需求的数字基础设施进行准备;在数字数据库中提供相关数据,并设置传统的计算工作流程,以便在更强大的量子硬件可用时做好量子准备。

报告链接:

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


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