實(shí)用有待突破 前景不可限量

量子有多火？去年底，谷歌發(fā)布量子芯片“威洛”（Willow）后，谷歌母公司Alphabet一夜之間市值大增1120億美元。不只谷歌，整個量子板塊集體暴漲，充分顯示資本市場對量子商業(yè)前景的看好。在我國，科大國創(chuàng)軟件股份有限公司、科大國盾量子技術(shù)股份有限公司等幾大企業(yè)在谷歌發(fā)布會后，開盤漲幅均超過6%。

那么，量子計(jì)算距離商業(yè)化還有多遠(yuǎn)？

日前，賽迪顧問股份有限公司發(fā)布的報(bào)告顯示，2024年，量子計(jì)算領(lǐng)域突破性產(chǎn)品層出不窮，量子優(yōu)勢頻現(xiàn)，量子算力等新概念逐漸為業(yè)界所熟知，量子計(jì)算的商業(yè)化路徑及其大規(guī)模應(yīng)用前景日漸清晰。2025年，我國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模將持續(xù)迅速上升，預(yù)計(jì)保持30%以上的增長率，市場規(guī)模將達(dá)到115.6億元。從長期來看，隨著超導(dǎo)量子、光量子技術(shù)的不斷突破和量子原型機(jī)走出實(shí)驗(yàn)室面向應(yīng)用，我國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)規(guī)模占比還將持續(xù)呈現(xiàn)增長態(tài)勢。

實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性

量子計(jì)算的基本計(jì)算單元為量子比特，它與經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的比特具有相同功能，即存儲與處理數(shù)據(jù)。

“量子比特遵循量子力學(xué)原理。不同于經(jīng)典比特只能處于0或1的狀態(tài)，量子比特可以同時(shí)處于0和1的疊加態(tài)。此外，量子比特還具有相干性和糾纏性?！笨拼髧芰孔蛹夹g(shù)股份有限公司量子計(jì)算云平臺負(fù)責(zé)人儲文皓對筆者說，這些特性使量子計(jì)算從原理上不同于經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)，在處理特定問題時(shí)，計(jì)算速度可實(shí)現(xiàn)指數(shù)級提升。

整體來看，量子計(jì)算的核心優(yōu)勢在于并行處理能力。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在處理復(fù)雜問題時(shí)，往往需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源，而量子計(jì)算機(jī)能夠通過量子疊加和糾纏的特性，在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量計(jì)算。這使得量子計(jì)算在解決某些特定類型的問題時(shí)，具有顯著速度優(yōu)勢。

據(jù)介紹，目前量子計(jì)算比較主流的技術(shù)路線包括超導(dǎo)、光量子、離子阱、中性原子和硅半導(dǎo)體等。2019年美國推出的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”，2020年中國推出的光量子計(jì)算原型機(jī)“九章”實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性。2021年，66比特可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之二號”研制成功，使我國率先成為在超導(dǎo)量子計(jì)算和光量子計(jì)算兩條技術(shù)路線上實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性的國家。

中國信息通信研究院發(fā)布的《量子計(jì)算發(fā)展態(tài)勢研究報(bào)告（2024年）》顯示，全球量子計(jì)算論文發(fā)表量在約10年時(shí)間里增長了4倍，其中美國和中國占據(jù)前兩位。在專利申請方面，中國占比最高，為39%，美國以28%位居其后。

尤其值得一提的是，我國在量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)等方面取得顯著進(jìn)展。

展現(xiàn)巨大應(yīng)用潛力

作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，量子計(jì)算在金融、材料科學(xué)、人工智能等領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大潛力。

賽迪顧問股份有限公司數(shù)字轉(zhuǎn)型研究中心副總經(jīng)理于凱迪介紹，量子計(jì)算的典型應(yīng)用領(lǐng)域包括金融、化工、制藥等，尤其“量子+金融業(yè)”經(jīng)濟(jì)價(jià)值釋放時(shí)間早，潛在價(jià)值大。中國人民銀行等七部門聯(lián)合印發(fā)的《推動數(shù)字金融高質(zhì)量發(fā)展行動方案》明確提出，探索運(yùn)用邊緣計(jì)算和量子技術(shù)突破現(xiàn)有算力瓶頸，為金融數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供精準(zhǔn)高效的算力支持。

量子技術(shù)正在向金融的各個領(lǐng)域延伸。比如，傳統(tǒng)技術(shù)在處理大型數(shù)據(jù)集和復(fù)雜條件時(shí)面臨挑戰(zhàn)，量子算法可以通過同時(shí)探索多種場景，有效處理這種復(fù)雜性。高盛公司試驗(yàn)使用量子計(jì)算加快計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整后的收益，從而優(yōu)化大型投資組合，并探索使用量子計(jì)算提高預(yù)測模型的精準(zhǔn)度，進(jìn)而增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理能力。摩根大通公司與美國國際商用機(jī)器公司（IBM）合作探索量子計(jì)算在更準(zhǔn)確計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值方面的潛力。此外，金融行業(yè)越來越容易受到網(wǎng)絡(luò)威脅。量子機(jī)器學(xué)習(xí)可以比傳統(tǒng)方法更準(zhǔn)確地識別交易數(shù)據(jù)的模式和異常，從而增強(qiáng)欺詐檢測能力。

于凱迪預(yù)測，2025年，金融機(jī)構(gòu)和科技公司將合力探索“量子計(jì)算+金融”的應(yīng)用創(chuàng)新。

2025年，量子計(jì)算和人工智能（AI）兩項(xiàng)顛覆性技術(shù)有望迎來深度交匯。二者的結(jié)合將突破計(jì)算與智能的簡單疊加，量子計(jì)算將在實(shí)際特定任務(wù)中為AI帶來能力增強(qiáng)。AI大模型參數(shù)數(shù)量龐大，尋找最優(yōu)參數(shù)是一個高維優(yōu)化問題。傳統(tǒng)方法在面對大規(guī)模參數(shù)空間時(shí)，容易陷入局部最優(yōu)解，難以找到全局最優(yōu)解。同時(shí)，在模型構(gòu)建過程中，不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對AI性能有重大影響，需尋找更適合特定數(shù)據(jù)和任務(wù)的模型結(jié)構(gòu)以提升模型泛化能力。量子計(jì)算為解決這些難題提供了新方案，可以支持“求解組合優(yōu)化+高維搜索”，提升模型泛化能力和決策準(zhǔn)確性。

儲文皓認(rèn)為，量子計(jì)算在藥物發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。他說，從靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、化合物篩選、臨床試驗(yàn)到最終上市，每個階段都面臨巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的藥物研發(fā)方法往往依靠實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模擬，但這些方法在處理復(fù)雜生物系統(tǒng)時(shí)，常常效率低下且成本高昂。量子計(jì)算能夠?qū)Ψ肿酉到y(tǒng)進(jìn)行高精度模擬。通過量子計(jì)算，研究人員可以更準(zhǔn)確預(yù)測分子之間的相互作用，從而優(yōu)化藥物分子的結(jié)構(gòu)。量子計(jì)算還可以用于虛擬篩選，通過量子算法對化合物庫進(jìn)行分析，識別出與靶點(diǎn)蛋白質(zhì)具有良好結(jié)合能力的化合物，這對藥物研發(fā)意義重大。

有望改變游戲規(guī)則

談到量子計(jì)算如何走向更廣闊的市場空間時(shí)，儲文皓分析，量子計(jì)算技術(shù)尚未達(dá)到廣泛應(yīng)用的成熟水平。量子計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性和糾錯能力等方面仍需進(jìn)一步提升。此外，量子算法的開發(fā)和優(yōu)化也需要更多探索。

盡管充滿挑戰(zhàn)，業(yè)界對量子計(jì)算發(fā)展的前景仍然充滿信心。

谷歌量子人工智能團(tuán)隊(duì)創(chuàng)始人兼負(fù)責(zé)人哈特穆特·內(nèi)文曾稱，在收集經(jīng)典機(jī)器無法獲取的訓(xùn)練數(shù)據(jù)、訓(xùn)練和優(yōu)化某些學(xué)習(xí)架構(gòu)等方面，量子計(jì)算都是不可或缺的。量子計(jì)算能幫助人們發(fā)現(xiàn)新藥物、為電動汽車設(shè)計(jì)更高效的電池，以及加速核聚變和新能源替代方案的進(jìn)展。許多改變未來游戲規(guī)則的應(yīng)用，在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上是不可行的，有待于用量子計(jì)算來解鎖。

“2025年，量子計(jì)算將步入研發(fā)和應(yīng)用雙向驅(qū)動窗口期?！庇趧P迪在分析量子計(jì)算的發(fā)展趨勢時(shí)說，第一，量子算力將與經(jīng)典計(jì)算資源（通算、超算、智算）走向深度融合，形成量通融合、量超融合、量智融合的“異構(gòu)融合”體系。2025年，量子產(chǎn)業(yè)有望突破硬件穩(wěn)定性、算法優(yōu)化及兼容性等挑戰(zhàn)，初步構(gòu)建起多層次、適應(yīng)性增強(qiáng)的異構(gòu)算力生態(tài)系統(tǒng)。第二，企業(yè)、高校院所仍是量子計(jì)算領(lǐng)域主要力量。但量子計(jì)算領(lǐng)域的參與主體也將更加多元，除了當(dāng)前活躍的大型科技企業(yè)和初創(chuàng)公司，更多類型的主體將涌入這一前沿科技領(lǐng)域。第三，量子計(jì)算云平臺將進(jìn)一步提升量子計(jì)算機(jī)硬件與經(jīng)典云計(jì)算軟件、通信設(shè)備及IT基礎(chǔ)設(shè)施的接入能力。

隨著量子技術(shù)的發(fā)展，量子領(lǐng)域也逐漸有了更多標(biāo)準(zhǔn)。2024年3月，我國發(fā)布首批量子測量領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)。由全國量子計(jì)算與測量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口管理、中國計(jì)量科學(xué)研究院和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)牽頭制定的6項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)通過國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)正式發(fā)布，并于當(dāng)年10月1日開始實(shí)施。這6項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)提供了量子測量領(lǐng)域的基本術(shù)語和定義，規(guī)范了光學(xué)頻率梳、光鐘、單光子源、原子重力儀等核心產(chǎn)品性能測試方法，以及量子精密測量等領(lǐng)域里德堡原子制備方法，為我國量子測量領(lǐng)域科技、產(chǎn)業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。儲文皓介紹，目前量子領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制定工作正在隨著技術(shù)的演進(jìn)穩(wěn)步推進(jìn)。