光子盒研究院
2023年伊始，生成式人工智能的主流应用让许多企业领导者措手不及。当我们开始思考2024年会有哪些趋势等待着我们时，量子科技正越来越多地触动全球企业的技术神经。
批评者往往认为量子技术过于夸张。但是，随着相关技术准备进入中心舞台，所有的目光都将聚焦于它能否兑现承诺，实现计算能力的“地震式”转变。
要点一览
1）继人工智能之后，量子计算可能是我们在全球范围内看到的下一个转变，因为工程师们将重点放在量子比特质量和纠错上。
2）由于量子计算威胁到现有的加密标准，因此数据安全问题迫在眉睫——抗量子密码亟待发展。
3）金融、制药、可持续发展和受监管行业等领域正在探索量子计算在各自领域的潜在影响。
4）量子计算的变革潜力伴随着道德和安全方面的挑战，需要企业，特别是政府领导人采取平衡和知情的方法。
2024年，量子计算领域有望从物理比特过渡到纠错逻辑比特，量子研究领域的全球合作也将增加，这标志着量子计算技术将迎来重要的一年。2023年11月，Atom Computing宣布推出一台1225量子比特的量子计算机，几乎是之前领先的IBM Osprey计算机的三倍。这一飞跃放大了量子计算的潜力，它将彻底改变制药和网络安全等领域，实现难以想象的复杂计算。12月，在2023年量子峰会上，IBM发布了尖端设备，包括1,121量子比特的IBM Quantum Condor芯片，和133量子比特的Heron量子处理单元（QPU）——这是IBM公司首款公用事业级量子处理器，也是IBM进入量子处理单元大规模访问时代的入口。同样在2023年年底，来自哈佛大学、麻省理工学院和其他顶尖机构的研究人员找到了一种改进纠错的方法，这可能会提前我们需要抗量子密码学的时间：它拥有有史以来数量最多（48个）的逻辑量子比特，该处理器最多可运行280个物理量子比特。如果未来其他研究人员能够复制并发展他们的研究，这就意味着量子计算机可能会比预期更早出现在我们的生活中——不知道要早多少。除此之外，2023年，俄罗斯物理学家推出16比特量子计算机、帝国理工学院团队在时域中进行了突破性的双缝实验、斯科特-阿伦森（Scott Aaronson）对最先进的大型语言模型 GPT-4 进行了量子信息科学考试，并获得了B级成绩、英特尔推出了12比特硅量子研究芯片Tunnel Falls......量子计算正走出大学物理系的地下室实验室，进入工业研发机构；相关举措得到了跨国公司和风险资本家的大力支持。由IBM、谷歌、IonQ、Rigetti等公司制造的当代量子计算原型离完美还有一段距离。如今的机器体积不大，容易出错，处于所谓的“含噪声的中等规模量子计算”（NISQ）发展阶段。微小量子系统的微妙性质意味着它们容易受到多种错误源的影响，而纠正这些错误是一个重大的技术障碍。能够纠正自身错误的大型量子计算机才是“圣杯”。一大批研究机构和商业企业正在通过不同的技术方法追求这一目标。那么，让我们来探讨一下：未来，量子技术又将如何发展？约翰·普里斯科（John Prisco）认为，2024年量子计算机市场将发生转变，不再执着于量子优势和原始比特数的概念。取而代之的是，该行业将转向解决更关键的纠错问题和实际问题解决应用。“预计量子计算巨头们将把工作重心转向逻辑量子比特数，优先考虑量子比特的质量，而不是之前主导讨论的纯粹数量。”遗憾的是，虽然2024年可能不会带来量子计算机设计模式的决定性整合，但这种不确定性对行业的整体发展和重点提出了挑战。“量子计算机市场有望看到目前的一种模式被淘汰，这意味着2024年将无法实现发展重点的集中，这在该行业努力从抢头条的壮举过渡到有形的现实影响时是一个不好的迹象。”从单纯的数字游戏转向强调纠错和功能应用，标志着该领域的成熟。这一转变虽然充满不确定性，但却是一个关键时刻。“在业界努力将理论能力转化为现实应用的同时，另一个迫在眉睫的问题出现了：量子计算对数据安全的影响，特别是黑客如何利用这一新生技术来存储今天的加密数据，以便明天进行解密。”Dashlane首席技术官弗雷德·里瓦恩（Fred Rivain）就量子技术的发展速度提出了及时的警告，抗量子加密方法不再是可有可无的。量子计算机破解当前加密标准（如RSA或ECC加密算法）的威胁迫在眉睫，这凸显了各行各业各种规模的组织都需要评估它们可能面临的风险，并在今天迁移到后量子加密技术。“机构和公司面临的风险是实实在在的：黑客很可能已经在试图窃取、囤积和存储加密数据，并希望在未来能够破解这些数据。”明年，预计NIST将宣布“第四轮”标准化后量子算法，这些算法将被集成到libsodium等关键加密库中，以便所有开发人员都能使用。虽然Cloudflare和Signal等先行者已经启动了实际应用，但更广泛的采用仍是一个长期前景。尽管有白宫的推动，但变革的动力可能需要一个类似“千年虫”的事件。QuSecure联合创始人兼首席产品官丽贝卡·克劳瑟默（Rebecca Krauthammer）也警告说，随着量子计算的发展，可以预见威胁的格局也会发生变化。“随着量子计算的发展和人工智能驱动的攻击，将出现新品种的网络威胁。网络安全团队的任务将不仅仅是防御传统的恶意软件和漏洞，还包括面向量子的‘即存即解’攻击、对抗性机器学习策略以及人工智能驱动的社交工程计划。”这就需要网络安全专业人员掌握更广泛的技能，并使用更先进的防御工具和平台。人们对量子计算存在许多误解。Quantinuum总裁兼首席运营官托尼·乌特利（Tony Uttley）指出，量子计算机并不是十年或十五年以后的事情。“我们现在就有量子计算机，它能做到经典计算机做不到的事情。另一个误解是，量子计算机只能做一件事。”乌特利解释说，虽然量子计算发展的主要重点是商业应用，但该技术已在不经意间成为复杂科学挑战的游戏规则改变者。例如，凝聚态物理和高能物理问题通常是欧洲核子研究中心（CERN）等组织和大型强子对撞机（Large Hadron Collider）等项目的工作范围，而现在可以用以前认为不可能的方式来解决这些问题。“人类历史告诉我们，如果给杰出的人提供令人难以置信的工具，他们就会找到用它来做的事情。我们正在看到这种情况实时上演。”从本质上讲，量子计算已经成为一种变革性的工具，它可以使理论概念具体化，为我们理解宇宙提供了一个新的视角。“我感到兴奋的是，量子计算打破了‘量子计算还要十年才能实现’和‘量子计算只能解决一件事’的神话。”金融服务、巨型银行和交易公司利用量子功能来优化投资组合和加强欺诈检测。制药行业正在关注量子计算，以实现高效的药物发现。与此同时，注重可持续发展的公司也在探索新的材料科学，宝马和空客公司在氢燃料电池方面的工作就是一例。“量子计算还有望彻底改变从医疗保健到航空等受监管行业，为人工智能算法提供急需的透明度和可追溯性，缓解人工智能决策中的‘黑箱”问题。”然而，风险与回报同样巨大。一个重要的问题是数据加密，因为肖尔算法等算法表明，量子计算有可能破解现有的加密方法。这不仅带来了技术上的挑战，也带来了伦理上的考虑，即在确保安全的前提下，应如何利用该技术为更大的利益服务。量子计算并不是一个未来派的概念；它是当前的现实，在不远的地平线上即将迎来关键的里程碑。眼下的一个里程碑是量子机器在模拟任务中的表现甚至超过了世界上最先进的超级计算机，从而将我们带入一个经典计算无法模拟量子能力的时代。至于准备工作，Quantinuum公司总裁兼首席运营官托尼·乌特利（Tony Uttley）建议企业和政府领导人关注量子技术在网络安全和高能物理等领域的蓬勃发展。“我们将开始看到量子技术进入影响我们日常生活的各个领域。我们自己可能永远不会接触到量子计算机，但它可能是你正在手机上运行的一个应用程序，而这个应用程序会穿越世界，进入量子计算机并做一些事情。”就像互联网和经典计算的早期阶段一样，量子计算将从利基应用开始，但有望变得无处不在，巧妙地为手机等日常设备上的任务提供动力。现在，谷歌、IBM、Quantinuum、IonQ和Rigetti等知名公司正在努力改进其量子产品，重点关注纠错，使其适合数据中心使用。一些公司还在为开发人员创建用户友好型软件和工具，以获取量子资源。不难猜测的是，随着量子硬件的发展，那些率先开发出有用的抽象层工具的公司将占据有利地位。一方面，量子计算为医学、材料科学和密码学等领域的开创性研究开辟了前景，成为创新的催化剂，推动了我们认为计算可能的极限。另一方面，这项技术的颠覆性潜力也引发了有关数据安全、伦理实施和数字鸿沟的关键问题。“随着量子能力的突飞猛进，我们面临着投资纠错机制和关注量子比特质量而不仅仅是数字优势的迫切需求。”忽视这些错综复杂的问题，可能会导致量子计算的力量要么未得到充分利用，要么被滥用，使未来岌岌可危。因此，在未来的征程中，我们需要采取一种经过深思熟虑、合乎道德和多学科的方法，将技术实力与监管远见结合起来。“量子计算可能会打破当前的加密模式，要求对网络安全协议进行彻底改革。”此外，该技术仍处于起步阶段，需要解决量子比特稳定性和纠错等问题，同时在成本方面也存在较高的准入门槛。进入2024年，企业领导者必须在量子计算的变革潜力与存在的风险和运营挑战之间取得平衡。当我们从经典计算时代转向量子未来时，企业领导者和政策制定者必须采取平衡和明智的战略，权衡量子计算必然带来的巨大利益和生存挑战。QuEra Computing公司首席营销官尤瓦尔·博格（Yuval Boger）预测，2024年，量子计算领域将发生重大转变。“其中最重要的是，从物理量子比特时代过渡到纠错逻辑量子比特时代，标志着向更稳定、更可靠的量子计算的飞跃。”博格还认为，这将与量子处理器越来越多地融入高性能计算（HPC）中心相吻合，从而创造出一种混合计算格局，充分利用经典机器和量子机器的独特能力。“与此同时，我们将看到欧洲国家向美国供应商开放其国家量子项目。之所以采取这种合作姿态，是因为我们认识到，要想走在量子技术发展的前沿，就必须采取更加全球化的方法。”法国最好的量子技术并不一定就是“最好的量子技术”。同样的逻辑很容易适用于其他国家，如德国、英国、芬兰等。在量子领域，国家之间的伙伴关系将得到加强，北约与量子的关系将越来越密切。兼并将为现有的量子公司带来增长机会，中性原子公司将获得更多机会。量子硬件和软件公司将发现合并有利于协同发展能力。随着市场竞争的加剧，量子控制公司将面临新的挑战者。我们将离“大规模”更近一年，每个人都会对所取得的成就感到惊讶。目前，多个路线图都指向2024年将无可争议地展示有用的“量子优势”。“我们预计这次展示将在计算化学领域，针对与制药或材料工程相关的用例，人工智能与量子计算的融合已于2023年正式开始，这种融合也将继续发展，我们将看到量子技术越来越多地被用于改进当前的生成模型。”2XN的创始合伙人尼尔斯·尼尔森（Niels Nielsen）表示，“在传感方面，我们将看到更多的公司利用量子传感器来实现清晰而有价值的用例。2024年也将是量子防伪安全的重要一年，标准、法规和建议将变得更加清晰，促进一些方法的发展，并要求其他方法做出调整。”对2024年的热情并不局限于计算，还包括新兴的量子技术，如真正的量子网络，为量子隐形传态奠定基础。量子计量学和传感技术也将占据中心位置，通过精确的磁场测量，为医学成像、生物磁场研究、地球物理学、材料研究和导航等领域带来革命性的变化。——量子传感器将带领人们遨游太空，量子算法将深入了解人体，探索聚变反应堆的设计，并指导人工智能的新方法。或许，明年量子传感的发展速度和商业化速度将超过量子计算。Quantum Exponential的斯图尔特·伍兹（Stuart Woods）说：“QLM、Delta g、Aquark Technologies和Cerca Magnetics等初创公司已经在这一领域取得了令人瞩目的进展，明年，我们有望看到首批量子传感器通过FDA认证，并在智能基础设施中进行测试。”随着技术的成熟，未来一年有可能在不同学科领域取得突破性进展。在机会空间增加的同时，风险空间也变得更加具体。人们将对量子威胁有更多的认识，越来越多的组织将制定和部署其缓解策略，以实现量子安全的网络安全解决方案。在经历了2023年的低迷之后，在技术进步、战略发展以及对量子计算基础要素投资增加的推动下，预测2024年量子初创企业的数量将适度增长。仅从这些观点来看，2024年的量子计算前景应该会非常令人兴奋。随着2024年的临近，量子计算将很快迎来改变游戏规则的时刻，这将影响我们所有人。想象一下更快的药物发现或无法破解的密码；这是好的一面。但也有不好的一面：目前的网络安全很容易被破解，而且这项技术还很粗糙，通常既昂贵又难以使用。当我们从过去的计算世界进入这个令人兴奋却又不可预测的量子时代时，企业和政府的领导者必须既谨慎又聪明。他们既要拥抱巨大的飞跃，也要为潜在的隐患做好准备。简单地说，量子计算提供了一个充满非凡可能性的世界，但我们必须学会明智地使用它。[1]https://www.techopedia.com/future-of-quantum-computing[2]https://thequantuminsider.com/2023/12/22/venture-capitalists-make-predictions-on-2024s-quantum-technology-industry/[3]https://www.miragenews.com/2023-quantum-computers-function-purpose-and-1106739/[4]https://www.financialexpress.com/business/digital-transformation-whats-next-quantum-computing-trends-beyond-2024-3347223/[5]https://medriva.com/health/digital-health/quantum-computing-hype-or-reality-exploring-the-current-state-and-potential-challenges/[6]https://bnnbreaking.com/world/russia/quantum-industrys-milestones-of-2023-breakthroughs-and-innovations/[7]https://thequantuminsider.com/2023/12/27/top-predictions-in-quantum-for-2024/每周一到周五，我们都将与光子盒的新老朋友相聚在微信视频号，不见不散！