“逆境”中的量子技术：「两份重要报告」揭示全球增长潜力

光子盒研究院

最近发布的两份量子技术相关综合报告集合了全球多家企业的见解。

报告反映了当前量子技术发展的关键趋势和面临的主要障碍，同时突显了量子技术在未来发展中的潜力和需要解决的技术问题。

《2024年量子状态报告》——由IQM量子计算机公司、OpenOcean公司、Lakestar公司以及The Quantum Insider（TQI）联合开发的一项前沿研究，深入探讨了企业领导层对量子技术的准备状况，并分析了世界各主要地区和行业部门的态度和感受。

这份报告汇集了汇丰银行、戴尔、美国联邦储备系统、花旗银行和Moderna等多家全球知名企业的高管、供应商和研究机构的洞察，提供了独特的见解。

报告揭示，尽管全球经济总体上呈下滑趋势，量子计算领域仍然展现出强劲的增长动力，这在很大程度上得益于欧洲政府的大力支持和持续的投资。

此外，1月25日，计算社区联盟（CCC）发布了其《量子计算下一步工作》报告的五年更新版。

该报告提出了许多建议，强调了举办更多量子研讨会和项目的必要性，以促进不同学科间的合作和交流。

“量子计算目前正处于含噪声的中等规模量子计算（NISQ）时代，这意味着量子计算机仍然容易出现高错误率，而且能够维持的逻辑量子比特很少。然而，量子纠错方面的工作正在使量子计算向容错未来过渡。”

杜克大学工程学教授肯尼思·布朗（Kenneth Brown）指出：“过去五年，量子计算机硬件取得了显著进展，但在减少错误和扩展系统方面仍然存在挑战。”

“我们相信，将量子计算、计算机体系结构和系统工程领域的专家汇聚一堂，共同规划接下来十年的发展策略是至关重要的。”

量子计算通过利用量子相关性，创造了传统计算机难以企及的算法捷径，预示着科学和数学计算方式的根本变革。

这些算法的突破不仅挑战了互联网的标准安全协议，还迫使密码学界开发新的量子抗性技术。量子计算机（QC）在模拟量子化学和物理学问题方面展现出理想的潜力。

量子化学虽然听起来复杂，但实际上，超级计算机上的相关计算已广泛应用于药物分子设计、催化剂理解等领域，其应用范围涵盖了从电池设计到节能肥料生产，乃至碳封存技术。

更具前瞻性的是，如果可扩展的量子计算机能够改进优化算法和机器学习技术，其对经济和技术领域的影响将是革命性的。

尽管投入了大量的努力和资金，量子计算目前还未带来预期的巨大科学和社会效益。

主要的挑战在于量子元件的“含噪声”特性，以及量子比特和量子门数量的限制。这些因素共同制约了量子计算技术的发展和应用，但同时也激励着科学家们不断探索和突破这一领域的新前沿。

2023年的量子计算机拥有有限数量的量子比特，能够执行有限数量的门。为了利用量子计算机研究棘手的科学问题（如酶的金属有机中心的量子动力学），我们需要能够执行更多的操作

一些领先的量子技术及其特点

2023年，量子技术继续向前发展，从理论到初步实用化；我们看到初创公司从实验室向市场过渡，同时，我们也看到国家实验室和量子中心出现了量子计算机的物理全栈交付。

2022年，量子技术领域的风险投资额飙升至20多亿美元，显示出投资者对这个新兴市场的强烈信心。

然而，到了2023年，这一数字下降了大约50%，引发了关于“量子寒冬”的讨论。

2023年，美国的风险投资下降幅度最大（约为 80%）。然而，这一下降的主要原因是2022年是量子技术投资的重要一年，主要由SPAC和一些精选的大型B轮及以后的融资推动了大轮投资。

但业界专家对此持不同看法，他们认为投资下滑反映的是整体宏观风险投资趋势，并不代表对量子技术潜力的信心减弱。

在2021年之前的10年里，风险投资出现了巨大增长。到2021年，仅美国的新部署资本就将超过2500亿美元——是2011年的5倍。

量子技术风险投资的下降趋势与整个风险投资市场的下降趋势一致，2023年与2022年相比都下降了约50%。

实际上，私人投资的减少正逐渐被政府支持的资金承诺和合同所取代，有效填补了投资者忧虑的缺口。尽管投资速度放缓，量子产业的发展并未停滞，只是步伐有所减慢。

量子计算实际应用可能还需数年时间，因此目前更应关注长期研发而非短期回报。量子技术在风险投资总额中的占比不足1%，仍然是一个小众领域。

2023年，随着各国政府在量子技术中的作用日益显著，欧洲、北美及其他地区的量子国家实验室和研究机构也在从理论研究转向初步实际应用。

如果保守地按十年计算（每年4-5亿美元），政府对量子基金的资金承诺是2022年风险投资峰值的2倍

2023年期间，多国政府承诺支持量子技术，实现从安全通信、传感和导航到优化物流和基础设施等量子技术的实际应用。

这些新兴的量子研究中心成为量子技术生态系统的枢纽，促进了公共机构、研究人员和产业界的合作。

2023年，人工智能（AI）在公众和企业认知度的急剧提升，使其在关注度和投资方面超越了量子技术。

尽管如此，量子计算与AI相比具有独特的前瞻性价值，不应被忽视。

AI的迅速崛起提醒企业为技术革命做好准备，量子计算则被视为AI的潜在补充，有望通过加速高性能计算来增强AI的能力。

量子计算和AI的结合有望开启新的应用领域，如生成化学和数字孪生模拟。

AI可处理顺序任务，而量子计算则适合处理相关的概率计算。

虽然业界期待量子技术释放巨大价值，但这取决于量子技术的成熟度以及与经典系统和混合系统相比的优势。

在采用量子计算的过程中，仍面临数据隐私、云访问和实用算法等关键挑战。

量子技术仍需通过开发初级产品和测试实际应用案例来证明其实用性。

考虑到成本因素，量子计算仍有长远的发展之路，但其潜力不容忽视。

专家们一致认为，推动量子计算的应用不是短跑，而是一场马拉松，需要持续的努力和耐心。

在之前的一些采访中，超过63%的受访公司预计在未来五年内实现商业应用。但也有相当一部分人认为量子计算在现实应用中还不够实用。

 他们提出的理由是：

- 高昂的价格

- 硬件不可靠

- 需要大量资本投资

- 量子技术所需人才短缺

现在，我们将深入探讨潜在的使用案例，重点关注三个明确的行业：医疗保健、网络安全和金融。

这些行业在受访者的回答中脱颖而出，将受到量子计算的最大影响。

在各个行业中，随着企业用户不断投资并聚焦于测试量子计算的应用案例，量子技术的发展前景变得越来越广阔。

特别是在医疗保健、密码学和金融领域，量子计算展现出巨大的潜力，这些领域的发展前景正受到越来越多公司的关注。

尽管存在挑战，如成本、硬件可靠性和专业人才短缺等，但这些问题正逐渐得到改善和解决。量子计算正在推动先进模拟的发展，扩大优化的应用范围，并提升机器学习的效能。

同时，随着量子计算可能带来的网络安全威胁日益凸显，对此类威胁的防范和应对措施也越来越受到重视。

到了2023年，越来越多的早期量子计算采用者和领先者开始加强对这项技术潜在机遇的理解，并开始为其发展指明方向。

这些行为者正在积极探索量子计算如何能够为他们的业务带来变革性的优势，并为未来的应用做好准备。

随着量子技术的不断进步和应用案例的增多，企业和研究机构对于量子计算的投资和研究势必会带来更多的创新和突破。

随着2024年的到来，当前的商业需求与量子计算系统的实际能力之间的差距仍然显著。

终端用户正寻求更加透明的量子计算发展路线图，而持续达成关键里程碑对于建立信心和管理期望至关重要。

我们也开始看到，为应对企业面临的技术人才短缺问题，大学开始推出量子计算课程和认证项目，与国家研究中心展开合作。

量子计算面临的挑战也在逐渐转变，从原先的容错性和可扩展性问题发展到数据安全性和“每功能计算小时成本”等新的挑战。

为了充分发挥这种新型计算模式的潜力，需要向行业参与者提供更多关于基本原理和实践算法的知识，以拓展量子计算在解决实际问题上的应用。

科学家们预测，2024年量子计算发展的五个关键领域包括：

1）内部访问与云访问：由于数据安全和隐私的担忧，越来越多的人寻求在内部部署量子计算解决方案，而非基于云的服务，尤其在金融、国防和医疗保健等领域。

2）量子计算的成本：量子计算的时间成本较高，与其他高性能计算系统相比，这构成了广泛采用量子技术的障碍，尽管研发周期较长的行业较少受到短期成本的影响。

3）组织的量子准备：各组织正在通过有针对性的问题解决方法，积极提升团队的量子准备能力，为量子技术的最终发展做好准备。

4）保持对量子的热情：由于量子优势仍是一个遥远但重要的里程碑，因此保持对量子技术的兴趣需要战略性的沟通和支持，以及持续的投资和热情。

5）当前的混合解决方案和未来的纯量子计算：专注于通过量子混合系统提供即时价值的方法，反映了一种平衡当前业务需求与“纯”量子计算预期潜力的战略。

我们希望，这些讨论的方向将为我们的量子社区注入活力，并推进量子计算的系统方法，帮助这一重要的计算范式走向实际应用。

备注：本文基于原报告进行修改和删减，详细信息可参阅原报告。

参考链接：

[1]https://cra.org/ccc/events/5-year-update-to-the-next-steps-in-quantum-computing-workshop/

[2]https://cccblog.org/2024/01/25/ccc-releases-the-5-year-update-to-the-next-steps-in-quantum-computing-workshop-report/

[3]https://thequantuminsider.com/2024/01/30/iqm-openocean-lakestar-state-of-quantum-2024-quantum-resilient-to-investment-slowdown-with-widespread-government-backing/

[4]https://meetiqm.com/technology/state-of-quantum-report-2024/

[5]https://pratt.duke.edu/news/the-next-five-years-in-quantum-computing/

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