全球竞逐 量子计算快步走向实用

据波士顿咨询（BCG）测算，未来3-5年内，量子技术价值有望达50亿-100亿美元；未来15-30年，量子技术有望创造4500亿- 8500亿美元的市场价值。

近年来，随着量子信息学的发展，“量子”成为人们津津乐道的话题，甚至被披上神秘的面纱。只有客观认识量子世界，才能科学地将对量子世界的认知应用到人类生活中。

量子计算：自然赋予人类的终极计算能力

量子计算是一种遵循量子力学规律，进行高速运算、存储、处理信息的新型计算。与传统计算机相比，量子计算机具有天然的量子并行计算能力，存储能力强，运算速度快，将给现有计算能力带来质的飞跃。

简单来讲，如果将传统计算机的运算速度比作“自行车”，那么，量子计算机的运算速度则是“火箭”。量子计算超越经典计算，被国际学术界称为“量子霸权”。量子计算是自然赋予人类的终极计算能力。

中国科学技术大学陆朝阳教授进一步解释说 ：“普通的计算机，它就是0和1两种状态，但是量子计算机是同时处于0和1。如果我有比如说10个量子位的时候，我就有2的10次方这个状态同时存在，就像是孙悟空的分身术一样的。所以这么多种状态同时存在，这样一种性质，使它可以算得非常快，叫并行计算。”

换言之，高速信息处理，需要量子计算技术，包括海量数据搜索、长周期天气预报、材料和药物设计等领域，要取得革命性突破，首先得提高信息处理速度。

例如，业界流行的一句话“天气预报是世界难题”，即便是在现代计算机及相关技术十分完善的情况下也是如此。但如果使用量子计算机或能大幅提高对天气系统的实时测算，进而大幅提高预报准确率和延长预报天数。以台风预报为例，现在虽能相对准确地预测台风的路径，但对台风强度的预测能力相当有限，而有时台风强度可能是更有意义的天气参数。

全球竞逐，量子计算前景广阔

当前，量子计算正逐步应用到网络信息安全、大数据和人工智能、化学生物制药、金融工程、智能制造等领域，将在国防建设和国民经济发展中发挥巨大作用。

认识到量子计算对人类社会的巨大影响，许多国家都在开展量子计算研究。

2016年，全球首个量子计算在线平台公布。这一平台搭载5个量子比特的量子处理器，可供全世界用户使用，有大约30万人通过“云方式”体验量子计算。

2019年，全球首套商用量子计算机（20个量子比特）推出，目前已有30多台商用产品供使用。同年，使用53个量子比特的量子处理器出现：在伪随机量子采样任务中，量子计算机用了大约200秒的时间完成运行，而当时最强的超级计算机需1万年才能完成相应任务。我国清华大学与浙江大学成功合作研制出121个量子比特的超导量子计算机。

量子计算机内部

2022年则出现了当下最强的量子计算机，拥有433个量子比特。

如今，量子计算机研制和应用已经成为各国战略竞争焦点之一，量子计算技术正走出实验室，走向行业应用。

据统计，全球有100多家量子计算公司，量子计算发展呈现一派蓬勃景象。

在我国，近年来一些量子计算机构相继成立，取得的发明专利数不断攀升，24量子比特、64量子比特等商用量子计算机陆续问世，国产量子操作系统以及量子操控装置研制成功，推动着量子计算机在我国的工程化应用。

2022年11月30日，安徽省量子计算工程研究中心宣布，我国最强量子计算机“悟空”即将面世。问世后，这台“合肥造”量子计算机有望成为国内市面上顶尖的商用量子计算机。

从市场发展看，量子计算的市场规模发展潜力巨大。波士顿咨询（BCG）发布的报告预测，在不考虑量子纠错算法的进展情况下，保守估计到2035年全球量子计算应用市场规模将达到近20亿美元，2050年暴涨到2600多亿美元；若量子计算技术迭代速度超出预期，乐观估计2035年市场规模可突破600亿美元，2050年则有望飙升至2950亿美元。

应用：量子计算快步走向实用

随着新一轮信息科技革命和产业革命的推进，各个行业数据信息体量不断增加，提高算力的同时又能降低能耗是各国亟待解决的关键问题，而量子计算作为该背景下的先锋技术，为问题的解决提供了颠覆性思路。

量子计算机过大的体积、极其严苛的运行环境和数千万美元的价格，使得当前量子计算的应用主要通过云平台范围量子硬件，量子计算与经典计算也不是取代和被取代的关系，而是在对算力要求极高的特定场景中发挥其高速并行计算的独特优势。

对于量子计算机将能够解决的所有问题，目前还没有达成共识。但量子计算的应用研究主要集中在模拟、优化、机器学习等方面。

例如，量子计算用于模拟自然界中发生的过程，很难或不可能用当今的经典计算机来描述和理解。这在药物发现、电池设计、流体动力学以及衍生品和期权定价方面具有巨大潜力。

此外，使用量子算法来确定一组可行选项中的最优解。可能适用于干线物流和投资组合风险管理。在机器学习方面，量子计算可用于识别数据中的模式以训练机器学习算法，这可以加速人工智能的发展。

从行业上来说，量子计算的潜在应用主要包括供应链、金融、交通、物流、制药、化工、汽车、航空、能源、气象等领域。

例如在制药或化工领域，量子计算可模拟分子特性，有望通过计算机数字形式直接帮助研究人员获得大型分子性状，缩短理论验证时间，极大地推动制药行业药品研发和开发新型材料。

在金融领域，量子计算非常适合复杂的金融建模，在投资组合定价、衍生品定价等方面具有潜在优势。据不完全统计，全球已有超过 25 家国际大型银行及金融机构与量子计算企业开展合作研究。

在汽车领域，近年来各大汽车厂商加快推进电动化战略。推进电动化战略过程中，量子计算将发挥其在化学模拟的优势，多家汽车厂商正致力于利用量子计算技术来研发性能更好的电池。

在气象领域，量子计算可以有效和快速处理包含多个变量的大量数据，且并行计算和不断优化的算法，可促进对气象条件的跟踪和预测，有助于提高天气预报的准确性。此外，量子计算机还可通过机器学习来识别和理解不同的天气模式。

结语

当前量子计算机正处在“专用机”阶段。尽管如此，将量子专用机与电子超级计算机相结合，采用量子—经典混合算法，依然可以大大提升运算速度，起到量子赋能的效果。这也正是相当长一段时间内，量子计算机走向实用的主流做法。期待我国在不断使用中提升量子专用机的性能，形成“研制—使用”的良好发展生态。这需要我们准确分析量子计算软硬件技术的研发和应用前景，科学合理制定整体发展战略，明确近期、中长期目标，分阶段投入并考核，以推动量子计算机更好更快发展，助力我国社会主义现代化建设。

责编：岳青植
监制：李红梅

文章参考：

1.《开卷知新 | 郭光灿：量子计算—— 强大算力 广阔前景》人民日报文艺2.《“人类的终极计算能力”量子计算 全球竞相追逐的“新天地”》中国科技信息杂志3.《量子计算快步走向实用》参考消息4.《量子计算产业：从理想变为现实》光明网

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