量子計算在應(yīng)用領(lǐng)域要實現(xiàn)突破，取決于兩個關(guān)鍵因素：一是硬件能力，二是算法。
量子計算商業(yè)化可能比人們想象的更快到來。最新預(yù)測認(rèn)為，這一時間點可能在5年左右會發(fā)生。
過去幾十年來，全球大量的實驗室和研究人員在量子技術(shù)領(lǐng)域投入巨資，但迄今為止，量子計算何時將在現(xiàn)實世界中被更廣泛地應(yīng)用仍是未知。
當(dāng)?shù)貢r間2月5日，谷歌(193.31, 0.01, 0.01%)量子部門負(fù)責(zé)人哈特穆特·內(nèi)文（Hartmut Neven）表示，谷歌計劃在5年內(nèi)發(fā)布商業(yè)量子計算應(yīng)用。當(dāng)天美股收盤，量子計算公司D-Wave股價大漲超過8%。
谷歌的最新預(yù)測反駁了此前對量子技術(shù)應(yīng)用提出保守觀點的英偉達創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛的觀點。黃仁勛認(rèn)為，量子計算要真正取得實際應(yīng)用，可能還有20年時間。
目前并不清楚黃仁勛所預(yù)測的20年是基于對量子計算應(yīng)用的何種定義。但內(nèi)文在谷歌去年12月發(fā)布量子芯片Willow時就已經(jīng)表示，公司將會在2030年以后發(fā)布量子計算機的商業(yè)應(yīng)用。
5年內(nèi)可能出現(xiàn)“局部應(yīng)用”
幾十年來，科學(xué)家們一直在討論量子計算，它有望提供比傳統(tǒng)計算機強大數(shù)千倍的能力。這些場景已經(jīng)在電影中出現(xiàn)——在電影《流浪地球》中，擁有超強算力和自我意識的量子計算機MOSS就是一臺通用量子計算機，它的算力驚人，能計算出諸如地球?qū)⒃庥龆啻挝C，并支撐“數(shù)字生命”計劃。
量子計算在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用包括與能源、材料科學(xué)及新藥研發(fā)有關(guān)的領(lǐng)域，例如發(fā)現(xiàn)可替代的新能源、為電動汽車制造更高級的電池、發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新藥物靶點等。谷歌表示，將在未來5年內(nèi)發(fā)布相關(guān)的應(yīng)用，屆時人們將看到“只有在量子計算機上才能實現(xiàn)的現(xiàn)實世界應(yīng)用”。
盡管量子技術(shù)行業(yè)在全球表現(xiàn)出繁榮，但大部分學(xué)者認(rèn)為，我們?nèi)匀惶幱诹孔佑嬎愕脑缙陔A段，還有諸多物理限制亟待突破�？苹秒娪爸忻枥L的場景可能短期內(nèi)很難實現(xiàn)。
中國科學(xué)院院士郭光燦去年在接受采訪時表示，量子計算時代將讓各個領(lǐng)域的難題從“不可解”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱山狻�。他表示，量子計算機最重要的特點不是替代電子計算機，而是與之相兼容，讓原本不可攻克的技術(shù)難題與效率問題迎刃而解。比如制藥領(lǐng)域，用量子計算機可以加快新藥制造的時間。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)一位量子計算領(lǐng)域?qū)＜覍Φ谝回斀?jīng)記者表示：“我認(rèn)為量子計算機5年內(nèi)出現(xiàn)一些局部的應(yīng)用還是有可能的，但大規(guī)模的應(yīng)用要在5年內(nèi)實現(xiàn)幾乎不太可能。”
他所稱的“局部應(yīng)用”，是指包括量子計算機多粒子模擬等科學(xué)模型的模擬。據(jù)他介紹，目前的量子計算機還無法實現(xiàn)新藥靶點的發(fā)現(xiàn)等�！艾F(xiàn)在只有在隨機線路采樣和波色采樣問題上，量子計算機超越了經(jīng)典計算機，也就是實現(xiàn)了所謂的量子優(yōu)越性（量子霸權(quán)），在其他實際問題中，還沒有看到量子計算機比經(jīng)典計算機具有任何優(yōu)勢�！鄙鲜鰧＜冶硎�。
在他看來，量子計算在應(yīng)用領(lǐng)域要實現(xiàn)突破，取決于兩個關(guān)鍵因素：一方面是硬件能力要得到提升，二是在算法上，能在硬件能力不夠強的情況下，提出高效的算法，解決有用的實際問題。
站在技術(shù)爆發(fā)的“前夜”
日內(nèi)瓦大學(xué)量子密碼學(xué)專家、ID Quantique聯(lián)合創(chuàng)始人尼古拉斯·吉森（Nicolas Gisin）教授曾對第一財經(jīng)記者表示，量子計算機的潛力與圍繞它們的“炒作”是正相關(guān)的。他認(rèn)為，構(gòu)建低位量子比特數(shù)很容易進行經(jīng)典的量子模擬，關(guān)鍵在于如何得到高質(zhì)量的量子比特信息。
全球在量子計算領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了關(guān)鍵的技術(shù)突破。2024年12月10日，谷歌通過官方博客宣布，其最新的量子計算芯片Willow取得兩項重大成就：一是可以在使用更多量子比特（擁有105個物理量子比特）的情況下，成倍地減少錯誤，破解了近30年來一直在研究的量子糾錯挑戰(zhàn)；二是通過使用量子處理器，它已成功在幾分鐘內(nèi)解決了一個計算問題，而傳統(tǒng)計算機要花的時間比宇宙的歷史還要長。
谷歌于2012年創(chuàng)立谷歌量子人工智能，該部門的愿景是建立一個有用的大規(guī)模量子計算機，利用量子力學(xué)來推動科學(xué)發(fā)現(xiàn)、開發(fā)有用的應(yīng)用程序，并應(yīng)對社會挑戰(zhàn)�！癢illow芯片的推出，實現(xiàn)了關(guān)鍵的技術(shù)突破，使我們朝著商業(yè)相關(guān)應(yīng)用的方向邁出了重要的一步�！眱�(nèi)文表示。
由于量子計算擁有的巨大潛能，吸引了全球上百家量子計算公司競相投入量子計算機的開發(fā)。各國政府也在量子計算領(lǐng)域展開一場“太空競賽級別”的爭奪。
目前在美國，谷歌、微軟(415.82, 2.53, 0.61%)、IBM(253.44, -9.86, -3.74%)和英偉達等科技巨頭都在布局量子計算。2023年年底，IBM曾在IBM Quantum峰會上推出了新型量子芯片及量子系統(tǒng)二號（Quantum System Two），這是一臺采用低溫冷卻芯片的量子計算機，可以比傳統(tǒng)計算機構(gòu)建更快、更強的模塊。IBM當(dāng)時表示，2024年將把更多的低溫冷卻芯片接入該量子系統(tǒng)，目標(biāo)是在2033年生產(chǎn)出有量子糾錯能力的量子計算機。
微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨認(rèn)為，量子計算技術(shù)對某些行業(yè)的改變可能比一些專家想象的更近。他在近期的一場播客中表示，實用的量子計算機可能在短短三到五年內(nèi)問世。
蓋茨表示：“在未來三到五年內(nèi)，量子計算技術(shù)可能會獲得足夠多的邏輯量子比特來解決現(xiàn)實中一些非常棘手的問題�！�
微軟去年11月宣布，該公司正在打造第一臺“真正實用的量子計算機”，預(yù)計將于今年晚些時候發(fā)布。蓋茨表示，盡管量子計算的商業(yè)化時間表尚不確定，但量子計算機的發(fā)展正在加速。
實際應(yīng)用還要等20年？
并不是所有投入量子計算的企業(yè)都像谷歌和蓋茨那么樂觀。
黃仁勛在今年年初就曾預(yù)測，量子技術(shù)遠(yuǎn)非5年就能實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。他預(yù)計，量子計算機的實際應(yīng)用大約還需要20年的時間。
“如果你說量子計算距離應(yīng)用還有15年，那可能還早�！秉S仁勛說道，“如果你說還有30年，那可能太晚，很多人都相信它會發(fā)生在未來20年左右。”
黃仁勛當(dāng)時的言論讓美股量子計算公司市值大幅縮水近百億美元，并引來業(yè)內(nèi)一些量子計算推動者的反駁。包括D-Wave在內(nèi)的量子技術(shù)公司在過去一年的股價都曾出現(xiàn)3倍以上的漲幅。
D-Wave首席執(zhí)行官艾倫·巴拉茲（Alan Baratz）當(dāng)時就表示，黃仁勛對量子計算的看法“大錯特錯”。巴拉茲說，包括萬事達卡(567.16, 0.87, 0.15%)和日本移動運營商NTT Docomo在內(nèi)的公司正在生產(chǎn)中使用D-Wave的量子計算機�！斑@不是30年以后，不是20年以后，也不是15年以后，而是現(xiàn)在。”
在我國，量子計算領(lǐng)域近年來也取得一些系列重要突破。
我國已經(jīng)構(gòu)建了“九章”系列、“祖沖之號”系列量子計算原型機，實現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”里程碑。去年12月，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)超導(dǎo)量子團隊研發(fā)的105個量子比特的“祖沖之三號”量子計算機相關(guān)科研成果發(fā)表。實驗數(shù)據(jù)顯示，“祖沖之三號”的性能優(yōu)于谷歌在《自然》雜志發(fā)表的72個量子比特的“懸鈴木”，這也是目前超導(dǎo)量子計算的最強優(yōu)越性。
專家對第一財經(jīng)記者表示，量子技術(shù)發(fā)展的下一個重要里程碑是實現(xiàn)專用量子模擬機，并最終實現(xiàn)通用計算量子計算機。
國盾量子計算負(fù)責(zé)人王哲輝對第一財經(jīng)記者表示，今年“祖沖之四號”有望發(fā)布，從而實現(xiàn)更大規(guī)模的量子優(yōu)越性�！�2025年，我國在量子糾纏方向?qū)^續(xù)取得技術(shù)突破，從而趕超今年谷歌發(fā)表的Willow的研發(fā)成果�！彼f道。
