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未來(lái)十年,商用量子計(jì)算應(yīng)用能否走進(jìn)實(shí)現(xiàn)?
材料來(lái)源:LFWC          

文/Will Ashford-Brown,Heligan Group投資銀行戰(zhàn)略洞察總監(jiān)

傳統(tǒng)上,當(dāng)科學(xué)家和工程師遇到難題時(shí),他們會(huì)借助超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)求解。計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù),然后得出答案;但情況并非總是如此。超級(jí)計(jì)算機(jī)并非無(wú)所不能,在解決某些特定問(wèn)題時(shí)也會(huì)遇到困難。

那么接下來(lái)該怎么辦呢?我們就會(huì)求助于量子計(jì)算。研究人員預(yù)測(cè),量子計(jì)算機(jī)能夠比任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快地處理某類(lèi)問(wèn)題,尤其是那些涉及大量變量和潛在結(jié)果的問(wèn)題,比如模擬問(wèn)題或優(yōu)化問(wèn)題。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)依靠0和1,即“比特”來(lái)處理和傳遞信息,而量子計(jì)算機(jī)則基于量子力學(xué)原理,利用量子比特(qubits)進(jìn)行信息處理與傳輸。量子比特可以同時(shí)處于0、1,或既是0又是1,甚至是0和1所有可能狀態(tài)的疊加態(tài)。這是因?yàn)樵谖⒂^層面,質(zhì)子、電子或離子等基本粒子,會(huì)按照一定的概率同時(shí)呈現(xiàn)多個(gè)量子態(tài),這一現(xiàn)象被稱為量子疊加態(tài)。疊加態(tài)通常以波的形式存在,類(lèi)似于兩個(gè)音符同時(shí)奏響時(shí)的波形疊加。量子態(tài)的另一個(gè)關(guān)鍵特性是量子糾纏,它指的是即使量子粒子之間相距甚遠(yuǎn),它們之間仍存在極強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,愛(ài)因斯坦曾稱之為“鬼魅般的超距作用”。理論上,處于糾纏態(tài)的粒子無(wú)論相隔多遠(yuǎn),都會(huì)同時(shí)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)反應(yīng)。

得益于量子疊加態(tài)與量子糾纏效應(yīng),量子計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的并行計(jì)算。其快速分析拍字節(jié)(petabyte,PB)級(jí)數(shù)據(jù)集的能力,將在醫(yī)學(xué)研究、金融服務(wù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用,甚至可能解鎖我們尚未設(shè)想的應(yīng)用場(chǎng)景。但令人擔(dān)憂的是,量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算力可能導(dǎo)致現(xiàn)行密碼體系與加密技術(shù)面臨被破解的風(fēng)險(xiǎn)。例如,破解廣泛使用的 RSA 加密算法,傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)大約需要 3 億年的時(shí)間;但據(jù)估算,未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)可能僅需10秒即可完成。

投資者們?cè)趺纯矗?/strong>

目前,全球有高達(dá)數(shù)百億美元的資金正涌入到量子計(jì)算領(lǐng)域。2022 年,中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的投入超過(guò)其他所有國(guó)家和地區(qū),估計(jì)資金達(dá)176 億美元;歐洲投入了 95 億美元,美國(guó)投入27 億美元,日本投入23 億美元,英國(guó)投入 17 億美元。

2024 年,在量子技術(shù)領(lǐng)域的投資達(dá)到了 15 億美元,各國(guó)政府還承諾在未來(lái)十年內(nèi)將繼續(xù)投入401.2 億美元來(lái)支持量子計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展。進(jìn)入 2025 年,歐洲一些頂尖的量子初創(chuàng)公司陸續(xù)獲得了更多投資,其中包括Quantinuum公司獲得8.18億美元,Alice & Bob公司獲得1.98 億美元,Pascal公司獲得1.85 億美元,Riverlane公司獲得1.73 億美元。

量子時(shí)代即將到來(lái)?

預(yù)計(jì)全球量子計(jì)算市場(chǎng)的規(guī)模將從 2020 年的5.46 億美元增長(zhǎng)到 2027 年的114 億美元,很有可能這還是非常保守的低估預(yù)計(jì)。當(dāng)前有限的技術(shù)能力很快將被新一代量子計(jì)算平臺(tái)所取代,并引發(fā)客戶需求的激增。

過(guò)去,量子計(jì)算主要局限于國(guó)家研究實(shí)驗(yàn)室和超級(jí)計(jì)算中心,但如今商業(yè)化應(yīng)用已拉開(kāi)序幕,科技巨頭們已經(jīng)先行一步。微軟、亞馬遜、谷歌和IBM紛紛與量子計(jì)算初創(chuàng)公司合作,推出量子云服務(wù)或研發(fā)自己的量子計(jì)算機(jī)。例如,IBM計(jì)劃在2025年底前建造擁有1000個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)——這一規(guī)模被視作量子計(jì)算機(jī)性能超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的臨界點(diǎn),而谷歌則計(jì)劃在 2029 年實(shí)現(xiàn)同類(lèi)目標(biāo)。

過(guò)去40年間,量子計(jì)算領(lǐng)域流傳著一個(gè)經(jīng)典調(diào)侃:真正的量子計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)“還有五到十年”才能實(shí)現(xiàn),仿佛它永遠(yuǎn)停留在觸手可及的前方。如今,我們已無(wú)限接近量子技術(shù)的商業(yè)化實(shí)際應(yīng)用,甚至可以說(shuō)已經(jīng)跨入門(mén)檻。盡管體積、冷卻、成本、速度及實(shí)際影響力仍需長(zhǎng)期優(yōu)化,但商業(yè)應(yīng)用、資本涌入與產(chǎn)業(yè)機(jī)遇的敲門(mén)聲已經(jīng)清晰入耳。


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