量子计算将在未来十年内改变许多行业

“洞察力必须先于应用。”——马克斯·普朗克，量子物理学之父

量子计算的前景十分广阔，它有助于更快地开发药物，为金融领域建立更好的投资组合，并开启密码学的新时代。但这是否意味着量子计算将成为统一标准，而传统计算将被淘汰？

答案是否定的。传统计算机具有量子计算机难以企及的独特特质，例如，存储数据的能力是传统计算机所独有的，因为量子计算机的内存最多只能持续几百微秒。

此外，量子计算机需要保持在接近绝对零度的温度，也就是零下270摄氏度（零下450华氏度）。普通用户家中没有这么强大的制冷功能，所以，量子计算机不太可能成为大多数家庭或企业的固定设备。

毫无疑问，量子计算将在未来十年内改变许多行业，那么问题来了：哪些场景更适合量子计算机，哪些更适合传统计算机？

量子计算机不会取代传统计算机

量子计算20世纪80年代初就存在了，但直到2019年，谷歌才首次证明了量子计算机的优势，即量子计算机比传统计算机快得多。40年过去了，目前全世界的量子设备加起来不超过40个。麦肯锡的报告显示，到2030年，量子机器可能还不会超过5000台。

量子计算与传统计算有着本质上的不同，它需要时间来开发、部署。

量子计算机无法像传统计算机那样给出直接的答案。传统计算非常简单：用户提供输入，算法对其进行处理，最后得到一个输出。而量子计算采用一系列不同的输入，然后返回一系列的可能性，用户得到的不是一个直接的答案，是对不同答案可能性的估计。

在处理有许多不同输入变量和复杂算法的问题时，传统计算机通常会花费很长时间，而量子计算机可以缩小可能的输入变量和问题解决方案的范围，然后用这个范围在传统计算机上测试，最后得到答案。

因此，在未来几十年中，传统计算机仍将发挥作用。

量子计算技术的局限性

经过四十年的研究，量子技术仍处于起步阶段，目前仍然存在一些相当棘手的问题。

量子计算机上的信息被存储在量子位（qubit）中，传统计算机使用0和1，量子计算机也是使用0跟1，但与之不同的是，其可以存储和调用任何0与1的叠加态。因此，量子计算机可以获得更高的信息密度，并以高于传统计算机指数级的速度处理非常复杂的操作，同时消耗更少的能量。

随之而来的问题是，要构建具有许多量子位的量子计算机是非常困难的，我国拥有的76个光子的量子计算机“九章”是当前全球最快的量子计算机。该量子计算系统处理高斯玻色取样的速度地比2019年谷歌发布的53个超导比特量子计算原型机“悬铃木”快100亿倍。

另外，较大的量子机器往往具有较低的连通性，量子位之间不能很好地相互通信，这种连接性的缺乏会降低系统的整体计算能力。

最后，量子机器很容易出错。这些计算错误是量子系统固有的，本身无法避免。这就是为什么要投入大量的资本和人力到量子错误检测中，以开发出能够自查错误并加以纠正的机器。尽管目前这一领域已经取得了巨大的进步，但是量子误差不可能完全消失，即使使用高度精确的量子计算机，仍然有必要用传统计算机验证最终结果。

布局量子未来

量子计算市场预计将从2019年的5.071亿美元增长到2030年的649.8亿美元，在预测期间（2020-2030年）以56.0%的复合年增长率增长。根据 CIR的估计，到2027年，量子计算的收入将达到80亿美元。

如今，各国以及一些科技巨头正致力于量子计算，在研发上投入了大量资金，开展跨行业的各种项目。

国家

我国一直处于量子计算的最前沿，2016年就发射了第一颗量子卫星。2020年12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

美国、德国、俄罗斯、印度和欧盟也加大了对量子计算的投入。特朗普根据2018年底签署成为法律的《国家量子倡议法案》，于2019年成立了国家量子计划咨询委员会，该法案授权在未来5年斥资12亿美元用于量子科学。

印度政府在其2020年预算中宣布了一项国家量子技术与应用国家计划，其五年期间的总预算支出为800亿印度卢比（约11.2亿美元），而欧洲有一项10亿欧元的计划，为未来十年的整个量子价值链提供资金。

公司

• 加拿大量子计算公司D-Wave于2011年5月11日正式发布了全球第一款商用型量子计算机“D-Wave One”，2019年2月，D-Wave宣布了其下一代量子计算平台的预览，整合了硬件、软件和工具，以加速和简化量子计算应用程序的交付。
• IBM一直是量子计算领域的先驱之一，在2019年1月，IBM推出了IBM Q System One，这是世界上第一个专为科学和商业用途设计的集成式通用近似量子计算系统。2020年9月，IBM在纽约开设了量子计算中心，将其量子计算系统扩展到商业和研究活动。IBM最近还投资了剑桥量子计算公司，后者是2018年首批加入IBM Q网络的初创公司之一。
• 2019年10月，谷歌宣布实现了“量子霸权”，其量子计算机在3分20秒内解决了当时世界上最强大的超级计算机“Summit”需要1万年才能计算出来的问题。“量子霸权”一词由John Preskill于2012年提出，它的英文名是“quantum supremacy”，意为“优越性”。
• 亚马逊于2019年末推出了Amazon Braket服务，旨在让其用户获得有关量子位和量子电路的实际操作经验。它允许在模拟环境中构建和测试电路，然后在实际的量子计算机上运行它们。
• 英特尔也于2019年推出了首款同类产品的低温控制芯片，代号为“Horse Ridge”，它将加速全栈量子计算系统的开发。
• 华为早在2012年就开始研究量子计算机，2018年量子计算模拟器HiQ云服务平台问世，平台包括HiQ量子计算模拟器与基于模拟器开发的HiQ量子编程框架两个部分，可模拟全振幅42量子比特以上。
• 2020年9月，百度研究院量子计算研究所所长发布了百度量子平台，展示了百度用量脉+量桨+量易伏赋能新基建、追逐“人人皆可量子”的愿景。百度量子平台提供了连接顶层解决方案和底层硬件基础所需的大量软件工具以及接口。
• 同年12月，阿里巴巴发布阿里云量子开发平台，开源自研量子计算模拟器“太章2.0”及一系列量子应用案例。这将有力地支持从业人员设计量子硬件，测试量子算法，并探索其在材料、分子发现，优化问题和机器学习等领域内的应用。
• 此外，微软、腾讯、诺基亚、惠普、AT&T、SK Telecom等公司也都在研究和致力于量子计算的应用。

虽然量子计算尚未成为主流，也不会主宰世界，但是通过与传统计算机的全面协作，它将在未来十年或二十年内产生重大影响。
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