2025.02.07
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作者 |第一財經 錢童心
量子計算商業化可能比人們想象的更快到來。最新預測認為，這一時間點可能在5年左右會發生。
過去幾十年來，全球大量的實驗室和研究人員在量子技術領域投入巨資，但迄今為止，量子計算何時將在現實世界中被更廣泛地應用仍是未知。
當地時間2月5日，量子部門負責人哈特穆特·內文（Hartmut Neven）表示，谷歌計劃在5年內釋出商業量子計算應用。當天美股收盤，量子計算公司D-Wave股價大漲超過8%。
谷歌的最新預測反駁了此前對量子技術應用提出保守觀點的創始人兼CEO的觀點。黃仁勳認為，量子計算要真正取得實際應用，可能還有20年時間。
目前並不清楚黃仁勳所預測的20年是基於對量子計算應用的何種定義。但內文在谷歌去年12月釋出量子晶片Willow時就已經表示，公司將會在2030年以後釋出量子計算機的商業應用。
5年內可能出現“區域性應用”
幾十年來，科學家們一直在討論量子計算，它有望提供比傳統計算機強大數千倍的能力。這些場景已經在電影中出現——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，能計算出諸如地球將遭遇多次危機，並支撐“數字生命”計劃。
量子計算在現實世界中的應用包括與能源、材料科學及新藥研發有關的領域，例如發現可替代的新能源、為電動汽車製造更高階的電池、發現創新藥物靶點等。谷歌表示，將在未來5年內釋出相關的應用，屆時人們將看到“只有在量子計算機上才能實現的現實世界應用”。
儘管量子技術行業在全球表現出繁榮，但大部分學者認為，我們仍然處於量子計算的早期階段，還有諸多物理限制亟待突破。科幻電影中描繪的場景可能短期內很難實現。
中國科學院院士郭光燦去年在接受採訪時表示，量子計算時代將讓各個領域的難題從“不可解”轉變為“可解”。他表示，量子計算機最重要的特點不是替代電子計算機，而是與之相相容，讓原本不可攻克的技術難題與效率問題迎刃而解。比如製藥領域，用量子計算機可以加快新藥製造的時間。
中國科學技術大學一位量子計算領域專家對第一財經記者表示：“我認為量子計算機5年內出現一些區域性的應用還是有可能的，但大規模的應用要在5年內實現幾乎不太可能。”
他所稱的“區域性應用”，是指包括量子計算機多粒子模擬等科學模型的模擬。據他介紹，目前的量子計算機還無法實現新藥靶點的發現等。“現在只有在隨機線路取樣和波色取樣問題上，量子計算機超越了經典計算機，也就是實現了所謂的量子優越性（量子霸權），在其他實際問題中，還沒有看到量子計算機比經典計算機具有任何優勢。”上述專家表示。
在他看來，量子計算在應用領域要實現突破，取決於兩個關鍵因素：一方面是硬體能力要得到提升，二是在演算法上，能在硬體能力不夠強的情況下，提出高效的演算法，解決有用的實際問題。
站在技術爆發的“前夜”
日內瓦大學量子密碼學專家、ID Quantique聯合創始人尼古拉斯·吉森（Nicolas Gisin）教授曾對第一財經記者表示，量子計算機的潛力與圍繞它們的“炒作”是正相關的。他認為，構建低位量子位元數很容易進行經典的量子模擬，關鍵在於如何得到高質量的量子位元資訊。
全球在量子計算領域已經出現了關鍵的技術突破。2024年12月10日，谷歌透過官方部落格宣佈，其最新的量子計算晶片Willow取得兩項重大成就：一是可以在使用更多量子位元（擁有105個物理量子位元）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；二是透過使用量子處理器，它已成功在幾分鐘內解決了一個計算問題，而傳統計算機要花的時間比宇宙的歷史還要長。
谷歌於2012年創立谷歌量子人工智慧，該部門的願景是建立一個有用的大規模量子計算機，利用量子力學來推動科學發現、開發有用的應用程式，並應對社會挑戰。“Willow晶片的推出，實現了關鍵的技術突破，使我們朝著商業相關應用的方向邁出了重要的一步。”內文表示。
由於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。各國政府也在量子計算領域展開一場“太空競賽級別”的爭奪。
目前在美國，谷歌、微軟、IBM和英偉達等科技巨頭都在佈局量子計算。2023年年底，IBM曾在IBM Quantum峰會上推出了新型量子晶片及量子系統二號（Quantum System Two），這是一臺採用低溫冷卻晶片的量子計算機，可以比傳統計算機構建更快、更強的模組。IBM當時表示，2024年將把更多的低溫冷卻晶片接入該量子系統，目標是在2033年生產出有量子糾錯能力的量子計算機。
微軟聯合創始人比爾·蓋茨認為，量子計算技術對某些行業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問世。
蓋茨表示：“在未來三到五年內，量子計算技術可能會獲得足夠多的邏輯量子位元來解決現實中一些非常棘手的問題。”
微軟去年11月宣佈，該公司正在打造第一臺“真正實用的量子計算機”，預計將於今年晚些時候釋出。蓋茨表示，儘管量子計算的商業化時間表尚不確定，但量子計算機的發展正在加速。
實際應用還要等20年？
並不是所有投入量子計算的企業都像谷歌和蓋茨那麼樂觀。
黃仁勳在今年年初就曾預測，量子技術遠非5年就能實現廣泛的應用。他預計，量子計算機的實際應用大約還需要20年的時間。
“如果你說量子計算距離應用還有15年，那可能還早。”黃仁勳說道，“如果你說還有30年，那可能太晚，很多人都相信它會發生在未來20年左右。”
黃仁勳當時的言論讓美股量子計算公司市值大幅縮水近百億美元，並引來業內一些量子計算推動者的反駁。包括D-Wave在內的量子技術公司在過去一年的股價都曾出現3倍以上的漲幅。
D-Wave執行長艾倫·巴拉茲（Alan Baratz）當時就表示，黃仁勳對量子計算的看法“大錯特錯”。巴拉茲說，包括萬事達卡和日本移動運營商NTT Docomo在內的公司正在生產中使用D-Wave的量子計算機。“這不是30年以後，不是20年以後，也不是15年以後，而是現在。”
在我國，量子計算領域近年來也取得一些系列重要突破。
我國已經構建了“九章”系列、“祖沖之號”系列量子計算原型機，實現了“量子優越性”里程碑。去年12月，由中國科學技術大學超導量子團隊研發的105個量子位元的“祖沖之三號”量子計算機相關科研成果發表。實驗資料顯示，“祖沖之三號”的效能優於谷歌在《自然》雜誌發表的72個量子位元的“懸鈴木”，這也是目前超導量子計算的最強優越性。
專家對第一財經記者表示，量子技術發展的下一個重要里程碑是實現專用量子模擬機，並最終實現通用計算量子計算機。
國盾量子計算負責人王哲輝對第一財經記者表示，今年“祖沖之四號”有望釋出，從而實現更大規模的量子優越性。“2025年，我國在量子糾纏方向將會繼續取得技術突破，從而趕超今年穀歌發表的Willow的研發成果。”他說道。
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