量子計(jì)算在應(yīng)用領(lǐng)域要實(shí)現(xiàn)突破，取決于兩個(gè)關(guān)鍵因素：一是硬件能力，二是算法。
量子計(jì)算商業(yè)化可能比人們想象的更快到來(lái)。最新預(yù)測(cè)認(rèn)為，這一時(shí)間點(diǎn)可能在5年左右會(huì)發(fā)生。
過(guò)去幾十年來(lái)，全球大量的實(shí)驗(yàn)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(jì)算何時(shí)將在現(xiàn)實(shí)世界中被更廣泛地應(yīng)用仍是未知。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月5日，谷歌(193.31, 0.01, 0.01%)量子部門(mén)負(fù)責(zé)人哈特穆特·內(nèi)文（Hartmut Neven）表示，谷歌計(jì)劃在5年內(nèi)發(fā)布商業(yè)量子計(jì)算應(yīng)用。當(dāng)天美股收盤(pán)，量子計(jì)算公司D-Wave股價(jià)大漲超過(guò)8%。
谷歌的最新預(yù)測(cè)反駁了此前對(duì)量子技術(shù)應(yīng)用提出保守觀點(diǎn)的英偉達(dá)創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛的觀點(diǎn)。黃仁勛認(rèn)為，量子計(jì)算要真正取得實(shí)際應(yīng)用，可能還有20年時(shí)間。
目前并不清楚黃仁勛所預(yù)測(cè)的20年是基于對(duì)量子計(jì)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(shí)就已經(jīng)表示，公司將會(huì)在2030年以后發(fā)布量子計(jì)算機(jī)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(lái)，科學(xué)家們一直在討論量子計(jì)算，它有望提供比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)強(qiáng)大數(shù)千倍的能力。這些場(chǎng)景已經(jīng)在電影中出現(xiàn)——在電影《流浪地球》中，擁有超強(qiáng)算力和自我意識(shí)的量子計(jì)算機(jī)MOSS就是一臺(tái)通用量子計(jì)算機(jī)，它的算力驚人，能計(jì)算出諸如地球?qū)⒃庥龆啻挝C(jī)，并支撐“數(shù)字生命”計(jì)劃。
量子計(jì)算在現(xiàn)實(shí)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(dòng)汽車(chē)制造更高級(jí)的電池、發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新藥物靶點(diǎn)等。谷歌表示，將在未來(lái)5年內(nèi)發(fā)布相關(guān)的應(yīng)用，屆時(shí)人們將看到“只有在量子計(jì)算機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)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?jì)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(chǎng)景可能短期內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)。
中國(guó)科學(xué)院院士郭光燦去年在接受采訪時(shí)表示，量子計(jì)算時(shí)代將讓各個(gè)領(lǐng)域的難題從“不可解”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱山狻薄Ｋ硎荆孔佑?jì)算機(jī)最重要的特點(diǎn)不是替代電子計(jì)算機(jī)，而是與之相兼容，讓原本不可攻克的技術(shù)難題與效率問(wèn)題迎刃而解。比如制藥領(lǐng)域，用量子計(jì)算機(jī)可以加快新藥制造的時(shí)間。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)一位量子計(jì)算領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“我認(rèn)為量子計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)幾乎不太可能。”
他所稱(chēng)的“局部應(yīng)用”，是指包括量子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)新藥靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)等。“現(xiàn)在只有在隨機(jī)線路采樣和波色采樣問(wèn)題上，量子計(jì)算機(jī)超越了經(jīng)典計(jì)算機(jī)，也就是實(shí)現(xiàn)了所謂的量子優(yōu)越性（量子霸權(quán)），在其他實(shí)際問(wèn)題中，還沒(méi)有看到量子計(jì)算機(jī)比經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有任何優(yōu)勢(shì)。”上述專(zhuān)家表示。
在他看來(lái)，量子計(jì)算在應(yīng)用領(lǐng)域要實(shí)現(xiàn)突破，取決于兩個(gè)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(qiáng)的情況下，提出高效的算法，解決有用的實(shí)際問(wèn)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(zhuān)家、ID Quantique聯(lián)合創(chuàng)始人尼古拉斯·吉森（Nicolas Gisin）教授曾對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，量子計(jì)算機(jī)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?cái)?shù)很容易進(jìn)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(jì)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(guò)官方博客宣布，其最新的量子計(jì)算芯片Willow取得兩項(xiàng)重大成就：一是可以在使用更多量子比特（擁有105個(gè)物理量子比特）的情況下，成倍地減少錯(cuò)誤，破解了近30年來(lái)一直在研究的量子糾錯(cuò)挑戰(zhàn)；二是通過(guò)使用量子處理器，它已成功在幾分鐘內(nèi)解決了一個(gè)計(jì)算問(wèn)題，而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)要花的時(shí)間比宇宙的歷史還要長(zhǎng)。
谷歌于2012年創(chuàng)立谷歌量子人工智能，該部門(mén)的愿景是建立一個(gè)有用的大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)，利用量子力學(xué)來(lái)推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)、開(kāi)發(fā)有用的應(yīng)用程序，并應(yīng)對(duì)社會(huì)挑戰(zhàn)。“Willow芯片的推出，實(shí)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。”內(nèi)文表示。
由于量子計(jì)算擁有的巨大潛能，吸引了全球上百家量子計(jì)算公司競(jìng)相投入量子計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)。各國(guó)政府也在量子計(jì)算領(lǐng)域展開(kāi)一場(chǎng)“太空競(jìng)賽級(jí)別”的爭(zhēng)奪。
目前在美國(guó)，谷歌、微軟(415.82, 2.53, 0.61%)、IBM(253.44, -9.86, -3.74%)和英偉達(dá)等科技巨頭都在布局量子計(jì)算。2023年年底，IBM曾在IBM Quantum峰會(huì)上推出了新型量子芯片及量子系統(tǒng)二號(hào)（Quantum System Two），這是一臺(tái)采用低溫冷卻芯片的量子計(jì)算機(jī)，可以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)構(gòu)建更快、更強(qiáng)的模塊。IBM當(dāng)時(shí)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(cuò)能力的量子計(jì)算機(jī)。
微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨認(rèn)為，量子計(jì)算技術(shù)對(duì)某些行業(yè)的改變可能比一些專(zhuān)家想象的更近。他在近期的一場(chǎng)播客中表示，實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)可能在短短三到五年內(nèi)問(wèn)世。
蓋茨表示：“在未來(lái)三到五年內(nèi)，量子計(jì)算技術(shù)可能會(huì)獲得足夠多的邏輯量子比特來(lái)解決現(xiàn)實(shí)中一些非常棘手的問(wèn)題。”
微軟去年11月宣布，該公司正在打造第一臺(tái)“真正實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)”，預(yù)計(jì)將于今年晚些時(shí)候發(fā)布。蓋茨表示，盡管量子計(jì)算的商業(yè)化時(shí)間表尚不確定，但量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展正在加速。
實(shí)際應(yīng)用還要等20年？
并不是所有投入量子計(jì)算的企業(yè)都像谷歌和蓋茨那么樂(lè)觀。
黃仁勛在今年年初就曾預(yù)測(cè)，量子技術(shù)遠(yuǎn)非5年就能實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。他預(yù)計(jì)，量子計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用大約還需要20年的時(shí)間。
“如果你說(shuō)量子計(jì)算距離應(yīng)用還有15年，那可能還早。”黃仁勛說(shuō)道，“如果你說(shuō)還有30年，那可能太晚，很多人都相信它會(huì)發(fā)生在未來(lái)20年左右。”
黃仁勛當(dāng)時(shí)的言論讓美股量子計(jì)算公司市值大幅縮水近百億美元，并引來(lái)業(yè)內(nèi)一些量子計(jì)算推動(dòng)者的反駁。包括D-Wave在內(nèi)的量子技術(shù)公司在過(guò)去一年的股價(jià)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(shí)就表示，黃仁勛對(duì)量子計(jì)算的看法“大錯(cuò)特錯(cuò)”。巴拉茲說(shuō)，包括萬(wàn)事達(dá)卡(567.16, 0.87, 0.15%)和日本移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT Docomo在內(nèi)的公司正在生產(chǎn)中使用D-Wave的量子計(jì)算機(jī)。“這不是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(guó)，量子計(jì)算領(lǐng)域近年來(lái)也取得一些系列重要突破。
我國(guó)已經(jīng)構(gòu)建了“九章”系列、“祖沖之號(hào)”系列量子計(jì)算原型機(jī)，實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”里程碑。去年12月，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)超導(dǎo)量子團(tuán)隊(duì)研發(fā)的105個(gè)量子比特的“祖沖之三號(hào)”量子計(jì)算機(jī)相關(guān)科研成果發(fā)表。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，“祖沖之三號(hào)”的性能優(yōu)于谷歌在《自然》雜志發(fā)表的72個(gè)量子比特的“懸鈴木”，這也是目前超導(dǎo)量子計(jì)算的最強(qiáng)優(yōu)越性。
專(zhuān)家對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，量子技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)重要里程碑是實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用量子模擬機(jī)，并最終實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算量子計(jì)算機(jī)。
國(guó)盾量子計(jì)算負(fù)責(zé)人王哲輝對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，今年“祖沖之四號(hào)”有望發(fā)布，從而實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的量子優(yōu)越性。“2025年，我國(guó)在量子糾纏方向?qū)?huì)繼續(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。”他說(shuō)道。
