量子计算竞赛：量子技术将如何以及何时影响行业领域?

作者：Dr Anders Karlsson 2021-06-16 10:18:26

云计算 量子计算和更广泛的量子技术是高风险、高回报的研究领域。它们可以为从网络安全和人工智能到天气预报和药物开发等行业领域带来颠覆性影响。

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从网络安全到天气预报，量子计算技术在一些具有高风险但带来高回报的行业领域得到更多的应用。

人们现在正处于一场“量子计算竞赛”当中。在过去10年，美国、中国、英国、日本和欧盟委员会等政府对开发量子计算技术的投资高达200亿美元。这些国家和地区的初创企业蓬勃发展，并吸引了大量的风险投资。而IBM、谷歌、英特尔、微软、阿里巴巴、NTT等知名企业正在加紧量子计算前期开发工作。一些企业还开始为技术社区提供云服务，以在小型量子计算机上进行实验。

Elsevier公司最近发布的一份调查报告发现，自从1994年以来，量子计算和相关的技术研究的稳步增长，已经发表了48000多篇论文。这项研究还表明，从2015年开始，有关文章的发布量急剧上升。与这种情况相呼应的是，量子计算近年来占据了头条新闻——从声称拥有量子霸权的谷歌的量子计算机“Sycamore”，到最近马里兰大学和杜克大学成立的初创厂商IonQ公司成为第一家公开上市纯粹的量子计算公司。

量子计算和更广泛的量子技术是高风险、高回报的研究领域。它们可以为从网络安全和人工智能到天气预报和药物开发等行业领域带来颠覆性影响。量子计算和更广泛的量子技术是一个具有国家战略意义的领域，并且各行业领域也推出了越来越多的协作计划。但是，人们实际上会在哪里看到量子计算的应用呢?现在值得投资吗?这些问题的答案似乎很清楚。随着这项技术的成熟和新应用的出现，那些尚未探索量子计算，甚至还没有关注技术发展的企业很可能会落后于那些开始探索的公司。

量子计算可能改变的五种行业领域

有许多行业领域被认为将会受到量子计算技术的更大影响，但在中短期内，人们可能会看到它对以下数据密集型领域产生重大影响：

• 物流优化问题：商用的量子计算机可以帮助优化实时动态，并提高物流行业的运营速度和准确性。它还可能改进自动驾驶汽车技术，并可以用于预测和预防交通拥堵。
• 财务建模：正在研究采用量子计算技术以优化风险管理和合规性、增强交易模型以及改进目标和预测。量子技术还可以通过帮助缩短和改变银行的信用评分流程和客户入职流程，对消费者产生广泛的影响。
• 药物开发：开发新药仍然需要大量的反复试验，这可能既昂贵又冒险。量子技术可以通过帮助人们更多地了解药物及其对人体的反应来消除这一点。它还可以帮助提取有关药物化学结构的更多信息，以加快药物开发过程。
• 计算化学：量子计算的巨大潜力可以使机器成功地绘制分子地图，并解决传统上具有挑战性的问题——例如减少二氧化碳排放量以改善气候，甚至帮助生产电池来解决当前的储能问题。有趣的是，关于量子计算的想法围绕使用一种可以在实验室中操作的量子系统来研究其他不太容易操作的系统的行为。
• 加密和网络安全：这是量子计算会带来显著影响的最常见的一个领域，因为它可以解决计算上的难题，例如素数分解，其难度构成了当前互联网加密技术的基础。但是，它也可以通过创建量子密码术来推动网络安全行业发展，在理论上可以解决公钥基础设施问题。量子密码学或量子密钥分发技术已经应用在特定应用。

量子计算什么时候得到广泛应用?

正如人们所见，量子计算应用和发展潜力是巨大的。但该领域仍处于起步阶段。虽然量子计算的长期目标是建造大型量子计算机，但必须指出它仍然具有挑战性。量子位由单个离子(带电原子)实现，在特殊的半导体电路、超导体或其他系统中对于外部干扰或噪音来说非常脆弱。用于构建量子计算机的量子位越多，它就越脆弱，越容易出错。这种对外部干扰或噪声的脆弱性往往会消除量子计算机可能具有的所有潜在计算能力。因此，很多工作都在寻找纠正由于噪声引起的错误的方法。因此，现在处于所谓的“嘈杂的中等量子计算”(NISQC)阶段，技术社区正在寻找中型量子计算机的近期应用，其中似乎有一些应用。例如，IBM公司的Quantum2020路线图讨论了到2023年构建1000个量子位的量子计算机的计划。其他量子技术领域(例如安全通信和传感)不依赖于使用更多的量子位，因此更加成熟。

量子计算最近得到迅速发展，特别是在使用超导技术的固态量子计算以及捕获和操纵单个原子以用作量子位的小型化方法，以及用于量子计算的软件方面的发展，正在帮助该行业朝着商业化量子计算机迈进。在这一基础上，现在可以通过云计算访问一些早期的量子计算机，这降低了希望在该领域进行尝试的中小公司的进入门槛。然而还必须注意，量子技术可能遵循与人工智能类似的过程，人工智能如今经历了激动和幻灭的时期。这意味着，如果目前的一些早期承诺不能很快地实现，可能会看到量子计算发展的低谷期。

量子的未来发展将依赖于合作

由于量子计算仍然是一项新兴技术，因此各国政府必须提供坚实的资金基础。因此出台了一些政府倡议，例如欧盟量子旗舰倡议、美国倡议(例如美国能源部的量子计算中心、国家量子倡议)和日本登月计划。中国在量子通信方面的工作也令人印象深刻，建立了国家量子实验室，并强调了量子技术对中国发展的关键作用。在战略技术和保护主义方面，还在欧盟框架计划讨论中看到提到将英国、瑞士和以色列排除在量子计划(以保持欧盟成员国内部的研究)以及空间技术计划之外。然而，通过这些国家在量子技术和空间方面的研究表现，保持合作的开放性似乎是明智的。

量子计算现在正在转向支持现实世界的用途。因此，当应用程序真正得以广泛应用时，那些没有深入了解该技术或用例的企业将很难在量子竞赛中获胜。最终，企业应该在探索性项目中进行合作，以推进量子计算硬件、软件和探索用例的开发和应用。而在尝试开发和采用任何新技术时，需要大量数据和专业技能来应对他们将面临的许多挑战。如果企业开展合作，应对这些挑战、降低成本、增加成功机会以及拓宽技能将会容易得多。