量子计算商业化，还需跨越技术关卡和规模困境

1. 量子计算商业化，还需跨越技术关卡和规模困境

 自1982年物理学家理查德•费曼首次提出如何利用量子力学的特性来彻底改变计算以来，量子计算就成为人们最为看好的技术之一。拥有高出普通计算机数十甚至数百倍算力的量子计算机，是吸引了无数 科技 公司、大型学术团体以及各国政府的研究热点。 各公司  ，甚至  各国  都将注意力集中于量子计算系统远超当今“经典”计算系统的优势，即实现所谓的“量子优越性” 。
   然而，尽管谷歌在两年前就宣称已经达到这一里程碑，但量子优越性的实现并没有解决一个经典计算机不可能解决的实际问题，且IBM和其他公司很快表明，可以通过对经典计算机进行调整来抵消谷歌量子计算系统的一些所谓优势。
     
   量子力学是物理学中研究亚原子粒子行为的一个分支，而运用神秘的量子力学的量子计算， 则超越了经典牛顿物理学极限的特性，对于实现计算能力的指数级增长则成为 科技 界长期以来的梦想 。
   经典计算机以比特（bit）作为存储的信息单位，比特使用二进制，一个比特表示的不是“0”就是“1”。但是，在量子计算机里，情况会变得完全不同，量子计算机以量子比特（qubit）为信息单位，量子比特可以表示“0”，也可以表示“1”，还可以做到“既1又0”，这意味着，量子计算机可以叠加所有可能的“0”和“1”组合，让“1”和“0”的状态同时存在。
   也就是说，经典计算机中的2位寄存器一次只能存储一个二进制数，而量子计算机中的2位量子比特寄存器可以同时保持所有4个状态的叠加。当量子比特的数量为n个时，量子处理器对n个量子位执行一个操作就相当于对经典位执行2n个操作，这使得量子计算机的处理速度大大提升。 与传统计算机相比，量子计算机能够实现算力呈指数级规模拓展和爆发式增长，形成  “  量子优越性  ” 。
    量子计算  除了  实现  算力的提升外的  另一核心优势  ，就  是  降  低能耗 。众所周知，在经典计算机中，能耗是一大技术难题。处理器对输入两串数据的异或操作，而输出结果只有一组数据，计算之后数据量自然也会减少， 根据能量守恒定律，消失的数据信号必然会产生热量 。
   因此，经典计算的集成度越高，散热越困难。随着摩尔定律渐近极限，以后的计算能力的提高只能依靠堆积更多的计算芯片，这将导致更大的能耗。
   但量子计算中，输入多少组数据输出依旧是多少组数据，计算过程中数据量没有改变，计算过程也就没有能耗。 这  意味着，只有在最后测量的时候产生了能耗。而经典计算在每一个比特的计算过程中都将产生能耗 。
   在提高算力和降低能耗的开源节流的核心优势下，量子计算必然是摆脱当前计算机产业发展技术路径与颠覆未来的新技术。
   当前，针对一些传统行业来说，大量研发环节所面临的计算压力已经显现，尤其那些在分子领域进行研发的产业，以现有人类 科技 的计算能力，所消耗的时间和成本巨大，比如，生物制药、化工、能源等；还有另外一些本就对计算能力要求较高的 科技 行业，亦是量子计算实现商业应用的领域，比如，搜索、数字安全、人工智能、机器学习以及当前大火的元宇宙等。
    毋庸置疑，如果没有量子技术这种超运算的技术，这些产业和领域将很难依靠当前的芯片以及计算机运算技术来处理庞大的数据， 并且实现数据超远距、超高速、超安全的传输、计算与应用。
   以计算化学为例，模拟一种相对基础的分子（如咖啡因）将需要一台10的48次方比特的传统计算机，这相当于地球上原子数量的10%。而模拟青霉素则需要10的86次方比特——这个数字比可观测宇宙中的原子数量总和都要大。传统计算机永远无法处理这种任务，但在量子领域，这样的计算则成为可能。
   
   当前，量子计算越来越受到重视。作为打破摩尔定律、实现计算机算力指数级增长的新兴技术，吸引了无数 科技 公司、大型学术团体为其投入。
    事实上，尽管对量子计算行业未来的预测各不相同，但几乎所有观点都认为其规模将是巨大的 。正如量子信息跟踪网站 “量子计算报告”的运营者道格·芬克（Doug Finke）所说：“我认为量子计算的市场到2025年前后能达到10亿美元，且可能在2030年前达到50-100亿美元。” 后者的价值相当于今天高性能计算市场的10%-20%。根据霍尼韦尔（Honeywell）的估计，未来30年量子计算的价值可能达到1万亿美元。
    基于量子计算的广阔市场前景，也就不难理解为什么量子计算的商业化能能吸引到大量公共和私人的投资 。 主流风投以及大公司已经开始押注私人量子计算公司。 Google、IBM、Honeywell 这样体量的公司正在大量投资量子计算，包括自研、私募股权投资、合作等手段。最近的一份报告称，仅2021年，就有超过10亿美元的私人投资用于量子计算研究。
   其中，大多数项目、公司处于早期阶段，多为种子轮、A轮，甚至是孵化/加速状态。值得注意的是，投资量子计算的主体有很大特殊性，由于量子计算的超强计算能力、量子密码构成的通信网络的加密性，“国家队投资”在其中扮演了不可或缺的推动力量。
    事实上，除了主流投资机构、大型公司参与到了其中，类似美国 DOE、CIA、NASA、加拿大 STDC、澳大利亚电信等“国家队”角色起到了不小的助推作用。 它们以捐赠、投资、孵化等形式推动量子计算的科研和商业化。例如谷歌的量子计算项目之一则涉及与 NASA 合作，将该技术的优化能力应用于太空旅行。
   此外，美国政府准备投入约12亿美元到国家量子计划（ NQI）项目中。该项目在2018年末正式启动，为学术界和私营部门的量子信息科学研发提供总体框架。英国国家量子技术计划（NQTP）于2013年启动并承诺在10年内投入10亿英镑，目前该计划已进入第二阶段。
    对于我国来说，尽管  我国 科技 公司相比美国进入量子计算领域时间较晚，但近年来行业领军公司和科研院所也开始陆续在量子计算领域进行布局 。2021年“两会”期间，量子信息技术首次被提及，成为了中国面向“十四五”重点突围的核心技术之一，同时也是“国家安全和全面发展”的七个战略领域之一。
    科技 巨头方面，腾讯于2017年进军量子计算领域，提出用“ABC2.0”技术布局，即利用人工智能、机器人和量子计算，构建面向未来的基础设施。华为于2012年起开始从事量子计算的研究，量子计算作为华为中央研究院数据中心实验室的重要研究领域，研究方向包括了量子计算软件，量子算法与应用等。阿里则通过建立实验室进行以硬件为核心的全栈式研发，另一方面是构建生态，与产业链的上中下游的合作伙伴 探索 落地应用。
   可以看见，不论是 科技 公司、初创公司，都对量子计算寄予厚望且满怀热情。 
   
   量子计算的颠覆性是可预见的，但是，想要量子计算真正投入到有用的生产生活中，仍有一段距离。由于技术仍处于开发阶段，当量子 科技 从学术落地到企业商业化过程中时，该行业依然存在技术突破、规模量产难走的现实困境。
    当前，量子计算商业化仍停留在技术 探索 阶段 。尽管目前，量子计算已经在理论与实验层面取得了一些重大突破，包括美国、欧洲、中国在内的一些国家，都在量子技术层面取得了不同的突破与成就，也有了一些相应的商业运用。 但目前这些商业运用都还处于早期阶段，或者说是处于技术的 探索 运用阶段。 
   比如，量子比特需要量子相干性以形成量子纠缠，这相当于经典计算机需要有增益的晶体管。但如何实现大规模和相干性则是量子计算机系统面临的最大挑战。这些问题即使在理论上也是难以解决的，因为量子信息无法被复制，而量子计算机中的子系统相互纠缠，这导致所有设计都要以全局的角度来思考。
   并且，目前还不完美的量子计算机还需要获得更多改进。浅量子电路需要更高的栅极保真度和更多稳定性以限制去相干。量子退火机器则需要在连接性，控制精度和相干时间方面得到改进。
    从商业化角度来说，目前量子 科技 赛道的企业几乎没有实现累计盈利。 由于技术壁垒较高，企业研发投入动辄高达数十亿，产品却依旧不断试错中，商业化难以开拓。以IonQ为例，作为一家专注于量子计算的独角兽公司，根据该公司发布的财务数据，2019年、2020年，该公司实现收入20万美元、0美元，而净亏损分别为892.6万美元、1542.4万美元，商业化程度极低，投入资金大部分为研发费用。
    道格·芬克追踪了200多家量子技术初创企业  后  ，预计绝大多数在10年内将不复存在，至少不复以目前的形式存在 。他表示：“可能会有一些赢家，但也会有很多输家，有些将倒闭，有些将被收购，有些将被合并。”
   可以看剧，尽管目前的量子计算技术获得了一系列的突破，也处于不断突破的过程中，世界各国政府也都非常重视，并投入了大量的财力、人力，但距离真正的规模性商业化还需要一段路要走。 规模商业化需要的是对技术稳定性的要求，这与实验性与小规模应用有着本质的区别 。
   目前量子计算技术面临的核心问题还是在实证物理阶段的困扰，在理论物理阶段已经基本成熟，但进入实证物理阶段的时候，我们需要的是让这个难以琢磨以及极为不稳定的量子纠缠能够成为一种可掌握的“稳定性”技术。
   总体而言，量子计算的未来是乐观的，关于量子计算商业化的一切都才刚刚开始。到目前为止，我们可能只发现了量子计算的冰山一角，无论量子计算的首个实际应用是出于哪个 科技 企业，还是来自试图应用这项技术的其他数据服务公司、银行、制药公司或制造商，这场关于量子计算的竞赛都已经开始。

2. 科普：即将到来的量子科技，将颠覆我们所有认知

有人认为量子 科技 会对人类 社会 产生颠覆性影响再正常不过了。量子最早由M·普朗克在1900年提出，是现代物理的重要概念。普朗克提出：像原子作为一切物质的构成单位一样，“能量子”（量子）是能量的最小单位。
  
 通俗地说，量子就是表现出某物质或者物理量特性的最小单位！换句话说就是将物质不断分割，直至存在最小的不可分割的基本单位，那么这个物理量就是量子化的，并且我们将最小单位称之为量子！
  
 两个没有任何关系的量子会在不同位置出现完全相关的相同表现，这种现象称之为量子纠缠。原本物理世界认为光速是不可超越的，而量子纠缠的速度至少1万倍于光速，即有这样一种可能，在宇宙的某个地方，距离我们几万光年外存在着和你毫无关系的量子，你动他动，他动你动，也可以简单理解为 游戏 服务器和被控制的 游戏 角色之间的关系。
  
 为什么说量子 科技 会颠覆人类 社会 呢？因为量子力学本来就是颠覆人类认知的一种科学，应用了这种理论的技术也很可能会产生令人意料不到的效果。
    
 量子科学和技术其实已经在方方面面影响着我们的日常生活。我们目前正在广为使用的计算机、手机、互联网、时间标准和导航，包括医院里的磁共振成像等等，无一不得益于量子科学和技术。
  
 2015年12月10日，谷歌宣布已经在量子计算领域取得了突破性进展，该公司称，它们已成功证明自家于2013年采购的一台极富争议的计算机能基于量子技术进行数学计算，这种量子算法可以以比传统过程快1亿倍的速度解决问题。
  
 量子计算具有的强大的运算能力，当量子比特数达到大概50个时，其计算能力就可以超过现有的最强大的超级机计算机，当量子比特数达到300个时，它运算能力可能超过我们现已知的宇宙总粒子数之和。
  
 很多我们现阶段我们需要运算的工作都可能通过量子计算机轻松秒完，不需要太多时间；
  
 量子计算机最具颠覆性和吸引力的就是在分子维度上模拟自然方式，它在制药、化工还有生物 科技 等领域都有着广阔的应用，推出一款可上市产品必然会经历一个漫长的实验分子研究结合的过程，有些还不一定有结果，因此，通过量子计算来节省大量的时间和成本不仅有利于这些公司的商业诉求，并可以撬动这些产业的快速发展，带来巨大的商业利益；
  
 关于量子技术公开的信息显示，墨子号”量子科学实验卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心成功发射，2017年1月18日正式开展科学实验。这是世界范围内，第一颗量子科学实验卫星。
  
 中国科学技术大学潘建伟教授表示，“‘墨子号’量子卫星圆满实现预定的全部三大科学目标，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。”
  
 有望使中国先于欧美，拥有量子通信覆盖全球的能力。量子通信，有望成为新一代通信技术。但在量子计算这个更广阔的领域，中国仍落后美国，且差距不小。
  
 人类完全掌握量子 科技 后，会是怎样的存在？
  
 量子科学是研究微观粒子的科学，而微观粒子是构成宏观物质的态，一但微观粒子的构成确定，宏观物质也就确，而宏观物质的各种态势构成了物质的不同种类和性质，就有了世界万物。
  
 而微观粒子都应是能量团的集聚构成的，这此能量团是具有量子能量态的，各有各的性质，而量子态实际上则是由空间结构决定的
  
 而空间结构也就是最简形体结构既正四面体和正八面体，体心四面八方存在任一维度的不对称性和1/4向域所有一维存在三角函数差值，造成空间任意点的各向的势能差
  
 而这种势能差就造成了光的波动性和粒子性，光速是由空间任意点向四面八方的辐射造成，也造就就了各基本粒子，也造就了世界的万物。
  
 最后一句话可以说明其重要性:"量子 科技 ，它不是几万亿，几十万亿的概念，他对于国防，经济所带来的完全是颠覆性的影响！就好比上世纪60年代，人类首台电脑出现时对人类生活和以后几十年 科技 发展所带来的影响！"
  
 我国目前在量子物理的应用尝试中投入力度很大，在世界范围内也属于比较先进的国家。