C114訊 1月21日消息（余予）近幾年,，全球量子計(jì)算熱鬧非凡,，競爭激烈，成果涌現(xiàn),。從我國在兩種物理體系達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”,，到IBM將低溫超導(dǎo)量子計(jì)算系統(tǒng)的物理量子比特?cái)?shù)量增至127等等。從過去幾十年的進(jìn)程來看,，量子計(jì)算的增長可以說是前所未有的快,，尤其是在2021年。

其中最令人驚喜的是,，就2021年最后一天,，由霍尼韋爾 （Honeywell） 提供支持的Quantinuum H系列量子計(jì)算機(jī)繼續(xù)實(shí)現(xiàn)指數(shù)級性能提升，其最新離子阱系統(tǒng)H1－2達(dá)到2048量子體積,，為2021年畫上一個(gè)完美的句號,。

這可以說是突如其來，也可以說是“時(shí)間到了”,。

在國際數(shù)據(jù)公司 （IDC） 臨近年末發(fā)布的首份全球量子計(jì)算市場預(yù)測中,，IDC認(rèn)為，2021年為量子計(jì)算行業(yè)的關(guān)鍵一年,。在這一年,，為實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢而實(shí)施的戰(zhàn)略方法變得更加明確：供應(yīng)商發(fā)布了量子計(jì)算路線圖，路線圖強(qiáng)調(diào)改進(jìn)量子比特?cái)U(kuò)展和糾錯(cuò)的方法,，通過上市或與政府,、教育或私人實(shí)體合作尋求新的融資機(jī)會(huì),，或因預(yù)期提供而合并更全棧的方法。

各國政策,、資金加持 量子研發(fā)底氣十足

量子計(jì)算機(jī)是第二次量子技術(shù)革命的產(chǎn)物,，一臺(tái)足夠強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)的算力甚至能超越全球經(jīng)典計(jì)算機(jī)的算力總和。隨著谷歌,、IBM,、英特爾、微軟等科技公司,，以及我國中國科大等相關(guān)研究機(jī)構(gòu)在量子研究方面的投入,，量子計(jì)算硬件技術(shù)漸趨成熟。這其中不乏以政府政策及資金的支持為底,。

2021年1月,，法國總統(tǒng)馬克龍宣布啟動(dòng)法國量子技術(shù)國家戰(zhàn)略，計(jì)劃五年內(nèi)在量子領(lǐng)域投資18億歐元,，使法國躋身量子信息領(lǐng)域的“世界前三”,；同年3月，加拿大政府向量子計(jì)算機(jī)制造商D－Wave公司撥款3190萬美元,，支持一項(xiàng)價(jià)值1．2億美元的項(xiàng)目,，該筆款項(xiàng)將用于開發(fā)量子計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)，確保加拿大在量子科技發(fā)展方面始終處于領(lǐng)先地位,；德國將斥資約20億歐元（約合人民幣156億元）支持其在未來四年內(nèi)開發(fā)首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)……等等。

IDC預(yù)測,，量子計(jì)算市場的投資將以11．3％的復(fù)合年增長率 （2021－2027） 增長,，到2027年底將達(dá)到近164億美元。投資包括公共和私人資助機(jī)構(gòu)的投資,、全球政府支出,、來自技術(shù)和服務(wù)供應(yīng)商的內(nèi)部撥款（研發(fā)支出），以及來自風(fēng)險(xiǎn)投資家和私募股權(quán)公司的外部資金,。

據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)顯示,，2021年對量子計(jì)算初創(chuàng)企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)資本投資同比增長2倍，超過17億美元,。最重要的是,，政府和跨國公司集體投資了數(shù)十億美元。

雖然投資規(guī)模和增長率都很大,，但量子計(jì)算市場的預(yù)期規(guī)模要大得多,。有分析師表示，我們正處于量子計(jì)算“從科學(xué)研究和概念驗(yàn)證,，轉(zhuǎn)向硬件和軟件工程師構(gòu)建未來幾年具有商業(yè)前景的產(chǎn)品”的轉(zhuǎn)折點(diǎn),。這需要更多投資來提供有利于廣泛的垂直行業(yè)和用例的大規(guī)模的量子計(jì)算。

量子計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)多種并存 探索仍在繼續(xù)

量子計(jì)算本身作為一種全新計(jì)算，在藥物設(shè)計(jì),、人工智能和安全信息處理等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,。研發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的量子計(jì)算機(jī)，是量子計(jì)算領(lǐng)域最重要的發(fā)展目標(biāo),。

近年來,，各國相關(guān)科技實(shí)體紛紛布局，在量子計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)建上可謂是下足功夫,。就目前來說,，在量子計(jì)算系統(tǒng)的構(gòu)建上，現(xiàn)在主要有以下幾種硬件技術(shù)：

·超導(dǎo)量子技術(shù)

據(jù)了解,，超導(dǎo)量子技術(shù)是量子系統(tǒng)構(gòu)建主要技術(shù)之一,，往往具有較高的保真度及快速門控制，比特?cái)?shù)規(guī)模暫時(shí)處于領(lǐng)先位置,，并且其在電路設(shè)計(jì),、制備與測量集成電路方面兼容，以及其平面二維布局與糾錯(cuò)編碼擁有很高的契合度,。

但其也具有如需要極低溫制冷,、人工制造量子位可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤等等局限。

超導(dǎo)量子技術(shù)方面,，最顯著的代表包括谷歌,、IBM、中國科大等科技實(shí)體,。

2021年10月,，中國科大研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了比特可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之二號”和擁有113個(gè)光子144模式的量子計(jì)算原型機(jī)“九章二號”，使我國成為了目前世界上唯一在兩種物理體系達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑的國家,。這應(yīng)該也是超導(dǎo)量子技術(shù)在2021年取得的最好成果,；

谷歌于2019年推出“懸鈴木”，根據(jù)其發(fā)布的路線圖預(yù)測,，2029年將實(shí)現(xiàn)百萬位和可糾錯(cuò)量子計(jì)算,；

IBM在其2021年峰會(huì)上推出了擁有127個(gè)量子位的“Eagle ”，和此前相比,，其每個(gè)新處理器的量子比特?cái)?shù)大約增加了一倍,。接下來，IBM計(jì)劃在2022年推出具有433個(gè)量子位的“Osprey” ,。

除上述幾家具有代表性的企業(yè)及機(jī)構(gòu)外,，2021年7月，荷蘭初創(chuàng)公司QuantWare 推出了世界上首個(gè)用于量子計(jì)算機(jī) （QPU） 的商用超導(dǎo)處理器,；同年12月初,，全棧量子計(jì)算公司Rigetti Computing宣布與微軟合作,，通過云向微軟Azure Quantum服務(wù)的用戶提供Rigetti量子計(jì)算機(jī)。

·離子技術(shù)

一開始提到離子技術(shù),，大家第一下想到的大概是霍尼韋爾和IonQ,，現(xiàn)在又多了個(gè)Quantinuum——它是英國量子軟件和操作系統(tǒng)領(lǐng)先公司劍橋量子（Cambridge Quantum）與霍尼韋爾量子解決方案 （HQS） 合并的產(chǎn)物。

2021年,，霍尼韋爾推出基于差異化量子電荷耦合器件離子阱技術(shù)架構(gòu)的系統(tǒng)模型H1,，其量子體積翻了兩番，達(dá)到512量子體積,，成為全球首臺(tái)512量子體積的商用量子計(jì)算機(jī),；

其次是IonQ這家公司，它是首家能夠利用多個(gè)原子種類作為量子位的量子計(jì)算公司,，迄今為止已經(jīng)用鐿離子構(gòu)建系統(tǒng),。2021年8月，推出業(yè)界首個(gè)4＊16可重構(gòu)多核量子架構(gòu) （RMQ）,，該架構(gòu)總共具有64 個(gè)離子,，通過離子鏈之間的分離和合并，以創(chuàng)建RQA,。同年12月初,，IonQ宣布計(jì)劃在其系統(tǒng)中使用鋇離子作為量子位，構(gòu)建一個(gè)更快,、更強(qiáng)大,、更易于互聯(lián)且為客戶提供更多運(yùn)行時(shí)間的系統(tǒng)。

最后,，在2021年最后一天,，由霍尼韋爾 （Honeywell） 提供支持的Quantinuum H 系列量子計(jì)算機(jī)繼續(xù)實(shí)現(xiàn)指數(shù)級性能提升，其最新離子阱系統(tǒng)H1－2首先達(dá)到2048量子體積,。

除上述提及，2021年12月,，鴻海研究院宣布成立離子阱實(shí)驗(yàn)室,。同時(shí)表示，隨著離子阱實(shí)驗(yàn)室的成立,，未來將結(jié)合鴻?？萍技瘓F(tuán)在半導(dǎo)體、資通訊和精密制造的能力,，開發(fā)離子阱晶片,、積體光學(xué)，以及先進(jìn)集成電路等核心硬體設(shè)施,，由量子計(jì)算研究所主導(dǎo)開發(fā)量子編譯器,，并尋求業(yè)界合作,，預(yù)計(jì)在5年內(nèi)推出5到10位元開源、可編程的離子阱量子電腦,。

·光量子技術(shù)

光學(xué)計(jì)算機(jī)可以在室溫下運(yùn)行,，而無需像其他超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)一樣需要昂貴的冷卻設(shè)備。這或許是很多科技實(shí)體開始光量子技術(shù)相關(guān)研究的原因之一,。

2021年3月,，我國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院QUANTA團(tuán)隊(duì)聯(lián)合軍事科學(xué)院、北京量子信息科學(xué)研究院,、中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等國內(nèi)外單位,，研發(fā)出一款新型可編程硅基光量子計(jì)算芯片，實(shí)現(xiàn)了多種圖論問題的量子算法求解,，有望未來在大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域獲得應(yīng)用,。

2021年臨近年末，包括日本電報(bào)電話（NTT）公司,、東京大學(xué)和日本理研研究所在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高性能的“壓縮光”源,，用于光量子計(jì)算的信息傳輸，并在2030年之前利用這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)出強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī),。

除此之外,，據(jù)了解，日立公司（Hitachi）正在開發(fā)一種基于硅的量子計(jì)算機(jī),，這被視為未來大規(guī)模系統(tǒng)開發(fā)的一條有前途的途徑,。

總體說來，每種技術(shù)架構(gòu)方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),。比如說超導(dǎo)量子技術(shù)具有較高的保真度及快速門控制,，但其需要極低溫制冷光學(xué)；又比如,，光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括可擴(kuò)展性和減少功耗等等,。

量子計(jì)算架構(gòu)技術(shù)不會(huì)只局限于這幾種，就像人們常說“辦法總比困難多”一樣,，隨著時(shí)代的進(jìn)步,，為應(yīng)對不同環(huán)境需求，解決不同的計(jì)算問題,，未來我們還會(huì)看到更多新的方法應(yīng)用于量子計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)建,。

市場競爭需求 新廠商積極入局 量子科技公司蓄勢待發(fā)

2021年，是量子計(jì)算機(jī)為重要的一年,，也是競爭異常激烈的一年,。在一年，除去IBM,、IonQ,、霍尼韋爾這類的國外老牌量子計(jì)算公司,，國內(nèi)外量子計(jì)算企業(yè)接連上市，其中還伴隨著合并產(chǎn)出的新公司,。

2021年10月1日,，IonQ 成為第一家上市的量子計(jì)算公司，估值約為20億美元,，緊隨其后的是Rigetti Computing,，估值為15億美元。

其次,，還伴隨著新玩家的入局——Quantinuum,，英國量子軟件和操作系統(tǒng)領(lǐng)先公司劍橋量子（Cambridge Quantum）與霍尼韋爾量子解決方案 （HQS） 合并的產(chǎn)物。

并且,，“我們預(yù)計(jì)在未來12個(gè)月內(nèi),，將成為一家上市公司，”曾領(lǐng)導(dǎo)HQS,，現(xiàn)在擔(dān)任Quantinuum總裁兼首席運(yùn)營官的Tony Uttley表示,。

除了上市公司及新玩家的入場，2021年,，量子技術(shù)領(lǐng)域也出現(xiàn)大量投資,，從貝萊德和微軟風(fēng)險(xiǎn)基金等向PsiQuantum注資4．5 億美元，到霍尼韋爾量子解決方案與劍橋量子計(jì)算公司的合并以及高達(dá)3億美元的計(jì)劃投資,，人們對量子技術(shù)領(lǐng)域的興趣正在增加,。我們似乎還會(huì)繼續(xù)看到更大的科技巨頭對初創(chuàng)公司進(jìn)行投資以擴(kuò)大其量子能力，并打算盡快將可行的解決方案推向市場,。

在小編看來,，新玩家的入局，量子計(jì)算企業(yè)的上市無不說明了量子計(jì)算這一技術(shù)的重要,。盡管它現(xiàn)在還處于初期階段,，未來還有很多可能性。

量子計(jì)算用例廣泛 助力各行各業(yè)

量子計(jì)算可以說是很神秘,，我們對它的印象大多數(shù)是實(shí)驗(yàn)室,、研究團(tuán)隊(duì)、科技公司等等,。離我們實(shí)際生活很是遙遠(yuǎn)。但不得不說,，每一年,，量子計(jì)算都在朝著商業(yè)可行邁進(jìn)。

量子計(jì)算將能夠解決材料科學(xué)和化學(xué)中的復(fù)雜問題,，通過使用超越任何傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)能力的新算法模擬分子和材料,；同時(shí),，也可以有效地模擬其他量子系統(tǒng)，從而對復(fù)雜材料的化學(xué)和物理特性進(jìn)行更可預(yù)測和準(zhǔn)確的洞察,。

那么,，隨著量子計(jì)算不斷朝著商業(yè)可行邁進(jìn)，未來我們將看到將NISQ機(jī)器用于金融服務(wù),、航空航天,、物流以及制藥或化學(xué)等領(lǐng)域的一些有趣的用例的新方法。

而在2021年,，我們已經(jīng)看到了這樣的商業(yè)用例的誕生,，有些已經(jīng)實(shí)行，有些還尚在開發(fā)中,。

·PsiQuantum和QunaSys日前宣布一項(xiàng)聯(lián)合研究項(xiàng)目,，評估用于工業(yè)化學(xué)計(jì)算的容錯(cuò)量子計(jì)算的能力，旨在加速可持續(xù)材料的開發(fā),；

·日本JSR Corporation （“JSR”）作為alpha客戶加入了該項(xiàng)目,，將評估量子計(jì)算在光刻膠、彈性體,、塑料和試劑制造方面的進(jìn)展,。

·全球鋼鐵制造商N(yùn)ippon Steel日前與劍橋量子計(jì)算公司 （CQC）和霍尼韋爾合作優(yōu)化工廠調(diào)度問題。

·IBM 和 E．ON 旨在通過量子計(jì)算推動(dòng)能源行業(yè)的轉(zhuǎn)型,。

量子計(jì)算勢頭不減 2022年將大展宏圖

就我們所了解的,，量子計(jì)算早在多年以前便成為各國研究團(tuán)隊(duì)、科學(xué)家們的研究對象,，在量子計(jì)算方面的研究有著很長的歷史,，特別是在過去兩年中，這一技術(shù)經(jīng)歷了前所未有的增長,。

縱觀整個(gè)2021,，盡管量子計(jì)算還不一個(gè)家喻戶曉的名詞，盡管它還是離我們的實(shí)際生活有很大的距離,，但其身上卻具備很多的希望,、潛力和未來。

2021年,，量子計(jì)算不斷走向商業(yè)化,，各個(gè)科技實(shí)體陸續(xù)發(fā)布發(fā)展路線圖，研究機(jī)構(gòu)不斷嘗試新想法并得出成果,，政府加大政策,、資金支持力度等等?；谝陨?，量子計(jì)算優(yōu)越性”似乎也不再是很難觸及的高度,。

而2022年，量子計(jì)算的激情將繼續(xù)保持下去,，當(dāng)然,，也許會(huì)更加高漲。

這不是理所應(yīng)當(dāng)?shù)膯幔?/p>