目前，各个行业数据信息体量不断增加，提高算力的同时又降低能耗是各国亟待解决的关键问题。量子计算则为该问题的解决提供了颠覆性思路。近日，全球前沿科技咨询机构 ICV 与光子盒研究院联合发布了《2022全球量子计算产业发展报告》（以下简称报告）。
“从概念构想，到实验室成果，再到商业价值初探，探索量子计算物理实现方式和增加量子比特数量，是全球研究机构及科技企业追逐的关键目标。”ICV前沿科技咨询总监朱迪·格林在解读报告时说。
量子计算产业发展亮眼
量子计算是一种遵循量子力学规律，对信息进行高速运算、存储、处理的新型计算。与传统计算机相比，量子计算机具有天然的量子并行计算能力，存储能力强、运算速度快，将给现有计算能力带来质的飞跃。
2021年是量子计算备受瞩目的一年。报告指出，量子比特数量实现较大规模增长的同时，各量子计算硬件技术均有所发展；越来越多的机构开始研发上层软件和算法，并有越来越多的算法在小规模实际问题上得到应用。
而量子计算机能够解决问题的规模在很大程度上取决于量子比特的数量。2021年以来，主要研究团队都实现了这方面的突破，中性原子公司等推出了100+量子比特量子计算机，哈佛—MIT联合开发了256量子比特基于中性原子的量子模拟器。
在超导方面，中国团队的成绩十分亮眼。由中国科技大学开发的66量子比特的“祖冲之号”实现量子计算优越性，计算复杂度比谷歌“悬铃木”提高了6个数量级。
此外，Rigetti公司提出了模块化的量子处理器架构，预计在几个月内还将推出80量子比特处理器；IBM公司则推出了127个量子比特的处理器Eagle。
光量子方面，传统上光量子计算的缺点是难以编程，但越来越多的研究表明，光量子计算同样可以编程，例如 Xanadu公司和国防科技大学都展示了可编程光量子计算芯片。
报告显示，2021年，全球量子计算市场规模约为8亿美元，预计到2024年市场规模将增长至40亿美元左右。
朱迪·格林预计，2030 年前后，全球将从 含噪声量子计算时代进入容错量子计算时代。“那时，量子计算优势将更为广泛和明显，全球量子计算市场规模将在容错量子计算时代开启时呈现指数上升趋势，达千亿美元甚至更高。”
技术进展推动产业发展
从全球量子计算公司的技术路线图来看，2021—2022年左右将突破100量子比特，3年内突破1000量子比特，到2030年有望实现100万量子比特量子计算机的突破。
但报告也指出，量子计算机是否有用的另一个维度是量子比特的质量，主要指标包括相干时间（决定量子态可以保持多久）、量子比特之间的连接程度、门保真度等。
在相干时间方面，2021年清华大学金奇奂研究组在离子阱系统上刷新了单量子比特相干时间纪录，达到5500秒。而此前最长相干时间纪录为660秒。
在量子比特之间的连接程度方面，离子阱系统可以实现全连接，但量子比特数量较少。超导量子计算机例如“祖冲之号”和“悬铃木”，单个量子比特只与周围 4个量子比特相连。若能提高连接性，那么可解决问题的规模将呈指数级增长。
在门保真度方面，目前最先进的量子计算系统的2量子比特门（纠缠门）保真度都在99%以上，最高纪录是澳大利亚硅量子计算公司通过半导体技术实现的99.99%，但他们仅仅开发了2个量子比特。
在测量和控制方面，2021年以苏黎世仪器为代表的一些厂商发布了可以测控100+量子比特的测控系统。最大的突破则是澳大利亚新南威尔士大学提出了可以控制数百万个硅自旋量子比特技术，为未来百万量子比特处理器的出现打下了坚实基础。
应用场景向多领域扩散
报告显示，量子计算行业目前处于早期探索阶段，核心参与者不多，产业链上下游较为清晰。目前国外科技巨头如IBM、谷歌、亚马逊、微软、英特尔、霍尼韦尔等处于行业领先地位，IonQ、Rigetti、PsiQuantum 等量子计算新贵已获得数亿美元的风险投资，实力同样雄厚。
在国内，科技巨头阿里巴巴、百度、腾讯、华为等也在跟进，但国内领先的量子计算公司主要是以本源量子、国盾量子等为代表的依托高校的公司。总体上，国内外量子计算产业链已经初具雏形。
从产业链来看，量子计算设备供应商以国际公司为主，特别是稀释制冷机和低温同轴线缆。但在其他领域，中国企业已占有一席之地，特别是测控系统，中微达信、国盾量子和本源量子与国外厂商并无差距，甚至可以达到更高水平。
报告显示，对于量子计算机未来能解决的所有问题，目前还没有达成共识。报告分析认为，从行业上来说，量子计算的潜在应用主要包括供应链、金融、交通、物流、制药、化工、汽车、航空、能源、气象等领域。
在制药或化工领域，量子计算有望通过计算机数字形式直接帮助研究人员获得大型分子性状，加快制药行业药品研发和新型材料开发。
在金融领域，量子计算适合复杂金融建模，在投资组合及衍生品定价等方面有潜在优势。
在汽车领域，多家汽车厂商正致力于利用量子计算技术研发性能更好的电池。
在气象领域，量子计算可以有效和快速处理包含多个变量的大量数据，而并行计算和不断优化算法，有助于提高天气预报的准确性。（记者 郑金武）
