計(jì)算機(jī)行業(yè)量子計(jì)算：技術(shù)突破與政策催化共振，商業(yè)化落地加速可期.pdf

計(jì)算機(jī)行業(yè)量子計(jì)算：技術(shù)突破與政策催化共振，商業(yè)化落地加速可期。量子計(jì)算是基于量子力學(xué)原理的新型計(jì)算范式，在經(jīng)典計(jì)算性能提升放緩和算力需 求激增的背景下應(yīng)運(yùn)而生。量子計(jì)算通過量子疊加和糾纏在物理層面對信息進(jìn)行并 行處理，可在特定問題上顯著降低計(jì)算復(fù)雜度，例如無序搜索等任務(wù)中量子算法并 行探索龐大解空間，所需步驟遠(yuǎn)少于經(jīng)典算法。需要強(qiáng)調(diào)的是，量子計(jì)算并非對經(jīng) 典計(jì)算的全面替代，而是更適用于組合優(yōu)化、搜索、模擬等特定領(lǐng)域，將作為現(xiàn)有 計(jì)算體系的拓展與補(bǔ)充。在可預(yù)見的未來，量子計(jì)算將長期以“量子-經(jīng)典”混合模 式運(yùn)行，經(jīng)典計(jì)算需持續(xù)承擔(dān)結(jié)果讀取、誤差校正、參數(shù)優(yōu)化等工作。

目前量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)有多條技術(shù)路線并行發(fā)展，主要包括超導(dǎo)、離子阱、中性原子 和光量子計(jì)算等，每種方案的物理原理和工程實(shí)現(xiàn)各具特點(diǎn)。其中超導(dǎo)方案在毫開 爾文極低溫下運(yùn)行，門操作速度快、控制技術(shù)較成熟；離子阱和中性原子方案以離 子或原子為比特載體，具有相干時間長等優(yōu)勢，但依賴高精度激光控制和超高真空 環(huán)境，單次運(yùn)算速度較慢；光量子計(jì)算利用光子作為比特，具備室溫運(yùn)行、長距離 傳輸?shù)臐撛趦?yōu)勢，但對精密光學(xué)器件要求嚴(yán)格，目前仍在探索可擴(kuò)展的集成方案。

量子計(jì)算進(jìn)步加速，在量子計(jì)算優(yōu)越性和糾錯能力上提升顯著。近年來，以谷歌、 IBM 等廠商為代表的企業(yè)，在量子計(jì)算優(yōu)越性和糾錯能力等方面有顯著進(jìn)展，為量 子計(jì)算的規(guī)?；蛯?shí)用化打下良好基礎(chǔ)。國內(nèi)的“祖沖之三號”、“九章”系列量 子計(jì)算機(jī)也實(shí)現(xiàn)了顯著的突破和進(jìn)步，為走向容錯量子計(jì)算打下基礎(chǔ)。另一方面， 量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算的結(jié)合在不斷加深，為量子計(jì)算的性能提升、生態(tài)建設(shè)和未來 商業(yè)化打下基礎(chǔ)。谷歌等業(yè)內(nèi)領(lǐng)先公司紛紛制定了雄心勃勃的量子計(jì)算技術(shù)路線 圖，希望在 2030 年左右實(shí)現(xiàn)可商業(yè)化的量子計(jì)算落地。

全球主要國家紛紛制定量子科技戰(zhàn)略并投入巨資。美國 2018 年通過《國家量子倡 議法案》啟動聯(lián)邦量子研發(fā)計(jì)劃，近年進(jìn)一步在《芯片和科學(xué)法案》中強(qiáng)化量子網(wǎng) 絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)研制，并通過出口管制和投資審查將量子技術(shù)列為國家安全重點(diǎn)；歐洲推 出“量子旗艦”計(jì)劃，由歐盟統(tǒng)籌推進(jìn)量子技術(shù)主權(quán)；中國則將量子計(jì)算納入國家 重大科技專項(xiàng)，并通過地方產(chǎn)業(yè)基金和人才培養(yǎng)等舉措加速科研成果產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。

當(dāng)前量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)處于商業(yè)化初期。行業(yè)目前主要圍繞科研級整機(jī)和關(guān)鍵部件的研 制，行業(yè)收入以政府及科研機(jī)構(gòu)需求為主，上游硬件和控制系統(tǒng)的重要性遠(yuǎn)高于下 游應(yīng)用。各國科技巨頭和初創(chuàng)公司正積極布局產(chǎn)業(yè)鏈：IBM、谷歌等領(lǐng)跑量子計(jì)算 技術(shù)研發(fā)，國內(nèi)的國盾量子、本源量子、圖靈量子等企業(yè)也在核心技術(shù)研制方面取 得積極進(jìn)展。