实用有待突破 前景不可限量 ——“解读量子计算新进展”系列报道之四

量子有多火？去年底，谷歌发布量子芯片“威洛”（Willow）后，谷歌母公司Alphabet一夜之间市值大增1120亿美元。不只谷歌，整个量子板块集体暴涨，充分显示资本市场对量子商业前景的看好。在我国，科大国创软件股份有限公司、科大国盾量子技术股份有限公司等几大企业在谷歌发布会后，开盘涨幅均超过6%。

那么，量子计算距离商业化还有多远？

日前，赛迪顾问股份有限公司发布的报告显示，2024年，量子计算领域突破性产品层出不穷，量子优势频现，量子算力等新概念逐渐为业界所熟知，量子计算的商业化路径及其大规模应用前景日渐清晰。2025年，我国量子计算产业规模将持续迅速上升，预计保持30%以上的增长率，市场规模将达到115.6亿元。从长期来看，随着超导量子、光量子技术的不断突破和量子原型机走出实验室面向应用，我国量子计算产业规模占比还将持续呈现增长态势。

实现量子优越性

量子计算的基本计算单元为量子比特，它与经典计算机中的比特具有相同功能，即存储与处理数据。

“量子比特遵循量子力学原理。不同于经典比特只能处于0或1的状态，量子比特可以同时处于0和1的叠加态。此外，量子比特还具有相干性和纠缠性。”科大国盾量子技术股份有限公司量子计算云平台负责人储文皓对科技日报记者说，这些特性使量子计算从原理上不同于经典计算系统，在处理特定问题时，计算速度可实现指数级提升。

整体来看，量子计算的核心优势在于并行处理能力。传统计算机在处理复杂问题时，往往需要耗费大量的时间和资源，而量子计算机能够通过量子叠加和纠缠的特性，在同一时间内进行大量计算。这使得量子计算在解决某些特定类型的问题时，具有显著速度优势。

据介绍，目前量子计算比较主流的技术路线包括超导、光量子、离子阱、中性原子和硅半导体等。2019年美国推出的超导量子计算原型机“悬铃木”，2020年中国推出的光量子计算原型机“九章”实现了量子优越性。2021年，66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”研制成功，使我国率先成为在超导量子计算和光量子计算两条技术路线上实现量子优越性的国家。

中国信息通信研究院发布的《量子计算发展态势研究报告（2024年）》显示，全球量子计算论文发表量在约10年时间里增长了4倍，其中美国和中国占据前两位。在专利申请方面，中国占比最高，为39%，美国以28%位居其后。

尤其值得一提的是，我国在量子通信网络建设、运行维护服务以及网络应用开发等方面取得显著进展。

展现巨大应用潜力

作为一项颠覆性技术，量子计算在金融、材料科学、人工智能等领域也展现出巨大潜力。

赛迪顾问股份有限公司数字转型研究中心副总经理于凯迪介绍，量子计算的典型应用领域包括金融、化工、制药等，尤其“量子+金融业”经济价值释放时间早，潜在价值大。中国人民银行等七部门联合印发的《推动数字金融高质量发展行动方案》明确提出，探索运用边缘计算和量子技术突破现有算力瓶颈，为金融数字化转型提供精准高效的算力支持。

量子技术正在向金融的各个领域延伸。比如，传统技术在处理大型数据集和复杂条件时面临挑战，量子算法可以通过同时探索多种场景，有效处理这种复杂性。高盛公司试验使用量子计算加快计算风险调整后的收益，从而优化大型投资组合，并探索使用量子计算提高预测模型的精准度，进而增强风险管理能力。摩根大通公司与美国国际商用机器公司（IBM）合作探索量子计算在更准确计算风险价值方面的潜力。此外，金融行业越来越容易受到网络威胁。量子机器学习可以比传统方法更准确地识别交易数据的模式和异常，从而增强欺诈检测能力。

于凯迪预测，2025年，金融机构和科技公司将合力探索“量子计算+金融”的应用创新。

2025年，量子计算和人工智能（AI）两项颠覆性技术有望迎来深度交汇。二者的结合将突破计算与智能的简单叠加，量子计算将在实际特定任务中为AI带来能力增强。AI大模型参数数量庞大，寻找最优参数是一个高维优化问题。传统方法在面对大规模参数空间时，容易陷入局部最优解，难以找到全局最优解。同时，在模型构建过程中，不同的网络结构对AI性能有重大影响，需寻找更适合特定数据和任务的模型结构以提升模型泛化能力。量子计算为解决这些难题提供了新方案，可以支持“求解组合优化+高维搜索”，提升模型泛化能力和决策准确性。

储文皓认为，量子计算在药物发现等领域的应用前景广阔。他说，从靶点发现、化合物筛选、临床试验到最终上市，每个阶段都面临巨大挑战。传统的药物研发方法往往依靠实验室实验和计算模拟，但这些方法在处理复杂生物系统时，常常效率低下且成本高昂。量子计算能够对分子系统进行高精度模拟。通过量子计算，研究人员可以更准确预测分子之间的相互作用，从而优化药物分子的结构。量子计算还可以用于虚拟筛选，通过量子算法对化合物库进行分析，识别出与靶点蛋白质具有良好结合能力的化合物，这对药物研发意义重大。

有望改变游戏规则

谈到量子计算如何走向更广阔的市场空间时，储文皓分析，量子计算技术尚未达到广泛应用的成熟水平。量子计算机的稳定性、可扩展性和纠错能力等方面仍需进一步提升。此外，量子算法的开发和优化也需要更多探索。

尽管充满挑战，业界对量子计算发展的前景仍然充满信心。

谷歌量子人工智能团队创始人兼负责人哈特穆特·内文曾称，在收集经典机器无法获取的训练数据、训练和优化某些学习架构等方面，量子计算都是不可或缺的。量子计算能帮助人们发现新药物、为电动汽车设计更高效的电池，以及加速核聚变和新能源替代方案的进展。许多改变未来游戏规则的应用，在经典计算机上是不可行的，有待于用量子计算来解锁。

“2025年，量子计算将步入研发和应用双向驱动窗口期。”于凯迪在分析量子计算的发展趋势时说，第一，量子算力将与经典计算资源（通算、超算、智算）走向深度融合，形成量通融合、量超融合、量智融合的“异构融合”体系。2025年，量子产业有望突破硬件稳定性、算法优化及兼容性等挑战，初步构建起多层次、适应性增强的异构算力生态系统。第二，企业、高校院所仍是量子计算领域主要力量。但量子计算领域的参与主体也将更加多元，除了当前活跃的大型科技企业和初创公司，更多类型的主体将涌入这一前沿科技领域。第三，量子计算云平台将进一步提升量子计算机硬件与经典云计算软件、通信设备及IT基础设施的接入能力。

随着量子技术的发展，量子领域也逐渐有了更多标准。2024年3月，我国发布首批量子测量领域国家标准。由全国量子计算与测量标准化技术委员会归口管理、中国计量科学研究院和中国科学技术大学牵头制定的6项国家标准通过国家标准化管理委员会批准正式发布，并于当年10月1日开始实施。这6项国家标准提供了量子测量领域的基本术语和定义，规范了光学频率梳、光钟、单光子源、原子重力仪等核心产品性能测试方法，以及量子精密测量等领域里德堡原子制备方法，为我国量子测量领域科技、产业、标准化协同发展奠定了坚实基础。储文皓介绍，目前量子领域标准制定工作正在随着技术的演进稳步推进。