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從網(wǎng)絡(luò)安全到天氣預(yù)報(bào)，量子計(jì)算技術(shù)在一些具有高風(fēng)險(xiǎn)但帶來(lái)高回報(bào)的行業(yè)領(lǐng)域得到更多的應(yīng)用。

人們現(xiàn)在正處于一場(chǎng)“量子計(jì)算競(jìng)賽”當(dāng)中。在過(guò)去10年，美國(guó)、中國(guó)、英國(guó)、日本和歐盟委員會(huì)等政府對(duì)開發(fā)量子計(jì)算技術(shù)的投資高達(dá)200億美元。這些國(guó)家和地區(qū)的初創(chuàng)企業(yè)蓬勃發(fā)展，并吸引了大量的風(fēng)險(xiǎn)投資。而IBM、谷歌、英特爾、微軟、阿里巴巴、NTT等知名企業(yè)正在加緊量子計(jì)算前期開發(fā)工作。一些企業(yè)還開始為技術(shù)社區(qū)提供云服務(wù)，以在小型量子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

Elsevier公司最近發(fā)布的一份調(diào)查報(bào)告發(fā)現(xiàn)，自從1994年以來(lái)，量子計(jì)算和相關(guān)的技術(shù)研究的穩(wěn)步增長(zhǎng)，已經(jīng)發(fā)表了48000多篇論文。這項(xiàng)研究還表明，從2015年開始，有關(guān)文章的發(fā)布量急劇上升。與這種情況相呼應(yīng)的是，量子計(jì)算近年來(lái)占據(jù)了頭條新聞——從聲稱擁有量子霸權(quán)的谷歌的量子計(jì)算機(jī)“Sycamore”，到最近馬里蘭大學(xué)和杜克大學(xué)成立的初創(chuàng)廠商IonQ公司成為第一家公開上市純粹的量子計(jì)算公司。

量子計(jì)算和更廣泛的量子技術(shù)是高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的研究領(lǐng)域。它們可以為從網(wǎng)絡(luò)安全和人工智能到天氣預(yù)報(bào)和藥物開發(fā)等行業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)顛覆性影響。量子計(jì)算和更廣泛的量子技術(shù)是一個(gè)具有國(guó)家戰(zhàn)略意義的領(lǐng)域，并且各行業(yè)領(lǐng)域也推出了越來(lái)越多的協(xié)作計(jì)劃。但是，人們實(shí)際上會(huì)在哪里看到量子計(jì)算的應(yīng)用呢?現(xiàn)在值得投資嗎?這些問(wèn)題的答案似乎很清楚。隨著這項(xiàng)技術(shù)的成熟和新應(yīng)用的出現(xiàn)，那些尚未探索量子計(jì)算，甚至還沒(méi)有關(guān)注技術(shù)發(fā)展的企業(yè)很可能會(huì)落后于那些開始探索的公司。

量子計(jì)算可能改變的五種行業(yè)領(lǐng)域

有許多行業(yè)領(lǐng)域被認(rèn)為將會(huì)受到量子計(jì)算技術(shù)的更大影響，但在中短期內(nèi)，人們可能會(huì)看到它對(duì)以下數(shù)據(jù)密集型領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響：

• 物流優(yōu)化問(wèn)題：商用的量子計(jì)算機(jī)可以幫助優(yōu)化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，并提高物流行業(yè)的運(yùn)營(yíng)速度和準(zhǔn)確性。它還可能改進(jìn)自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)，并可以用于預(yù)測(cè)和預(yù)防交通擁堵。
• 財(cái)務(wù)建模：正在研究采用量子計(jì)算技術(shù)以優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)管理和合規(guī)性、增強(qiáng)交易模型以及改進(jìn)目標(biāo)和預(yù)測(cè)。量子技術(shù)還可以通過(guò)幫助縮短和改變銀行的信用評(píng)分流程和客戶入職流程，對(duì)消費(fèi)者產(chǎn)生廣泛的影響。
• 藥物開發(fā)：開發(fā)新藥仍然需要大量的反復(fù)試驗(yàn)，這可能既昂貴又冒險(xiǎn)。量子技術(shù)可以通過(guò)幫助人們更多地了解藥物及其對(duì)人體的反應(yīng)來(lái)消除這一點(diǎn)。它還可以幫助提取有關(guān)藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)的更多信息，以加快藥物開發(fā)過(guò)程。
• 計(jì)算化學(xué)：量子計(jì)算的巨大潛力可以使機(jī)器成功地繪制分子地圖，并解決傳統(tǒng)上具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題——例如減少二氧化碳排放量以改善氣候，甚至幫助生產(chǎn)電池來(lái)解決當(dāng)前的儲(chǔ)能問(wèn)題。有趣的是，關(guān)于量子計(jì)算的想法圍繞使用一種可以在實(shí)驗(yàn)室中操作的量子系統(tǒng)來(lái)研究其他不太容易操作的系統(tǒng)的行為。
• 加密和網(wǎng)絡(luò)安全：這是量子計(jì)算會(huì)帶來(lái)顯著影響的最常見的一個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)樗梢越鉀Q計(jì)算上的難題，例如素?cái)?shù)分解，其難度構(gòu)成了當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)加密技術(shù)的基礎(chǔ)。但是，它也可以通過(guò)創(chuàng)建量子密碼術(shù)來(lái)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)安全行業(yè)發(fā)展，在理論上可以解決公鑰基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題。量子密碼學(xué)或量子密鑰分發(fā)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在特定應(yīng)用。

量子計(jì)算什么時(shí)候得到廣泛應(yīng)用?

正如人們所見，量子計(jì)算應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?。但該領(lǐng)域仍處于起步階段。雖然量子計(jì)算的長(zhǎng)期目標(biāo)是建造大型量子計(jì)算機(jī)，但必須指出它仍然具有挑戰(zhàn)性。量子位由單個(gè)離子(帶電原子)實(shí)現(xiàn)，在特殊的半導(dǎo)體電路、超導(dǎo)體或其他系統(tǒng)中對(duì)于外部干擾或噪音來(lái)說(shuō)非常脆弱。用于構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的量子位越多，它就越脆弱，越容易出錯(cuò)。這種對(duì)外部干擾或噪聲的脆弱性往往會(huì)消除量子計(jì)算機(jī)可能具有的所有潛在計(jì)算能力。因此，很多工作都在尋找糾正由于噪聲引起的錯(cuò)誤的方法。因此，現(xiàn)在處于所謂的“嘈雜的中等量子計(jì)算”(NISQC)階段，技術(shù)社區(qū)正在尋找中型量子計(jì)算機(jī)的近期應(yīng)用，其中似乎有一些應(yīng)用。例如，IBM公司的Quantum2020路線圖討論了到2023年構(gòu)建1000個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)的計(jì)劃。其他量子技術(shù)領(lǐng)域(例如安全通信和傳感)不依賴于使用更多的量子位，因此更加成熟。

量子計(jì)算最近得到迅速發(fā)展，特別是在使用超導(dǎo)技術(shù)的固態(tài)量子計(jì)算以及捕獲和操縱單個(gè)原子以用作量子位的小型化方法，以及用于量子計(jì)算的軟件方面的發(fā)展，正在幫助該行業(yè)朝著商業(yè)化量子計(jì)算機(jī)邁進(jìn)。在這一基礎(chǔ)上，現(xiàn)在可以通過(guò)云計(jì)算訪問(wèn)一些早期的量子計(jì)算機(jī)，這降低了希望在該領(lǐng)域進(jìn)行嘗試的中小公司的進(jìn)入門檻。然而還必須注意，量子技術(shù)可能遵循與人工智能類似的過(guò)程，人工智能如今經(jīng)歷了激動(dòng)和幻滅的時(shí)期。這意味著，如果目前的一些早期承諾不能很快地實(shí)現(xiàn)，可能會(huì)看到量子計(jì)算發(fā)展的低谷期。

量子的未來(lái)發(fā)展將依賴于合作

由于量子計(jì)算仍然是一項(xiàng)新興技術(shù)，因此各國(guó)政府必須提供堅(jiān)實(shí)的資金基礎(chǔ)。因此出臺(tái)了一些政府倡議，例如歐盟量子旗艦倡議、美國(guó)倡議(例如美國(guó)能源部的量子計(jì)算中心、國(guó)家量子倡議)和日本登月計(jì)劃。中國(guó)在量子通信方面的工作也令人印象深刻，建立了國(guó)家量子實(shí)驗(yàn)室，并強(qiáng)調(diào)了量子技術(shù)對(duì)中國(guó)發(fā)展的關(guān)鍵作用。在戰(zhàn)略技術(shù)和保護(hù)主義方面，還在歐盟框架計(jì)劃討論中看到提到將英國(guó)、瑞士和以色列排除在量子計(jì)劃(以保持歐盟成員國(guó)內(nèi)部的研究)以及空間技術(shù)計(jì)劃之外。然而，通過(guò)這些國(guó)家在量子技術(shù)和空間方面的研究表現(xiàn)，保持合作的開放性似乎是明智的。

量子計(jì)算現(xiàn)在正在轉(zhuǎn)向支持現(xiàn)實(shí)世界的用途。因此，當(dāng)應(yīng)用程序真正得以廣泛應(yīng)用時(shí)，那些沒(méi)有深入了解該技術(shù)或用例的企業(yè)將很難在量子競(jìng)賽中獲勝。最終，企業(yè)應(yīng)該在探索性項(xiàng)目中進(jìn)行合作，以推進(jìn)量子計(jì)算硬件、軟件和探索用例的開發(fā)和應(yīng)用。而在嘗試開發(fā)和采用任何新技術(shù)時(shí)，需要大量數(shù)據(jù)和專業(yè)技能來(lái)應(yīng)對(duì)他們將面臨的許多挑戰(zhàn)。如果企業(yè)開展合作，應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)、降低成本、增加成功機(jī)會(huì)以及拓寬技能將會(huì)容易得多。