量子計算在應用領域要實現(xiàn)突破，取決于兩個關鍵因素：一是硬件能力，二是算法。
量子計算商業(yè)化可能比人們想象的更快到來。最新預測認為，這一時間點可能在5年左右會發(fā)生。
過去幾十年來，全球大量的實驗室和研究人員在量子技術領域投入巨資，但迄今為止，量子計算何時將在現(xiàn)實世界中被更廣泛地應用仍是未知。
當?shù)貢r間2月5日，谷歌(193.31, 0.01, 0.01%)量子部門負責人哈特穆特·內(nèi)文（Hartmut Neven）表示，谷歌計劃在5年內(nèi)發(fā)布商業(yè)量子計算應用。當天美股收盤，量子計算公司D-Wave股價大漲超過8%。
谷歌的最新預測反駁了此前對量子技術應用提出保守觀點的英偉達創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛的觀點。黃仁勛認為，量子計算要真正取得實際應用，可能還有20年時間。
目前并不清楚黃仁勛所預測的20年是基于對量子計算應用的何種定義。但內(nèi)文在谷歌去年12月發(fā)布量子芯片Willow時就已經(jīng)表示，公司將會在2030年以后發(fā)布量子計算機的商業(yè)應用。
5年內(nèi)可能出現(xiàn)“局部應用”
幾十年來，科學家們一直在討論量子計算，它有望提供比傳統(tǒng)計算機強大數(shù)千倍的能力。這些場景已經(jīng)在電影中出現(xiàn)——在電影《流浪地球》中，擁有超強算力和自我意識的量子計算機MOSS就是一臺通用量子計算機，它的算力驚人，能計算出諸如地球?qū)⒃庥龆啻挝C，并支撐“數(shù)字生命”計劃。
量子計算在現(xiàn)實世界中的應用包括與能源、材料科學及新藥研發(fā)有關的領域，例如發(fā)現(xiàn)可替代的新能源、為電動汽車制造更高級的電池、發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新藥物靶點等。谷歌表示，將在未來5年內(nèi)發(fā)布相關的應用，屆時人們將看到“只有在量子計算機上才能實現(xiàn)的現(xiàn)實世界應用”。
盡管量子技術行業(yè)在全球表現(xiàn)出繁榮，但大部分學者認為，我們?nèi)匀惶幱诹孔佑嬎愕脑缙陔A段，還有諸多物理限制亟待突破�？苹秒娪爸忻枥L的場景可能短期內(nèi)很難實現(xiàn)。
中國科學院院士郭光燦去年在接受采訪時表示，量子計算時代將讓各個領域的難題從“不可解”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱山狻�。他表示，量子計算機最重要的特點不是替代電子計算機，而是與之相兼容，讓原本不可攻克的技術難題與效率問題迎刃而解。比如制藥領域，用量子計算機可以加快新藥制造的時間。
中國科學技術大學一位量子計算領域?qū)＜覍Φ谝回斀?jīng)記者表示：“我認為量子計算機5年內(nèi)出現(xiàn)一些局部的應用還是有可能的，但大規(guī)模的應用要在5年內(nèi)實現(xiàn)幾乎不太可能�！�
他所稱的“局部應用”，是指包括量子計算機多粒子模擬等科學模型的模擬。據(jù)他介紹，目前的量子計算機還無法實現(xiàn)新藥靶點的發(fā)現(xiàn)等�！艾F(xiàn)在只有在隨機線路采樣和波色采樣問題上，量子計算機超越了經(jīng)典計算機，也就是實現(xiàn)了所謂的量子優(yōu)越性（量子霸權(quán)），在其他實際問題中，還沒有看到量子計算機比經(jīng)典計算機具有任何優(yōu)勢�！鄙鲜鰧＜冶硎�。
在他看來，量子計算在應用領域要實現(xiàn)突破，取決于兩個關鍵因素：一方面是硬件能力要得到提升，二是在算法上，能在硬件能力不夠強的情況下，提出高效的算法，解決有用的實際問題。
站在技術爆發(fā)的“前夜”
日內(nèi)瓦大學量子密碼學專家、ID Quantique聯(lián)合創(chuàng)始人尼古拉斯·吉森（Nicolas Gisin）教授曾對第一財經(jīng)記者表示，量子計算機的潛力與圍繞它們的“炒作”是正相關的。他認為，構(gòu)建低位量子比特數(shù)很容易進行經(jīng)典的量子模擬，關鍵在于如何得到高質(zhì)量的量子比特信息。
全球在量子計算領域已經(jīng)出現(xiàn)了關鍵的技術突破。2024年12月10日，谷歌通過官方博客宣布，其最新的量子計算芯片Willow取得兩項重大成就：一是可以在使用更多量子比特（擁有105個物理量子比特）的情況下，成倍地減少錯誤，破解了近30年來一直在研究的量子糾錯挑戰(zhàn)；二是通過使用量子處理器，它已成功在幾分鐘內(nèi)解決了一個計算問題，而傳統(tǒng)計算機要花的時間比宇宙的歷史還要長。
谷歌于2012年創(chuàng)立谷歌量子人工智能，該部門的愿景是建立一個有用的大規(guī)模量子計算機，利用量子力學來推動科學發(fā)現(xiàn)、開發(fā)有用的應用程序，并應對社會挑戰(zhàn)。“Willow芯片的推出，實現(xiàn)了關鍵的技術突破，使我們朝著商業(yè)相關應用的方向邁出了重要的一步�！眱�(nèi)文表示。
由于量子計算擁有的巨大潛能，吸引了全球上百家量子計算公司競相投入量子計算機的開發(fā)。各國政府也在量子計算領域展開一場“太空競賽級別”的爭奪。
目前在美國，谷歌、微軟(415.82, 2.53, 0.61%)、IBM(253.44, -9.86, -3.74%)和英偉達等科技巨頭都在布局量子計算。2023年年底，IBM曾在IBM Quantum峰會上推出了新型量子芯片及量子系統(tǒng)二號（Quantum System Two），這是一臺采用低溫冷卻芯片的量子計算機，可以比傳統(tǒng)計算機構(gòu)建更快、更強的模塊。IBM當時表示，2024年將把更多的低溫冷卻芯片接入該量子系統(tǒng)，目標是在2033年生產(chǎn)出有量子糾錯能力的量子計算機。
微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨認為，量子計算技術對某些行業(yè)的改變可能比一些專家想象的更近。他在近期的一場播客中表示，實用的量子計算機可能在短短三到五年內(nèi)問世。
蓋茨表示：“在未來三到五年內(nèi)，量子計算技術可能會獲得足夠多的邏輯量子比特來解決現(xiàn)實中一些非常棘手的問題�！�
微軟去年11月宣布，該公司正在打造第一臺“真正實用的量子計算機”，預計將于今年晚些時候發(fā)布。蓋茨表示，盡管量子計算的商業(yè)化時間表尚不確定，但量子計算機的發(fā)展正在加速。
實際應用還要等20年？
并不是所有投入量子計算的企業(yè)都像谷歌和蓋茨那么樂觀。
黃仁勛在今年年初就曾預測，量子技術遠非5年就能實現(xiàn)廣泛的應用。他預計，量子計算機的實際應用大約還需要20年的時間。
“如果你說量子計算距離應用還有15年，那可能還早�！秉S仁勛說道，“如果你說還有30年，那可能太晚，很多人都相信它會發(fā)生在未來20年左右。”
黃仁勛當時的言論讓美股量子計算公司市值大幅縮水近百億美元，并引來業(yè)內(nèi)一些量子計算推動者的反駁。包括D-Wave在內(nèi)的量子技術公司在過去一年的股價都曾出現(xiàn)3倍以上的漲幅。
D-Wave首席執(zhí)行官艾倫·巴拉茲（Alan Baratz）當時就表示，黃仁勛對量子計算的看法“大錯特錯”。巴拉茲說，包括萬事達卡(567.16, 0.87, 0.15%)和日本移動運營商NTT Docomo在內(nèi)的公司正在生產(chǎn)中使用D-Wave的量子計算機�！斑@不是30年以后，不是20年以后，也不是15年以后，而是現(xiàn)在。”
在我國，量子計算領域近年來也取得一些系列重要突破。
我國已經(jīng)構(gòu)建了“九章”系列、“祖沖之號”系列量子計算原型機，實現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”里程碑。去年12月，由中國科學技術大學超導量子團隊研發(fā)的105個量子比特的“祖沖之三號”量子計算機相關科研成果發(fā)表。實驗數(shù)據(jù)顯示，“祖沖之三號”的性能優(yōu)于谷歌在《自然》雜志發(fā)表的72個量子比特的“懸鈴木”，這也是目前超導量子計算的最強優(yōu)越性。
專家對第一財經(jīng)記者表示，量子技術發(fā)展的下一個重要里程碑是實現(xiàn)專用量子模擬機，并最終實現(xiàn)通用計算量子計算機。
國盾量子計算負責人王哲輝對第一財經(jīng)記者表示，今年“祖沖之四號”有望發(fā)布，從而實現(xiàn)更大規(guī)模的量子優(yōu)越性�！�2025年，我國在量子糾纏方向?qū)^續(xù)取得技術突破，從而趕超今年谷歌發(fā)表的Willow的研發(fā)成果。”他說道。
