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2018没被封的网站,一文带你了解量子计算 产业化商业化仍是长路漫漫

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2018没被封的网站,一文带你了解量子计算 产业化商业化仍是长路漫漫

2018没被封的网站,在2019年实现“量子霸权”?

9月20日,谷歌在一篇论文中宣布,它使用了一台53量子位的量子计算机来完成传统架构计算机无法完成的任务,也就是说,在世界上最强大的超级计算峰会进行的一万年计算实验中,谷歌的量子计算机只用了3分20秒。此举证实了量子计算机优于经典计算机,而谷歌研究人员宣布谷歌已经实现了“量子霸权”

这不是传统意义上的霸权,而是指当量子计算机能够被证明比传统计算机性能具有绝对优势时实现“量子霸权”。谁先宣布实现量子霸权,谁就将在量子计算的长期中处于领先地位。尽管相关论文被删除,并在不久后提交美国宇航局网站审查,量子计算的讨论又开始成为一个热门话题。

对许多外行来说,量子计算仍然是一个遥远的新概念。事实上,量子计算机的概念早在1981年就被提出来了,它源于量子通信。量子计算是物理学和信息科学的交叉学科,被称为经典物理学天空中的“乌云”。经过多年的发展,量子计算不再仅仅处于理论研究阶段。2007年,加拿大d-wave公司实现了历史上第一台商用量子计算机,并率先推动量子计算机的商业化。随后,谷歌、ibm和微软等科技巨头开始规划他们的计划。

世界知名咨询公司波士顿集团(bcg)发布报告称,量子计算机可能会改变密码学和化学(以及材料科学、农业和制药)领域的游戏规则,更不用说人工智能和机器学习了。此外,物流、制造业、金融和能源都会因此发生变化。虽然谷歌已经证实量子计算机可以解决经典计算机无法解决的问题,但谷歌的系统只能执行一次高度技术性的计算,量子计算机要真正用于解决实际问题还需要几年时间。

经典计算机依赖于二进制,信息的基本度量单位是比特,每个比特可以表示为0或1。然而,量子计算机使用量子位。量子比特不仅可以代表0或1,还可以代表0和1的叠加态(量子叠加)。换句话说,N个“比特”只能代表2n个状态之一,而N个“量子位”可以同时代表2n个状态。在理想状态下,50个量子位一次可以执行50次运算的2次方。因此,量子系统有可能比二进制系统更快更有效。这一特点使得量子计算的工作速度成倍增长,计算能力优势达到了恐怖的程度。它将实现超越传统计算机的滚动式飞跃。

自20世纪80年代以来,一场关于开发具有最强大功能和量子位的量子计算机的竞赛已经开始。1988年,来自ibm、牛津、伯克利、斯坦福和麻省理工学院的研究人员构建了一个2位计算系统。2017年,ibm宣布它已经成功开发了一个50比特处理器的原型。行业专家表示,“量子霸权”已经进入了争论的关键时期。2018年初,英特尔推出了一种名为“泰戈湖”的49量子位超导量子测试芯片。不到两个月后,谷歌发布了一个名为“刚毛经济”的72位计算系统。同年8月,从事量子计算研究的新公司rigetti预计在2019年发布128位计算系统,这将是量子领域的重大突破。这标志着向实现量子优势和量子优势这两个目标又迈进了一步。

摩尔定律达到上限量子计算成为重要突破点

传统计算机遵循摩尔定律(Moore law),即每18个月,一个集成电路上可以容纳的组件数量大约翻倍,计算机的计算性能也翻倍。目前,集成电路正接近材料和工艺技术的瓶颈。2018年,TSMC的7纳米硅基芯片工艺理论上已经达到物理极限。为了继续突破,量子计算是除了用碳制造芯片之外的另一个重要选择。

欧、美、日、韩积极布局

目前,量子力学已经成为世界科技研究的热点。世界主要国家密切关注量子信息技术的发展,并加大政策和财政支持力度,以抢占新兴信息技术的制高点。

美国是量子计算布局中最早和最活跃的参与者之一。2018年,美国通过了《国家量子倡议法案》。在此之前,美国商务部国家标准与技术研究所(nist)和斯坦福国际研究所(sri international)签署了合作研发协议。通过财团的力量,帮助美国推动量子计算产业的发展。2019年,美国政府发布了未来工业发展计划,将量子信息技术等四项关键技术视为未来技术和工业发展的“基础设施”,认为量子信息科学的发展可以保持美国在全球工业转型中的领先地位。政策的持续增长导致美国主导了量子计算的全球研究和发展。

此外,英国、德国、荷兰等国也发布了量子计算和量子通信等量子领域的发展计划。日本和韩国起步较晚,但凭借自身的技术积累,量子计算领域的发展也受到威胁。

中国也不愿意在推广量子技术方面落后。先后启动了“自然科学基金”、“863”项目和重大项目。2016年,多份“十三五”文件提到量子计算的战略地位,支持量子计算技术的研发及其产业化。2019年9月,济南市政府正式批准了《济南市人民政府关于加快量子信息科学中心建设的若干政策措施》,这是我市出台的第一项量子信息产业专项政策。该文件建议从2019年到2021年每年拨款600万元,重点支持量子信息领域的年轻研究人员,加强量子科技和人才储备。在建设高水平量子研发机构方面,济南市政府支持高达1亿元。

随着量子计算技术的不断发展,由硬件和软件架构师、开发者、贡献者、投资者、潜在用户和附属参与者组成的量子计算生态系统的原型已经出现。一般来说,量子信息产业目前有五大类参与者:端到端提供商、硬件和系统参与者、软件和服务参与者以及专家级参与者。

其中,端到端集成公司仍然是技术生态系统的中心。他们通常是大型科技公司和资金充足的初创企业。例如,ibm一直是量子计算的先驱,一直处于工业发展的前沿。后者,如rigetti,是初创企业的领导者。

在基础研究方面,谷歌、ibm和英特尔等科技巨头积极开展全球合作。他们与耶鲁大学、麻省理工学院和加州大学等研究机构联手解决常见技术,主要是超导量子计算领域,这些企业在超导量子计算方面取得了一定的成果。

超导量子计算是实现固体量子计算的最好和最快的方法。超导阵营的所有主要参与者都让软件和服务公司以及外部的首选合作伙伴可以使用他们的小芯片,有些人已经向整个社区开放了劣质版本和模拟器。超导量子位可能在未来三到四年内领先于其他技术。

混凝土着陆应用还有很长的路要走。

量子计算的出现带来了经典计算机计算力转变的可能性。然而,目前量子计算技术仍处于初级阶段,解决工程规模问题可能需要5-7年的时间。Idc预测,2027年全球量子计算市场将达到107亿美元,比2017年增长40多倍。波士顿咨询公司(Boston Consulting)发布的报告预测,不考虑量子纠错算法的进展,全球量子计算应用市场到2035年将达到近20亿美元,到2050年将飙升至2600多亿美元。如果量子计算技术的迭代速度超出预期,乐观地估计,2035年市场规模将超过600亿美元,预计2050年将飙升至2950亿美元。

在一些传统工业中,利用现有人类技术的计算能力,消耗的时间和成本是巨大的,如生物制药、化学药品、能源等。还有其他行业需要高计算能力来达到技术,也将是量子计算可以商业化的领域。例如:搜索、数字安全。人工智能、机器学习等。

目前,量子计算的第一年无法预测,但可以预测,前五年的发展将非常稳定,不会在所有商业应用领域意外爆发。作为一个巨大的产业,生物医学和化学工业将在量子计算的第一年占据大部分市场规模。随着时间的推移,搜索、机器学习和数字安全三大产业依靠其对计算的直接需求,将会以量子计算为时代的跳板,随着市场规模的逐渐扩大,成为量子计算应用的主流。

近年来,全世界在量子计算物理验证方面取得的进展是显而易见的,也导致了越来越高的市场兴趣和投资活动。然而,在解决实际问题方面,国际公认的通用量子计算机不可能在短时间内实现。根据萨迪智库电子信息研究所(Institute of Electronic Information)9月发布的《量子计算发展白皮书》(2019),量子计算的发展预计将分为三个阶段:短期、中期和长期。

最近的量子霸权只是技术研发早期的一种独特概念形式,离真正的量子计算机还有很长的路要走。从中期来看,可控人工量子系统将用于实现复杂物理过程的高效量子模拟。后来通用量子计算机将能够处理大数据。人工智能。此外,量子计算机和经典计算机将在功能上相互补充。

波士顿咨询公司预测,量子计算将在25年内经历三个发展阶段,并最终成熟。这个预测比上面提到的最初计划晚了10年。其中,第一阶段是2018年到2028年,工程师们将开发非通用量子计算机,用于低复杂度的量子模拟问题。

第二阶段是从2028年到2039年。逻辑量子位的数量将扩大到50多个,所谓的“量子霸权”将得以实现。更快执行特定算法的应用,主要包括分子模拟、研发和软件开发,将创造巨大的市场潜力。

第三阶段将从2031年到2042年。量子计算机将在商业应用的高级模拟、搜索和优化方面取得比经典方法更显著的优势。由于摩尔定律的扩展和量子计算在某些应用中超过了二进制计算的阈值,第二和第三阶段量子计算机之间有相当大的重叠。总体来看,bgc预计2030年左右将会快速增长。

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