量子计算在应用领域要实现突破，取决于两个关键因素：一是硬件能力，二是算法。
量子计算商业化可能比人们想象的更快到来。最新预测认为，这一时间点可能在5年左右会发生。
过去几十年来，全球大量的实验室和研究人员在量子技术领域投入巨资，但迄今为止，量子计算何时将在现实世界中被更广泛地应用仍是未知。
当地时间2月5日，谷歌量子部门负责人哈特穆特·内文（Hartmut Neven）表示，谷歌计划在5年内发布商业量子计算应用。当天美股收盘，量子计算公司D-Wave股价大涨超过8%。
谷歌的最新预测反驳了此前对量子技术应用提出保守观点的英伟达创始人兼CEO黄仁勋的观点。黄仁勋认为，量子计算要真正取得实际应用，可能还有20年时间。
目前并不清楚黄仁勋所预测的20年是基于对量子计算应用的何种定义。但内文在谷歌去年12月发布量子芯片Willow时就已经表示，公司将会在2030年以后发布量子计算机的商业应用。
5年内可能出现“局部应用”
几十年来，科学家们一直在讨论量子计算，它有望提供比传统计算机强大数千倍的能力。这些场景已经在电影中出现——在电影《流浪地球》中，拥有超强算力和自我意识的量子计算机MOSS就是一台通用量子计算机，它的算力惊人，能计算出诸如地球将遭遇多次危机，并支撑“数字生命”计划。
量子计算在现实世界中的应用包括与能源、材料科学及新药研发有关的领域，例如发现可替代的新能源、为电动汽车制造更高级的电池、发现创新药物靶点等。谷歌表示，将在未来5年内发布相关的应用，届时人们将看到“只有在量子计算机上才能实现的现实世界应用”。
尽管量子技术行业在全球表现出繁荣，但大部分学者认为，我们仍然处于量子计算的早期阶段，还有诸多物理限制亟待突破。科幻电影中描绘的场景可能短期内很难实现。
中国科学院院士郭光灿去年在接受采访时表示，量子计算时代将让各个领域的难题从“不可解”转变为“可解”。他表示，量子计算机最重要的特点不是替代电子计算机，而是与之相兼容，让原本不可攻克的技术难题与效率问题迎刃而解。比如制药领域，用量子计算机可以加快新药制造的时间。
中国科学技术大学一位量子计算领域专家对第一财经记者表示：“我认为量子计算机5年内出现一些局部的应用还是有可能的，但大规模的应用要在5年内实现几乎不太可能。”
他所称的“局部应用”，是指包括量子计算机多粒子模拟等科学模型的模拟。据他介绍，目前的量子计算机还无法实现新药靶点的发现等。“现在只有在随机线路采样和波色采样问题上，量子计算机超越了经典计算机，也就是实现了所谓的量子优越性（量子霸权），在其他实际问题中，还没有看到量子计算机比经典计算机具有任何优势。”上述专家表示。
在他看来，量子计算在应用领域要实现突破，取决于两个关键因素：一方面是硬件能力要得到提升，二是在算法上，能在硬件能力不够强的情况下，提出高效的算法，解决有用的实际问题。
站在技术爆发的“前夜”
日内瓦大学量子密码学专家、ID Quantique联合创始人尼古拉斯·吉森（Nicolas Gisin）教授曾对第一财经记者表示，量子计算机的潜力与围绕它们的“炒作”是正相关的。他认为，构建低位量子比特数很容易进行经典的量子模拟，关键在于如何得到高质量的量子比特信息。
全球在量子计算领域已经出现了关键的技术突破。2024年12月10日，谷歌通过官方博客宣布，其最新的量子计算芯片Willow取得两项重大成就：一是可以在使用更多量子比特（拥有105个物理量子比特）的情况下，成倍地减少错误，破解了近30年来一直在研究的量子纠错挑战；二是通过使用量子处理器，它已成功在几分钟内解决了一个计算问题，而传统计算机要花的时间比宇宙的历史还要长。
谷歌于2012年创立谷歌量子人工智能，该部门的愿景是建立一个有用的大规模量子计算机，利用量子力学来推动科学发现、开发有用的应用程序，并应对社会挑战。“Willow芯片的推出，实现了关键的技术突破，使我们朝着商业相关应用的方向迈出了重要的一步。”内文表示。
由于量子计算拥有的巨大潜能，吸引了全球上百家量子计算公司竞相投入量子计算机的开发。各国政府也在量子计算领域展开一场“太空竞赛级别”的争夺。
目前在美国，谷歌、微软、IBM和英伟达等科技巨头都在布局量子计算。2023年年底，IBM曾在IBM Quantum峰会上推出了新型量子芯片及量子系统二号（Quantum System Two），这是一台采用低温冷却芯片的量子计算机，可以比传统计算机构建更快、更强的模块。IBM当时表示，2024年将把更多的低温冷却芯片接入该量子系统，目标是在2033年生产出有量子纠错能力的量子计算机。
微软联合创始人比尔·盖茨认为，量子计算技术对某些行业的改变可能比一些专家想象的更近。他在近期的一场播客中表示，实用的量子计算机可能在短短三到五年内问世。
盖茨表示：“在未来三到五年内，量子计算技术可能会获得足够多的逻辑量子比特来解决现实中一些非常棘手的问题。”
微软去年11月宣布，该公司正在打造第一台“真正实用的量子计算机”，预计将于今年晚些时候发布。盖茨表示，尽管量子计算的商业化时间表尚不确定，但量子计算机的发展正在加速。
实际应用还要等20年？
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黄仁勋在今年年初就曾预测，量子技术远非5年就能实现广泛的应用。他预计，量子计算机的实际应用大约还需要20年的时间。
“如果你说量子计算距离应用还有15年，那可能还早。”黄仁勋说道，“如果你说还有30年，那可能太晚，很多人都相信它会发生在未来20年左右。”
黄仁勋当时的言论让美股量子计算公司市值大幅缩水近百亿美元，并引来业内一些量子计算推动者的反驳。包括D-Wave在内的量子技术公司在过去一年的股价都曾出现3倍以上的涨幅。
D-Wave首席执行官艾伦·巴拉兹（Alan Baratz）当时就表示，黄仁勋对量子计算的看法“大错特错”。巴拉兹说，包括万事达卡和日本移动运营商NTT Docomo在内的公司正在生产中使用D-Wave的量子计算机。“这不是30年以后，不是20年以后，也不是15年以后，而是现在。”
在我国，量子计算领域近年来也取得一些系列重要突破。
我国已经构建了“九章”系列、“祖冲之号”系列量子计算原型机，实现了“量子优越性”里程碑。去年12月，由中国科学技术大学超导量子团队研发的105个量子比特的“祖冲之三号”量子计算机相关科研成果发表。实验数据显示，“祖冲之三号”的性能优于谷歌在《自然》杂志发表的72个量子比特的“悬铃木”，这也是目前超导量子计算的最强优越性。
专家对第一财经记者表示，量子技术发展的下一个重要里程碑是实现专用量子模拟机，并最终实现通用计算量子计算机。
责任编辑：王若云
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