量子计算商业化终极目标：向“霸权”说再见！

“遇事不决，量子力学”，这句话在通常情况下是玩笑和调侃，形容在面对难以解决的问题时，人们通常倾向于用一些看似高深莫测的理论来解释或放弃解释。但是，随着量子理论的发展成熟和技术的突破进步，基于量子力学特性（量子叠加、量子纠缠等）的量子计算，或许真的能在未来解决各行业领域的“遇事不决”。

量子计算与普遍使用的经典计算系统有着根本上的不同，是一种利用量子力学原理来处理信息的计算方式。

以魔法世界与麻瓜世界作比，在麻瓜世界（经典计算机时代）中，信息以比特（bits）存储，每个比特只能是0或1，不存在其他状态；然而在量子计算机的魔法世界里，信息被编码成量子比特（qubits），可以同时处于0和1或其间的任何状态，即量子叠加态，只要不加以干扰（测量/观察），状态即为不确定的。以“薛定谔的猫”来解释可能更有助于理解，在不被干扰的量子计算世界中，一只猫既可以是死的，也可以是活的，甚至可以处在死与活的叠加状态。由此，普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数（00、01、10、11）中的一个，而量子计算机中的2位量子位寄存器可同时存储这4种状态的叠加状态，因此量子叠加态的存在使量子计算从效率上比经典计算具有更大潜力，进而表现出比传统计算机更快的处理速度。

还是以麻瓜世界和魔法世界来作比，在面对一个复杂且庞大的迷宫时，麻瓜世界的“麻瓜”想要走到终点只能一步步探索每条路线，费时费力；而魔法世界的“魔法师”只需发动名为量子计算的“魔法”，就能瞬间查看所有路线并找到最短的正确线路，这就是量子计算机相对于经典计算机的优势。

同时，不难发现，量子计算的发展现状与AI早期的发展是相似的，二者其实遵循着类似的技术成熟度曲线，从早期探索到技术突破，再到发展成熟，通常会经历萌芽期、泡沫期、突破期、爬升期和成熟期等阶段。目前，量子计算正处于泡沫期向突破期过渡的阶段，而AI则已经走过了突破期并进入了爬升期乃至成熟期。因此，和AI等新兴技术的产生、成熟和落地路线类似，现阶段，量子计算产业链各方都在积极探索商业化落地的机会和场景。

空中楼阁——过去，量子计算多存在于实验室，聚焦理论研究和技术开发

量子计算固然强大，但这种能力并非轻易就能实现应用落地。

一方面，量子计算机的运行对环境的要求极为苛刻，需要超低温、电磁屏蔽、隔离减震等外部条件，以保持量子态的稳定，而外部环境再微小的波动，都可能引发量子叠加态的坍缩，使量子比特失去其量子特性回归经典状态，降低量子计算机的性能与可靠性，导致计算结果出现偏差甚至错误。也正因这一挑战的存在，尽管一些公司已经制造出了具有几十甚至几百个量子比特的原型机，并在某些特定任务上展示了量子优势，但这些系统仍存在诸多局限性，距离理想的量子计算机还有很大距离。

受此影响，早期的量子计算探索主要存在于实验室，在实验条件下对量子计算的理论和技术进行创新研究。

尽管量子计算在理论上展示了巨大的潜力，但在将其转化为实际应用的过程中仍面临诸多挑战。技术方面，面临量子比特数量增加、有效量子纠错、系统集成与扩展、极端环境控制等难题；软件方面，面临开发高效量子编程语言和算法、建立经典-量子接口等挑战；应用方面，如何利用量子计算更好地赋能各行业领域更是产业链企业都在积极探索的事情。

云开见路——现在，从实验室出发的量子计算，逐步迈向行业与场景应用

近年来，量子计算已经逐渐从实验室走向了更为广阔的舞台。在全球量子计算产业链企业的积极探索下，2023年，全球量子计算产业规模达到约47亿美元，随着人工智能等技术的快速发展以及量子计算技术的不断突破，预计到2030年，全球量子计算产业市场规模将突破2000亿美元，2035年将突破8000亿美元。

各大科技巨头和研究机构纷纷加大投入，推动量子计算的商业化进程。谷歌、IBM等公司已推出量子计算云服务，以便让研究人员和企业用户通过云端访问量子计算机；中国云计算头部企业以及量子计算产业链领先企业也纷纷加大投入力度，部署量子计算相关产品和应用。

尽管目前量子计算的商业化之路还处于早期阶段，对各行业数据的计算处理能力有限，但已经开始在金融风险评估、新药研发、物流路径优化等领域展现了初步的应用价值与潜力。

例如，在金融领域，‌量子计算可赋能投资组合优化、‌金融衍生品定价、‌欺诈检测等问题，进一步提高金融服务的效率和准确性，‌为金融市场提供创新解决方案。‌

在新药研发领域，可利用量子计算模拟分子原子反应，‌缩短药物设计与试验周期，对于加速新药研发和材料科学的发展具有重要意义。

在物流及交通运输领域，可以基于量子计算实现物流最佳路径设计和优化，以及提供更准确的交通流量预测，帮助政府和交通管理部门规划并调整信号灯控制、车道分配等。

中国量子计算发展迅猛，2024年初，“九章三号”量子计算机原型发布，使中国在量子计算领域实现了“量子优势”，向美国的量子霸权发起冲击，技术的不断突破让中国量子计算逐步走入全球视野。但另一方面，要真正实现通用量子计算机的设计，以及对行业和具体问题的应用赋能和落地还有很长一段路要走。

——“量超融合”将成为未来算力发展新趋势

量子计算机和经典超级计算机在处理特定类型的问题上各有优势，量子计算机在理论上可以极大地加速某些特定的计算任务，例如大整数分解（Shor算法）、数据库搜索（Grover算法）以及模拟量子系统，然而由于量子比特数量有限、量子纠错技术尚未完善等问题，量子计算机在实际应用中仍存在很多限制。相比之下，经典超级计算机在处理大量数据和执行复杂算法方面表现出色，尤其是在并行计算和大数据分析方面，但对于某些问题，即使是最先进的经典超算也可能需要指数级的时间，无法在合理时间内解决一些复杂性高的问题。

由此，量子计算与经典超算的融合逐渐成为趋势，二者的融合可将问题分解成量子和经典两部分，分别利用最适合的平台进行处理。例如，一个复杂的优化问题可以被分割，其中最困难的部分使用量子计算机求解，而其他部分则由超算完成。

从中长期来看，量子计算机可以作为超级计算机的加速组件，从而将二者的能力更好地融合应用。

——量子计算云平台将成为创新和应用的重要发力点

量子计算云平台将量子计算机硬件、量子计算模拟器与传统的云计算软件工具、通信设备及IT基础设施融为一体，能为用户提供直观且实例化的量子计算接入途径以及强大的算力服务。

从平台架构来看，IaaS层将量子计算机的硬件及其配套设施作为一项服务在云平台上提供给用户，用户无需自行维护即可轻松调用，从而实现低成本的基础开发和科学研究等活动；PaaS层提供了一整套由量子计算相关基础设施和中间件组成的开发平台，用户可基于此平台开发量子编程框架和算法库，并通过云端服务器连接到不同公司的量子计算硬件进行计算，支持单一平台开发，也具有跨平台兼容性，能够自动分配经典计算资源和量子计算资源，满足各种复杂的计算需求；SaaS层可针对特定行业的应用场景和需求，将打包好的应用服务方案作为服务提供，更加贴近实际业务需求，为各行业领域提供更精准、高效的量子计算服务。

现阶段，量子计算仍处于发展初期，由于建造并维护量子计算机的成本高昂且系统易受损，因此通过云计算使用量子计算能力将是最为经济高效的方式。

尽管从目前来看，量子计算仍与人们的日常生活和各领域的生产运营有着较大的距离，但在技术的不断突破之下，量子计算的应用潜力和落地前景将在不远的未来逐步显现，并成为推动产业发展和科技创新的重要力量。

亿欧智库正在撰写《2024中国量子计算应用潜力洞察报告》，梳理中国量子计算产业链发展现状和趋势，围绕量子计算在各行业领域的应用价值和潜力进行分析，旨在为产业链上下游企业、从业者及投资机构提供参考，更多相关内容请期待报告的发布。