量子计算的N种场景落地：当未来之匙插入现实之门

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一种新药的研发周期能从10年缩短到5年；电池的续航能提升一倍；AI的训练成本能被压缩，你是否好奇，这些听上去有些“科幻”的想象，如何成为可能？

近日，在“量子计算——从实验室走向场景落地”科技沙龙上，科学家和企业家以具体场景为切口，探讨了量子计算在药物研发、电力管理、新材料探索以及人工智能领域的场景落地。

一场关于量子的应用“想象力测试”正在展开。今年6月，上海市科委发布《关于征集上海市量子计算应用场景的通知》，面向政府部门、企事业单位、新型研发机构、企业、在沪外资企业等广泛征集一批“可跑通、可推广、有标杆”的量子落地应用案例。

“就像人类首次发射卫星，第一步是能力验证。”上海量子科学研究中心副主任陆朝阳强调，当前的量子计算技术还需克服众多技术挑战，但这一步的跨越意义重大。从精妙的理论构想到实际的产业落地，量子计算正在迈出坚实的一步。

PART 01

药物研发的加速器

研发一种新药通常需要耗费十年以上时间和数十亿美元的成本，背后是传统计算在模拟复杂生物分子相互作用时的低效困境。“量子计算在药物研发领域最大的优势就在于能高效地模拟分子结构和作用机制，这种‘看清微观世界’的能力是传统计算无法比拟的。”复旦大学教授李晓鹏说。

量子计算能够通过精确模拟药物分子与靶点的相互作用，快速筛选出具有潜在活性的药物分子，在较短时间内评估、鉴别有潜力的药物候选物，使得新药从发现到上市的时间大幅缩短至5-8年。

借助高效量子化学计算，研究人员得以实现复杂大分子的结合能计算、结构预测及反应过程模拟，从而显著降低药物研发成本并缩短研发周期。

同时，李晓鹏强调，量子计算机研制和量子算法开发仍然是科学前沿的问题，“诸多科学问题仍然存在，比如提高量子计算门保真度、提升多电子模型的量子比特编码效率、更高效的量子模拟算法等，科学家们正在一步步解决。”

PART 02

算力、电力、财力的精准“智脑”

随着国家建设的高速发展，社会对算力、电力、财力系统提出了更高的需求，导致这些系统的复杂性显著增加。量子计算机凭借其处理复杂问题的卓越能力，将可能成为支持这些关键领域的重要基石。上海光机所研究员吕旭东正积极推进大规模高保真的中性原子量子计算机的前沿技术研发。

未来的量子计算机有望成为电力系统的“精准智脑”，实现实时高效的电网优化调度，其性能远超传统计算方法，将成为破解未来能源难题的重要手段。电力优化问题本身是电力系统、计算机科学和数学等多学科交叉融合的复杂研究领域，具有一套完整的系统理论，可应用于电力系统“发-输-配-用”的全链条。通过量子计算对电力分配策略的精确优化，输电损耗将被有效降低，电网的稳定性与可靠性将显著提高。

此外，当前国际地缘政治形势复杂多变，全球资本市场进入高波动周期，量子计算技术在金融领域的应用将帮助金融系统实现更快速精准的风险评估，并优化资产配置和交易策略，从而大幅提升金融系统的整体效率与稳定性，成为财力系统强大的“智脑”。

目前，国家电网等头部企业已开始与量子计算团队展开深入合作，共同探索实际应用场景的落地路径。吕旭东表示，未来量子计算的规模化应用，将成为提升国家能源安全、金融稳定及整体经济运行效率的重要战略工具。

PART 03

材料科学的“显微镜”

材料科学领域长期处于“黑匣子”状态，科研人员往往需要长时间的试验和探索，才能偶然发现新材料。传统计算对材料微观结构的模拟也存在巨大瓶颈。

“从磁悬浮到无耗散信息处理，对高效新材料的探索将‘用量子打败量子’。”李晓鹏说。量子计算可以准确预测材料的各种物理和化学性质，快速筛选出具有潜在优势的材料结构和成分组合，加速了材料性能优化的进程。

陆朝阳指出：“量子计算可以准确模拟材料中原子的量子行为，如同一架微观的‘显微镜’，直接观察材料内部世界。”例如，高温超导材料的研究长期停滞不前，原因在于电子之间复杂的量子相互作用传统计算难以模拟。而量子计算的优势恰好在于能精准模拟这些量子效应，为材料科学家提供清晰的结构信息。

PART 04

人工智能的“超级引擎”

人工智能的发展对于算力的需求指数级增长，传统计算的局限性逐渐显现，越来越难以支撑复杂的深度学习模型。

量子计算与人工智能的融合并非简单的算力增加，而是全新的智能范式。具体到实际应用中，例如深度强化学习训练，一项复杂的策略优化可能需要数十小时甚至数天的经典计算机训练，而在量子计算介入下，时间可能大幅缩短至分钟甚至秒级。

“量子网络更加复杂，经典网络模型可以有效被量子模拟，量子网络模型不能被经典计算有效模拟。”此外，李晓鹏进一步指出：“量子计算具有优越的泛化能力，在相同参数规模的网络比较中，量子模型具有更高的表达能力和加密数据处理能力。”

这种融合为未来的智能产业提供了更为广阔的发展空间，人工智能将迈向真正意义上的“智能”。

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作者：蓝悦

原标题：《量子计算的N种场景落地：当未来之匙插入现实之门》

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