從網(wǎng)絡(luò)安全到天氣預(yù)報，量子計算技術(shù)在一些具有高風(fēng)險但帶來高回報的行業(yè)領(lǐng)域得到更多的應(yīng)用。

　　人們現(xiàn)在正處于一場“量子計算競賽”當(dāng)中。在過去10年，美國、中國、英國、日本和歐盟委員會等政府對開發(fā)量子計算技術(shù)的投資高達200億美元。這些國家和地區(qū)的初創(chuàng)企業(yè)蓬勃發(fā)展，并吸引了大量的風(fēng)險投資。而IBM、谷歌、英特爾、微軟、阿里巴巴、NTT等知名企業(yè)正在加緊量子計算前期開發(fā)工作。一些企業(yè)還開始為技術(shù)社區(qū)提供云服務(wù)，以在小型量子計算機上進行實驗。

　　Elsevier公司最近發(fā)布的一份調(diào)查報告發(fā)現(xiàn)，自從1994年以來，量子計算和相關(guān)的技術(shù)研究的穩(wěn)步增長，已經(jīng)發(fā)表了48000多篇論文。這項研究還表明，從2015年開始，有關(guān)文章的發(fā)布量急劇上升。與這種情況相呼應(yīng)的是，量子計算近年來占據(jù)了頭條新聞——從聲稱擁有量子霸權(quán)的谷歌的量子計算機“Sycamore”，到最近馬里蘭大學(xué)和杜克大學(xué)成立的初創(chuàng)廠商IonQ公司成為第一家公開上市純粹的量子計算公司。

　　量子計算和更廣泛的量子技術(shù)是高風(fēng)險、高回報的研究領(lǐng)域。它們可以為從網(wǎng)絡(luò)安全和人工智能到天氣預(yù)報和藥物開發(fā)等行業(yè)領(lǐng)域帶來顛覆性影響。量子計算和更廣泛的量子技術(shù)是一個具有國家戰(zhàn)略意義的領(lǐng)域，并且各行業(yè)領(lǐng)域也推出了越來越多的協(xié)作計劃。但是，人們實際上會在哪里看到量子計算的應(yīng)用呢?現(xiàn)在值得投資嗎?這些問題的答案似乎很清楚。隨著這項技術(shù)的成熟和新應(yīng)用的出現(xiàn)，那些尚未探索量子計算，甚至還沒有關(guān)注技術(shù)發(fā)展的企業(yè)很可能會落后于那些開始探索的公司。

　　量子計算可能改變的五種行業(yè)領(lǐng)域

　　有許多行業(yè)領(lǐng)域被認為將會受到量子計算技術(shù)的更大影響，但在中短期內(nèi)，人們可能會看到它對以下數(shù)據(jù)密集型領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響：

　　•物流優(yōu)化問題：商用的量子計算機可以幫助優(yōu)化實時動態(tài)，并提高物流行業(yè)的運營速度和準(zhǔn)確性。它還可能改進自動駕駛汽車技術(shù)，并可以用于預(yù)測和預(yù)防交通擁堵。

　　•財務(wù)建模：正在研究采用量子計算技術(shù)以優(yōu)化風(fēng)險管理和合規(guī)性、增強交易模型以及改進目標(biāo)和預(yù)測。量子技術(shù)還可以通過幫助縮短和改變銀行的信用評分流程和客戶入職流程，對消費者產(chǎn)生廣泛的影響。

　　•藥物開發(fā)：開發(fā)新藥仍然需要大量的反復(fù)試驗，這可能既昂貴又冒險。量子技術(shù)可以通過幫助人們更多地了解藥物及其對人體的反應(yīng)來消除這一點。它還可以幫助提取有關(guān)藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)的更多信息，以加快藥物開發(fā)過程。

　　•計算化學(xué)：量子計算的巨大潛力可以使機器成功地繪制分子地圖，并解決傳統(tǒng)上具有挑戰(zhàn)性的問題——例如減少二氧化碳排放量以改善氣候，甚至幫助生產(chǎn)電池來解決當(dāng)前的儲能問題。有趣的是，關(guān)于量子計算的想法圍繞使用一種可以在實驗室中操作的量子系統(tǒng)來研究其他不太容易操作的系統(tǒng)的行為。

　　•加密和網(wǎng)絡(luò)安全：這是量子計算會帶來顯著影響的最常見的一個領(lǐng)域，因為它可以解決計算上的難題，例如素數(shù)分解，其難度構(gòu)成了當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)加密技術(shù)的基礎(chǔ)。但是，它也可以通過創(chuàng)建量子密碼術(shù)來推動網(wǎng)絡(luò)安全行業(yè)發(fā)展，在理論上可以解決公鑰基礎(chǔ)設(shè)施問題。量子密碼學(xué)或量子密鑰分發(fā)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在特定應(yīng)用。

　　量子計算什么時候得到廣泛應(yīng)用?

　　正如人們所見，量子計算應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹５擃I(lǐng)域仍處于起步階段。雖然量子計算的長期目標(biāo)是建造大型量子計算機，但必須指出它仍然具有挑戰(zhàn)性。量子位由單個離子(帶電原子)實現(xiàn)，在特殊的半導(dǎo)體電路、超導(dǎo)體或其他系統(tǒng)中對于外部干擾或噪音來說非常脆弱。用于構(gòu)建量子計算機的量子位越多，它就越脆弱，越容易出錯。這種對外部干擾或噪聲的脆弱性往往會消除量子計算機可能具有的所有潛在計算能力。因此，很多工作都在尋找糾正由于噪聲引起的錯誤的方法。因此，現(xiàn)在處于所謂的“嘈雜的中等量子計算”(NISQC)階段，技術(shù)社區(qū)正在尋找中型量子計算機的近期應(yīng)用，其中似乎有一些應(yīng)用。例如，IBM公司的Quantum2020路線圖討論了到2023年構(gòu)建1000個量子位的量子計算機的計劃。其他量子技術(shù)領(lǐng)域(例如安全通信和傳感)不依賴于使用更多的量子位，因此更加成熟。

　　量子計算最近得到迅速發(fā)展，特別是在使用超導(dǎo)技術(shù)的固態(tài)量子計算以及捕獲和操縱單個原子以用作量子位的小型化方法，以及用于量子計算的軟件方面的發(fā)展，正在幫助該行業(yè)朝著商業(yè)化量子計算機邁進。在這一基礎(chǔ)上，現(xiàn)在可以通過云計算訪問一些早期的量子計算機，這降低了希望在該領(lǐng)域進行嘗試的中小公司的進入門檻。然而還必須注意，量子技術(shù)可能遵循與人工智能類似的過程，人工智能如今經(jīng)歷了激動和幻滅的時期。這意味著，如果目前的一些早期承諾不能很快地實現(xiàn)，可能會看到量子計算發(fā)展的低谷期。

　　量子的未來發(fā)展將依賴于合作

　　由于量子計算仍然是一項新興技術(shù)，因此各國政府必須提供堅實的資金基礎(chǔ)。因此出臺了一些政府倡議，例如歐盟量子旗艦倡議、美國倡議(例如美國能源部的量子計算中心、國家量子倡議)和日本登月計劃。中國在量子通信方面的工作也令人印象深刻，建立了國家量子實驗室，并強調(diào)了量子技術(shù)對中國發(fā)展的關(guān)鍵作用。在戰(zhàn)略技術(shù)和保護主義方面，還在歐盟框架計劃討論中看到提到將英國、瑞士和以色列排除在量子計劃(以保持歐盟成員國內(nèi)部的研究)以及空間技術(shù)計劃之外。然而，通過這些國家在量子技術(shù)和空間方面的研究表現(xiàn)，保持合作的開放性似乎是明智的。

　　量子計算現(xiàn)在正在轉(zhuǎn)向支持現(xiàn)實世界的用途。因此，當(dāng)應(yīng)用程序真正得以廣泛應(yīng)用時，那些沒有深入了解該技術(shù)或用例的企業(yè)將很難在量子競賽中獲勝。最終，企業(yè)應(yīng)該在探索性項目中進行合作，以推進量子計算硬件、軟件和探索用例的開發(fā)和應(yīng)用。而在嘗試開發(fā)和采用任何新技術(shù)時，需要大量數(shù)據(jù)和專業(yè)技能來應(yīng)對他們將面臨的許多挑戰(zhàn)。如果企業(yè)開展合作，應(yīng)對這些挑戰(zhàn)、降低成本、增加成功機會以及拓寬技能將會容易得多。