量子计算是什么意思，量子计算实现大规模的商用还需要多长时间

很多朋友对量子计算是什么意思，量子计算实现大规模的商用还需要多长时间不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

2019年是量子计算占据新闻热点的一年。从1月IBM宣布全球首个商用量子计算样机到9月Google宣布全球首次实现“量子霸权”。今年将是量子计算史上的里程碑，因为这意味着量子计算时代的到来。量子计算离我们有多远？实现大规模商业化还需要多久？现在的技术状态是在什么时代？

今天，CCF YOCSEF(中国计算机联合会青年计算机科技论坛)举办了“量子计算机离我们有多远？”在CCF YOCSEF总部AC委员、总部学术秘书长候任、北京交通大学陶耀东、CCF YOCSEF总部AC委员、北京交通大学计算机与信息技术学院王伟的主持下，在线论坛上，针对这一话题，合肥本元量子计算技术有限公司的张辉博士做了“量子计算机的发展概况及应用前景”的报告。

腾讯量子实验室郑博士做了“要实现量子计算，我们还需要做什么？”在报告中，清华大学终身副教授Kihwan Kim做了“囚禁离子的量子计算”的报告。此外，中山大学数据科学与计算机学院李绿舟教授、国防科技大学强小刚博士也作为特邀嘉宾发表了演讲。天津理工大学教授罗迅、人民邮电出版社高级策划编辑何瑞军担任在线主席。

张辉：中国科学技术大学博士。2003年毕业于中国科学技术大学，获理学学士学位；2008年6月在中国科学院量子信息重点实验室获得博士学位。师从我国量子信息的奠基人郭光灿院士。在校期间，主要研究方向为低温半导体中电子输运的实验研究和双量子点中量子信息的理论研究。他目前是合富本元量子计算技术有限公司的副总裁，负责公司的运营和规划。

在报告中，张辉提到量子计算机和经典计算机并非不兼容。中美在量子计算上至少有4-5年的差距，但不是“卡住状态”。量子计算机基本概述量子力学已经有100多年的历史了。目前量子信息的技术有很多，包括原子能、激光、超导、晶体管、半导体等。许多技术已经应用于量子力学效应的状态。

历史上有过两次量子革命，第一次主要是宏观量子行为，第二次主要是微观量子技术体系。我们目前的努力也集中在微观系统上。两次革命都在说明，量子不是一个很神秘的东西，它是一门很严谨的科学。量子计算是基于量子力学和计算机的交叉学科，是一门全新的学科。

从20世纪80年代开始，欧美科学家提出了量子计算机的概念，经过几十年的发展，出现了一些算法，包括密码破解算法、搜索算法等等。这些理论构建了一个完整的量子计算体系。在21世纪，研究的重点是将理论研究带出实验室。最近也能看到很多现象级的新闻，都是征兆。

不可否认，量子计算还处于发展初期。与经典计算机相比，今天的量子计算机还处于经典计算机的电子管时代，连最底层的物理载体都还没有完全成型。目前定义量子计算的五个指标，包括编译模式、相干时间、运算、时间、输入/输出、未来可扩展性等参数，都不是完美的物理系统。

量子计算也有很多系统，每个系统都有自己的优缺点，比如离子阱。优点是量子比特质量高、相干时间长、制备和读取量子比特效率高，缺点是存储量少、消相干、可扩展性差、难以小型化等。注：相干时间是指在保证时间内操作量子效应的时间，时间越长越好。

在光学系统中，它的优点是相干时间长，操作简单，扩展性好。缺点是两个量子位之间的逻辑门很难操作。还有拓扑，它的优点包括对环境干扰、噪声、杂质有很大的抵抗力，但还停留在理论层面，没有器件实现。在学术界和工业界，虽然很多方案取得了一定的进展，但仍然没有实现技术路线的衔接。目前最快最好的技术是超导电路。

这有两个原因。首先是人类渴望借助非常先进的技术来推动发展，包括半导体集成、电路技术和工艺。第二个原因是它的优势是扩展性很强，固态器件和电学方向可以让未来的量子计算与经典计算机兼容和集成。谷歌、IBM、英特尔等公司都专注于超导或半导体。

相比之下，经典计算机是在宏系统上编译的，主要用高电压和低电压来表示0和1。未来量子计算机将编译在原子或电子的微观系统上。比如0和1由电子编译，0和1由上下电子的自旋态表示。

随着计算机的发展，晶体管越来越小，技术已经进步到7nm、5nm，甚至有人说要做到3 nm。直接面临的最大难题是晶体管的尺寸越来越小，中间的势垒越来越薄。当它达到5纳米时，原子数只有几十个。(3nm，会有十几个。)

在微观系统中，电子会有量子隧穿效应，不能准确表示0和1，电子也不能准确定义高低电压，会来回跑，这也是摩尔定律通常会撞上天花板的原因。

解决办法是改变材料，比如泥土，现在是塑料。改用塑料会让势垒越来越强，但在微观系统和原子层面，无论用什么材料，都阻挡不了电子隧穿效应。现在科学家要么尽力避免量子效应，要么干脆用量子力学。国内外量子计算机的最新进展量子计算机有两个最大的优点。

首先是它能给海量数据的并行计算(性能)带来指数级的提升。这种强大的功能可以用于包括金融和数据搜索和处理在内的领域。第二个好处是量子计算是在电子原子上编译的，在模拟中会非常自然，比如新材料的发现，生物医学药物的合成。

量子计算的发展其实是最近两三年的事情。欧洲、亚洲、北美、澳洲的一些发达国家几乎都涉及量子计算方向，很多国家已经上升到国家层面。比如美国就把量子计算提升到了阿波罗登月计划的高度。

从企业的角度来看，比较大的IT公司，比如谷歌、IBM、微软、英特尔，还有中国的腾讯、阿里巴巴、百度、华为，几乎都涉及量子计算，全球有几百家量子计算创业公司，发展非常迅速，已经取得了非常好的成绩。

量子计算机可以和经典电子计算机相比。量子芯片对应中央处理器，量子测控系统对应计算机主板。还会有很多量子软件，包括操作系统，包括底层的汇编语言和操作指令，包括未来基于这些汇编语言开发的量子应用软件算法。

2019年是量子计算发展的重头戏。谷歌的量子霸权可以和人工智能下围棋的阿尔法狗相提并论。正是因为AI在围棋上战胜了人类，人工智能才被推到了一定的发展高度。

专家认为，谷歌的量子霸权完全有可能点燃量子计算热潮。2019年初，IBM推出了20位量子计算原型，并已经开始销售。2019年底，谷歌的量子霸权只用53位专用量子芯片解决了一个数学问题。专利方面也有不少进步，加拿大D-Wave专利300多项，IBM 235项，微软212项，根泉作为中国唯一上市公司36项。

从量子计算的角度来看，中国和美国至少还有四到五年的差距，但现在的情况比经典计算机好太多了，至少不会被“卡住”。量子计算机的商用预测大概会分为三个阶段，第一阶段已经完成。在量子计算原型发展的层面，谷歌提出的量子霸权是一个标志性事件。第二阶段是未来十年，重点是寻找专用芯片，解决特定行业的问题。

第三阶段，十几年后，目标是实现通用量子计算机。波士顿咨询公司曾预测，到2030年，市场需求保守估计21亿美元，乐观估计600亿美元，到2050年将达到2600-3000亿美元。量子计算的工业应用

借鉴经典计算机的发展经验，将加速量子计算机的历史趋势。过去有很多人致力于工业和商业应用，包括一些量子计算的产业联盟，比如IBM Q网和奥奇亚。产业联盟的意义在于，(量子计算机)需要与产业进行碰撞，从而找出具体产业存在的问题或困难，然后利用量子计算机帮助解决。

有了产业联盟，量子计算在近一两年的时间里发展非常快，有了许多实际探索的案例。例如量子计算和人工智能，它能够大幅地提升机器学习的效率，能够设计很多的算法解决实际问题。

在智慧交通方向，理论上已经可以做路线最优化的算法研究。具体案例包括Google和德国的大众。2019年，这些公司已经在用量子计算根据算法和交通数据控制了九辆车。

9辆车可能经典计算机也能解决，但是，这标志着一个验证，意味着量子计算可以用很简单的模型就能做到控制车。随着芯片的比特数量越来越多，它能控制的车的数量会非常容易达到指数级别增长。

量子计算加金融，也能够用来解决金融领域的困难和问题，摩根大通和IBM共同研究了派生定价，二次加速量子算法。很多的银行对这些算法也非常感兴趣，都在和量子计算公司来进行实际的合作。

量子计算和生物医药这个方向的结合也非常吸引人。在过去的一段时间里面，很多公司或者是机构已经与医院合作，已经产生了很多的算法，包括怎么模拟分子、原子。

但是目前受限于芯片的发展，只能模拟氢分子的状况，但随着芯片比特数的发展，未来一定会模拟到更多的分子原子。还有复杂药物的合成，量子计算的自然性非常适合用来模拟，可以缩短研发时间，能够带来很大的价值。

在航空航天领域，飞机气流的一些变化，用当前的经典计算机模拟非常困难。量子计算机则有非常多的优势。世界上的一些飞机制造商，或者是一些军工企业，都开始用量子计算的方式来进行飞机机翼设计、空气动力学等方面的模拟和研究。

整个量子计算的产业链，包括上游、中游、下游，都会带动非常多的产业和企业发展，上游需要很多硅晶圆、靶材、耗材、特殊光刻胶。中游集聚了大量应用场景，包括人工智能、智慧交通。下游当然是C端，大规商用到企业用户。

量子计算就像是山洞一样，我们并不知道山洞里面是宝藏，还是其他。西方的一些发达国家都在涌进去，中国没有理由不进去。量子计算到底长什么样，它是一个什么样的形态，能不能做出来？我们坚信量子计算未来一定能进入人类的现实生活。

以上知识分享希望能够帮助到大家！