《流浪地球》背后：量子計算熱度堪比“太空競賽”

在電影《流浪地球2》中，擁有超強算力和自我意識的量子計算機MOSS（原名550W）引發(fā)巨大關注。MOSS可以被視為一臺通用量子計算機，它的算力驚人，能計算出地球將遭遇多次危機，可實現(xiàn)全球復雜計算資源融合與調度，以滿足數(shù)萬座發(fā)動機協(xié)同運作的需求，并支撐“數(shù)字生命”計劃。

盡管量子技術行業(yè)在全球表現(xiàn)出繁榮，不過在科學家看來，我們仍處于量子計算的早期階段，還有諸多物理限制亟待突破?？苹秒娪爸忻枥L的場景可能短期內很難實現(xiàn)。

“沒有人敢許諾這種電影場景在現(xiàn)實中兌現(xiàn)的時間，這會是一個很長的過程，能給出時間表的都是在畫餅。”一位量子物理科學家告訴第一財經記者。

“量子計算機的潛力與圍繞它們的‘炒作’一樣大。構建低位量子比特數(shù)很容易進行經典的量子模擬，關鍵在于需要關于這些量子比特質量的技術信息。”日內瓦大學量子密碼學專家、IDQuantique聯(lián)合創(chuàng)始人尼古拉斯·吉森（Nicolas Gisin）教授對第一財經記者表示。

由于量子計算擁有的巨大潛能，吸引了全球上百家量子計算公司競相投入量子計算機的開發(fā)。各國政府也在量子計算領域展開一場“太空競賽級別”的爭奪。

中國實現(xiàn)量子計算機整機交付能力

日前，安徽省量子計算工程研究中心相關人士透露，合肥本源量子已研發(fā)出多臺中國量子計算機，并成功交付一臺量子計算機給用戶使用。該量子計算機的成功交付使我國成為世界上第三個具備量子計算機整機交付能力的國家。這是我國繼實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”之后，又一次確立了在國際量子計算研究領域的領先地位。

“全球有100多家量子計算公司投入了巨大的人力物力進行研制，加拿大的量子計算公司2011年出售了其第一個量子計算機，美國IBM公司在2019年將其商用量子計算機交付部署，中國公司本源量子的量子計算機在2021年就已交付用戶?！睋?jù)介紹，量子計算機已經成為各國競爭的焦點之一，越來越多的研究單位和大型公司企業(yè)的加入，將加速可實用化通用量子計算機研制的進程。

第一財經記者查閱公開信息發(fā)現(xiàn)，自2020年以來，本源量子利用量子計算平臺，在生物醫(yī)藥、金融等領域已經開發(fā)出一系列的算法，應用于檢測試劑的開發(fā)以及金融投資等產品。

另一家國內量子技術上市公司國盾量子近日也宣布完成了一臺“祖沖之二號”同等規(guī)模超導量子計算原型機的搭建，并將上線國盾量子計算云平臺，為用戶提供真實量子計算設備，探索量子計算產業(yè)應用。

據(jù)公開信息，“祖沖之二號”計算復雜度比谷歌公開報道的53比特超導量子計算原型機“懸鈴木”提高了6個數(shù)量級。

高質量操控量子比特數(shù)是關鍵

盡管今天的量子計算機還不夠可靠，但硬件和軟件的快速發(fā)展正在推動著行業(yè)的進步。在去年8月百度的一場量子開發(fā)者大會上，中國科學院物理研究所研究員、北京量子信息科學研究院院長向濤院士表示：“當前量子計算比較可靠，操控的量子比特數(shù)大約在100個量子比特。今后將逐漸達到幾千、幾萬、幾十萬、幾百萬，甚至更高的水平?！?/p>

向濤稱，如果對未來做一個展望，樂觀估計，2040年左右，量子信息技術及應用將全面進入高速發(fā)展階段，也將成為人類征服自然的一個新的里程碑。

“克服通往大規(guī)模量子計算機道路上的技術挑戰(zhàn)將取決于擴展量子系統(tǒng)中量子比特數(shù)量的能力，就像現(xiàn)代經典計算機依賴于超導芯片中晶體管數(shù)量的增長一樣?！泵绹A盛頓特區(qū)智庫“數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心”（Centre of Data Innovation）高級人工智能政策分析師奧馬爾（Hodan Omaar）表示，“中國近期取得的突破，表明中國在量子技術發(fā)展道路上邁出了重要一步?！?/p>

奧馬爾還表示，投資量子計算相關應用有助于促進該技術長期用例的開發(fā)，從而提高競爭力。

“未來幾年內，量子技術在硬件和軟件都會有突破，在量子計算和超算融合等方面也可能有進展。”國盾量子調控技術部負責人王哲輝對第一財經記者表示，“目前量子計算機都是在原型機的階段，即使是第一梯隊的計算機也只能解決特定問題，距離通用化使用還具有較大距離。從量子計算技術發(fā)展的進程來看，量子計算優(yōu)越性實驗的下一步是實現(xiàn)量子糾錯，在未來4~5年內解決特定的具有重大意義的物理問題、化學問題、醫(yī)藥問題等，在密碼破解、金融、氣象等各領域發(fā)揮作用?！?/p>

全球資本推動，需警惕泡沫

全球政府和民間資本的注入也推動了量子技術發(fā)展的熱潮。中國和美國作為兩個科技大國，在量子技術領域正并駕齊驅。兩個國家的政府都在量子技術的投入上不惜重金。

金融公司Serendipity Capital首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始合伙人褚德臣（Rob Jesudason）在一篇署名文章中援引麥肯錫咨詢公司的報告稱，在全球量子計算領域近300億美元的公共資金中，中國投入的公共資金占了一半。

美國國防高級研究計劃局（DARPA）本周也發(fā)布了針對“未被充分探索的實用規(guī)模量子計算系統(tǒng)”（US2QC）的項目招標，選擇了包括微軟、Atom Computing和PsiQuantum在內的三家公司，聚焦原子計算（Atom Computing）、光子量子計算（PsiQuantum）和拓撲量子計算（微軟）三項技術。

不過這一決定在業(yè)內人士看來有些意外。日內瓦大學的吉森教授對第一財經記者表示：“DARPA選擇的項目都有非常高的風險和投機性，因為這些技術現(xiàn)在都還遠未實現(xiàn)?！?/p>

在歐洲方面，德國航空航天中心最近宣布與五個商業(yè)和學術組織建立合作伙伴關系，未來四年內建造量子計算機原型機；英國量子計算初創(chuàng)公司Quantinuum和日本三井物產公司去年10月也宣布在亞太地區(qū)合作開發(fā)量子應用程序；法國量子計算公司Pasqal近期獲得了高達1億歐元的融資，刷新了量子計算領域歐洲單筆融資的紀錄。

當今量子技術領先的國家已顯現(xiàn)出整體量子生態(tài)系統(tǒng)。例如，英國國家量子技術計劃有超10億英鎊的投資，以促進工業(yè)界、學術界和政府之間的合作。在加拿大，滑鐵盧大學的量子計算研究所已成功分拆出17家量子初創(chuàng)公司。在私人投資方面，美國和歐盟占據(jù)主導地位，分別有超過50家量子計算初創(chuàng)公司。

“美國量子計算參與主體豐富，包括谷歌、IBM等巨頭公司，也有小而美的初創(chuàng)企業(yè)，政府支持產學研深度合作，并將量子技術提到了法案的級別來重視，同時，美國有很好的工業(yè)產業(yè)基礎。”王哲輝對第一財經記者表示，“若以量子計算優(yōu)越性指標衡量，歐盟的量子計算暫時處于全球第二梯隊。但是，歐盟和美國構建的利益共同體幾乎壟斷了現(xiàn)有的成熟量子計算制造研發(fā)生產供應鏈，有理由相信歐盟在量子計算技術上也會奮起直追?！?/p>

瘋狂的投資也催生了泡沫。例如美國超導量子技術廠商Rigetti公司曾有“第一量子計算公司”之稱，2022年3月在納斯達克上市。但最近30個交易日，普通股股價持續(xù)低于1美元，公司收到了納斯達克的退市警告。該公司原計劃在今年年初推出84量子比特量子計算機。

在王哲輝看來，未來對于普通投資機構而言，量子技術有不少可以投資的熱點?！皬膰H的情況看，基礎的硬件發(fā)展是投資的重點，對能連接量子計算機的云平臺和基于此開發(fā)的各類應用領域的探索可能會是一個投資點。”他對第一財經記者表示。