量子計算競賽：量子技術將如何以及何時影響行業領域?
從網絡安全到天氣預報，量子計算技術在一些具有高風險但帶來高回報的行業領域得到更多的應用。
人們現在正處于一場“量子計算競賽”當中。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量子計算技術的投資高達200億美元。這些國家和地區的初創企業蓬勃發展，并吸引了大量的風險投資。而IBM、谷歌、英特爾、微軟、阿里巴巴、NTT等知名企業正在加緊量子計算前期開發工作。一些企業還開始為技術社區提供云服務，以在小型量子計算機上進行實驗。
Elsevier公司最近發布的一份調查報告發現，自從1994年以來，量子計算和相關的技術研究的穩步增長，已經發表了48000多篇論文。這項研究還表明，從2015年開始，有關文章的發布量急劇上升。與這種情況相呼應的是，量子計算近年來占據了頭條新聞——從聲稱擁有量子霸權的谷歌的量子計算機“Sycamore”，到最近馬里蘭大學和杜克大學成立的初創廠商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是高風險、高回報的研究領域。它們可以為從網絡安全和人工智能到天氣預報和藥物開發等行業領域帶來顛覆性影響。量子計算和更廣泛的量子技術是一個具有國家戰略意義的領域，并且各行業領域也推出了越來越多的協作計劃。但是，人們實際上會在哪里看到量子計算的應用呢?現在值得投資嗎?這些問題的答案似乎很清楚。隨著這項技術的成熟和新應用的出現，那些尚未探索量子計算，甚至還沒有關注技術發展的企業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領域
有許多行業領域被認為將會受到量子計算技術的更大影響，但在中短期內，人們可能會看到它對以下數據密集型領域產生重大影響：
- 物流優化問題：商用的量子計算機可以幫助優化實時動態，并提高物流行業的運營速度和準確性。它還可能改進自動駕駛汽車技術，并可以用于預測和預防交通擁堵。
- 財務建模：正在研究采用量子計算技術以優化風險管理和合規性、增強交易模型以及改進目標和預測。量子技術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，對消費者產生廣泛的影響。
- 藥物開發：開發新藥仍然需要大量的反復試驗，這可能既昂貴又冒險。量子技術可以通過幫助人們更多地了解藥物及其對人體的反應來消除這一點。它還可以幫助提取有關藥物化學結構的更多信息，以加快藥物開發過程。
- 計算化學：量子計算的巨大潛力可以使機器成功地繪制分子地圖，并解決傳統上具有挑戰性的問題——例如減少二氧化碳排放量以改善氣候，甚至幫助生產電池來解決當前的儲能問題。有趣的是，關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來研究其他不太容易操作的系統的行為。
- 加密和網絡安全：這是量子計算會帶來顯著影響的最常見的一個領域，因為它可以解決計算上的難題，例如素數分解，其難度構成了當前互聯網加密技術的基礎。但是，它也可以通過創建量子密碼術來推動網絡安全行業發展，在理論上可以解決公鑰基礎設施問題。量子密碼學或量子密鑰分發技術已經應用在特定應用。
量子計算什么時候得到廣泛應用?
正如人們所見，量子計算應用和發展潛力是巨大的。但該領域仍處于起步階段。雖然量子計算的長期目標是建造大型量子計算機，但必須指出它仍然具有挑戰性。量子位由單個離子(帶電原子)實現，在特殊的半導體電路、超導體或其他系統中對于外部干擾或噪音來說非常脆弱。用于構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，現在處于所謂的“嘈雜的中等量子計算”(NISQC)階段，技術社區正在尋找中型量子計算機的近期應用，其中似乎有一些應用。例如，IBM公司的Quantum2020路線圖討論了到2023年構建1000個量子位的量子計算機的計劃。其他量子技術領域(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展，特別是在使用超導技術的固態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展，正在幫助該行業朝著商業化量子計算機邁進。在這一基礎上，現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，量子技術可能遵循與人工智能類似的過程，人工智能如今經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，可能會看到量子計算發展的低谷期。
量子的未來發展將依賴于合作
由于量子計算仍然是一項新興技術，因此各國政府必須提供堅實的資金基礎。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，并強調了量子技術對中國發展的關鍵作用。在戰略技術和保護主義方面，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部的研究)以及空間技術計劃之外。然而，通過這些國家在量子技術和空間方面的研究表現，保持合作的開放性似乎是明智的。
量子計算現在正在轉向支持現實世界的用途。因此，當應用程序真正得以廣泛應用時，那些沒有深入了解該技術或用例的企業將很難在量子競賽中獲勝。最終，企業應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和應用。而在嘗試開發和采用任何新技術時，需要大量數據和專業技能來應對他們將面臨的許多挑戰。如果企業開展合作，應對這些挑戰、降低成本、增加成功機會以及拓寬技能將會容易得多。
