有哪些公司在研究量子计算?量子计算未来的发展趋势是什么?

二向韬


提到量子计算,很多人的第一感觉就是很神秘。毫不夸张的说,量子计算已经真正的开始改变世界了,也许下一次技术革命的序幕已经拉开!接下来,我们就一起来看看全球和中国在量子计算领域取得了哪些进展?

一、量子计算算法与经典算法的区别

与经典算法不同,量子计算虽然操纵的计算单元也是比特,但是此比特非彼比特。量子比特可以处于0和1两 种状态按照任意比例的叠加,而且按照量子系统的可叠加性,多个量子比特也可以并行处理运算。这样,量子计算可以执行更加复杂的计算。

二、量子计算全球的发展  

(1)量子计算全能型选手——微软

微软的量子计算研究基于一种被称为“拓扑量子比特”的量子信息单位。二十年前, 数学天才Michael Freedman 加盟微软理论研究团队并开发出首个拓扑量子位,同时也拉开了微软布局量子计算的序幕。

2017年 9 月 25 日微软 Ignite 大会上,微软展示了拓扑量子位以及硬件软件生态系统开发方面取得的进展,其中包括与 Visual Studio 深度集成,同时适用于量子模拟器和量子计算机的新型编程语言。拓扑量子计算机最初的用途之一就是人工智能研究人员利用机器学习,加快训练算法的劳动密集型流程。据微软首席研究与战略官 Craig Mundie 透露,如果量子计算能应用于微软人工智能助理小娜 Cortana ,对她进行算法训练的时间就有机会从一个月缩短为一天。

(2)走向实用化的谷歌

2009年,谷歌开始投入到量子计算的研究中,2013年从加拿大创业公司D-Wave Systems采购了一台计算机,这台计算机当时被称作“全球首台商用的量子计算机”。2017年4月,谷歌称在年底打造出世界上第一台可以超越传统计算机的量子计算机,实现49个量子比特的操控,实现“量子霸权”。

经过多年的研究,谷歌量子计算逐渐走向实用化,其提出了三个早期量子计算装置的可行商业化应用量子模拟、量子辅助优化和量子采样。并开放了开源量子计算软件OpenFermion,用户免费使用,化学家和材料学家可以利用谷歌软件改编算法和方程,使之能在量子计算机上运行。

(3)IBM多个里程碑式的发展

去年,IBM发布了包含5个量子比特的计算机,正式开始以云计算服务的形式提供量子计算能力。18个月之后,IBM再次发布了包含20个量子比特的计算机。

IBM最初发布的量子计算机重在培养用户社区,指导用户使用这些计算机编程,所以都是免费提供的。但是近日,IBM宣布量子计算技术将实现商业变现,这就使我们不得不猜想IBM的量子计算技术是否开始走入成熟期了呢?

三、中国量子计算发展成果

(1)世界第一台光量子计算机

2017年5月3日,中国科学院发布重磅消息:世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生。据悉,经实验测试该原型机的取样速度比国际同行快至少24000倍,通过和经典算法比较,比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍。

(2)量子计算云平台正式上线

10月11日,阿里云联合中国科学院量子信息与量子科技创新研究院(上海)合作的“量子计算云平台”正式上线,旨在提升现有计算,赋能新兴产业,营造量子信息技术的生态系统,扩充安全,加强量子加密通信技术。

据悉,该云平台可以在云端为用户提供量子算法开发测试环境,通过后端连接经典计算仿真环境和真实超导量子计算,同阿里云协助进行网站的搭建和运营,提供云计算资源支撑和经典计算的仿真环境。

量子计算的发展很可能会带动一场大的科技革命,就目前而言全球的科技公司的量子计算成果来说,量子计算的发展是有目可睹的;但是量子计算在发展过程中也存在一些问题,比如,现在没有人可以为量子计算提出一个准确的定义、量子计算的大众认可度并不高、量子计算理论上的支持以及量子计算研究力度上等。我相信在不久的未来这些问题都会随着科技的不断发展这些问题都会被逐渐所完善的,在不久的将来量子计算肯定会带来一次大的科技革命。


穷Sao


很高兴回答这个问题“有哪些公司在研究量子计算?量子计算未来的发展趋势是什么?”下面我们进入正题。

什么是量子计算?

在一个计算机占用大部分日常工作的世界中,从存储数据到共享信息到世界各地,可以说,没有计算机的世界已经不可能存在了。随之而来的是,对创新的需求增加,以持续推动技术的发展。传统的计算中,数据使用位(bit)去存储和处理,位(bit)只能有两个状态(1或0)。然而,在量子计算,则是使用量子位(qubit)去存储和处理数据,这些量子位可以使用更多状态,而不仅仅是1和0。这使得量子计算可以比传统计算能够更快地传送和处理数据。量子计算领域已经存在了许多年。 事实上,第一个量子计算概念可以追溯到理查德·费曼(Richard Feynman)在1982年的一个作品,这位理论物理学家以量子力学研究而闻名于世,同时,也是一个具有自旋的量子计算机被开发出来的时候。

世界范围的量子计算领域巨头有哪些?

1、空客:利用量子计算机改变航空航天领域

2015年底,空中客车集团于在威尔士纽波特建立了一个量子计算研发团队,该团队的主要目标是研究与密码学和计算相关的量子力学相关技术。
空客公司并不打算开发自己的量子计算硬件,而是希望让现有的量子计算机硬件适应航空航天工业中的特定问题,即那些需要处理和存储大量数据的问题,包括分类和分析卫星传输的图像,或为飞机制造研发新颖、耐用的材料。
2016年,空中客车的风险投资部门Airbus Ventures投资了量子计算初创公司QC Ware的种子轮。 在2018年,空客再次成为该公司A轮投资者。
2019年1月,空客公司开展了针对各种飞机设计和操作问题的量子计算驱动解决方案竞赛,相关问题包括翼盒设计优化,计算流体动力学以及使飞机爬升路线更加省油。

2、阿里巴巴:成立量子计算实验室

2015年7月,阿里巴巴旗下阿里云和中国科学院在上海建立了一个名为阿里巴巴量子计算实验室的研究机构。该实验室研究各个领域的量子计算应用,包括人工智能和电子商务和数据中心的安全性。

2018年2月,阿里云推出了具有11个量子比特的量子计算云服务。

3、AT&T:致力于建立量子通信网络

2017年5月,AT&T宣布与加州理工学院合作研发量子网络技术, 以帮助它提供更安全的通信方式。
2017年底,该公司与两个合作伙伴,美国宇航局的喷气推进实验室和美国能源部在伊利诺斯州巴塔维亚的费米实验室开始研发建造量子网络。百度于2018年3月宣布成立量子计算研究所,该计划的重点是量子信息理论和量子计算。百度的主要业务之一是搜索引擎,而搜索大量数据正是量子计算的潜力之一。

然而,百度已经落后于国内竞争对手阿里巴巴,后者已经推出了一项11比特的量子云计算服务。

5、博思艾伦汉密尔顿:为客户提供量子计算

博思艾伦汉密尔顿希望利用量子计算在竞争中找到更好的数据科学产品和服务。
该管理咨询公司表示,它已与政府和企业客户合作开发试验计划和量子计算机原型,以解决包括物流,药物发现以及软件中复杂代码的验证等问题。
2018年9月,博思艾伦汉密尔顿收到了美国空军研究实验室的合同。作为该项目的一部分,博思艾伦汉密尔顿Booz Allen与量子计算公司D-Wave Systems一起研究如何利用量子计算来解决优化卫星分组的问题,以最大化其覆盖范围。

6、英国电信:用量子技术保护敏感信息

英国电信与东芝研究所(Toshiba Research)、美国ADVA Optical Networking和英国国家物理实验室联合研究量子加密技术。这项技术可以在敏感数据的传输过程中保护其安全性。
2018年6月,英国电信宣布建成了一个“量子安全”的互联网网络,该网络部署在英国剑桥和英国电信的实验室所在地伊普斯威奇之间,两地大约相距50英里。

7:谷歌:用量子计算机研发人工智能

谷歌在量子人工智能实验室(QuAIL)运营着一台D-Wave量子计算机。该实验室由美国国家航空航天局和加州山景城NASA艾姆斯研究中心的大学空间研究协会共同创建。

2015年,领导谷歌QuAIL业务的Hartmut Neven和他的团队最近发表了一篇论文,初步测试结果表明D-Wave机器在特定问题上可以比传统计算机芯片快100倍。
自2013年以来,QuAIL团队一直在利用D-Wave的机器探索各种领域的量子计算应用,如网络搜索,语音/图像模式识别,规划和调度,空中交通管理,到其他星球的机器人任务,以及支持任务控制中心的行动。
2014年,为了减少机器学习与人类智能之间的鸿沟 – 并在新兴的人工智能领域处于领先地位,Google开始利用其在D-Wave机器上的经验,并专注于开发自己的量子硬件。
在2018年,谷歌宣布它已经建立了一个新的量子处理器,代号为Bristlecone。这款72比特的设备在谷歌此前最好的9量子比特机器取得了重大进步,当时最接近的竞争者是IBM的实验室50比特的机器。在2018年晚些时候,谷歌宣布与NASA合作探索可以使用新量子处理器解决的问题。
在2019年初,谷歌在旧金山举行的IEEE国际固态电路会议上展示了为量子计算定制的电路。

8、霍尼韦尔:推动离子阱量子技术的快速商业化

霍尼韦尔在量子计算方面的工作始于2014年,当时该公司参与了一项调查该技术的智能高级研究项目活动(IARPA)项目。

霍尼韦尔的主要研究焦点是一种被称为离子阱的量子技术 ,它利用电磁场将离子悬浮在空间中,并通过“陷阱”中的那些离子的运动来传输信息。
2019年5月,霍尼韦尔首席执行官Darius Adamczyk宣布该公司的技术达到了“创纪录的高保真量子操作”,并预计今年年底该项目将开始创造收入。
霍尼韦尔是为数不多的从事离子阱技术研究的公司之一,其中绝大多数公司 – 包括IBM,谷歌和英特尔 – 都在使用半导体技术构建自己的量子计算硬件。

9、IBM:商用量子计算机

IBM在纽约Yorktown Heights的研究中心设有量子计算小组。该研究组的目标是通过建立可以扩展到更大尺寸的量子电路设计来克服量子系统的某些限制。
IBM于2019年初推出了一款名为“IBM Q System One”的20比特量子计算系统,用户可以通过云端访问该系统,并宣布为埃克森美孚和欧洲核子研究中心提供量子服务。这两家公司关注的重点领域是使用“IBM Q”来研究财务数据,物流和风险。
2019年6月,IBM宣布与一些非洲大学建立合作伙伴关系。作为合作的一部分,IBM希望研究人员将使用IBM Q的处理能力来研究药物研究和开发,采矿以及自然资源管理等主题。
IBM全球副总裁Norishige Morimoto最近表示IBM将在五年内将量子计算机商业化。

10、英特尔:批量生产量子计算机

2015年9月,英特尔向代尔夫特理工大学量子研究所QuTech和荷兰应用研究组织承诺投入5000万美元,为十年的合作提供支持。
在2018年的CES上,英特尔宣布它已经构建了一个名为Tangle Lake的49比特量子超导芯片。
在2019年3月,英特尔宣布了一种量子计算机测试工具,该工具允许研究人员验证量子芯片可靠性晶圆并检查量子比特在构建成全量子处理器之前是否正常工作。对于量子计算研究人员而言,这可能是一项重要的节省成本和时间的技术,也是量子处理器大批量生产的一个步骤。

11、KPN:创建更安全的通信

KPN是一家荷兰的电信公司,在其位于海牙和鹿特丹的KPN数据中心之间的网络中实施了端到端量子密钥分发(QKD),这种技术可以实现更安全的通信。 KPN也与专门从事量子加密的瑞士公司ID Quantique合作。

12、洛克希德·马丁加大对量子计算的投入

洛克希德·马丁公司与南加州大学合作,共同创办了USC-洛克希德·马丁量子计算中心(QCC)。该中心专注于绝热量子计算,其中问题被编码到物理量子系统的最低能量(“最冷”)状态,以找到具有许多变量的特定问题的最佳答案。
这种优化方法可以帮助洛克希德马丁公司解决很多问题,例如改进飞机设计或物流。

此外,D-Wave Systems公司于2015年宣布与洛克希德马丁达成一项多年期协议,将该公司的512-qubit D-Wave Two量子计算机升级为具有1,000+量子比特的新型D-Wave 2X系统。这是自洛克希德·马丁公司于2011年成为D-Wave首个客户以来的第二次系统升级。

13、微软:量子软件先行者

Microsoft的QuArC小组成立于2011年12月,专注于设计用于可扩展,容错高的量子计算机的软件架构和算法。该小组成果包括LIQUi |>,一种用于量子计算的软件架构和工具套件。微软的QuArC小组与世界各地的大学密切合作,包括悉尼大学,普渡大学,苏黎世联邦理工学院和加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)的量子计算小组等。
2014年,微软透露它与UCSB的一个名为Station Q的研究组合作研究拓扑量子计算。Station Q旨在研发可扩展,高容错,通用的量子计算机。
微软还在构建量子计算开发层方面取得了长足进步。 2017年底,微软宣布推出量子开发套件 – 一种名为Q#的编程框架和语言,供寻求为量子计算机编写应用程序的开发人员使用。 2019年2月,微软推出了微软量子网络 – 一个致力于量子应用和硬件的机构和个人网络。
今年5月,微软表示其量子开发套件已被下载100,000次,并且它将开源其Q#语言,编译器和量子模拟器。

14、三菱电机:保证通讯安全

三菱电机(Mitsubishi Electric)声称开发出世界上第一款“一次性PAD软件”,这是一种先进的手机加密技术,能够确保通话的私密性。

此外,该公司还将其技术实施到日本信息和通信技术研究所的一个项目中,以测试基于量子安全网络的移动通信的可行性。

15、NEC和富士通:长距离量子通讯

2015年9月,东京大学纳米量子信息电子研究所与富士通实验室有限公司和NEC公司合作,宣布他们成功利用一个单光子发射器在相距120公里的两地之间实现量子密钥分配。
2018年1月,NEC宣布计划投资开发自己的量子计算技术,以解决最优问题。另一家日本巨头富士通宣布与多伦多大学合作,到2020年投资4.51亿美元用于研发量子计算技术。

16、诺基亚:量子算法先驱

诺基亚是贝尔实验室的母公司 ,而贝尔实验室是量子计算算法开发的先驱。量子算法先去包括Peter Shor(Shor算法)和Luv Grover(Grover算法)都曾是贝尔实验室职员。量子计算的火热得益于Shor在1994年的论文,他发现量子计算机将能够比传统计算机更快地找到大数的质因子,而这一能力对破坏传统的加密方法 产生极大威胁。
2017年,摩根士丹利的一份报告将贝尔实验室的量子计算计划与IBM,谷歌和微软的计算方案定为“最可靠的”方案。

17、NTT:关注最优化问题

NTT基础研究实验室和NTT安全平台实验室合作研究超冷原子和量子信息处理。 2014年,英国布里斯托尔大学的公司和研究人员开发出一种光学芯片,利用光子测试量子计算的新理论,目标是减少先前测试量子理论所需的资源。

2017年,该公司开放了用于公共测试的原型量子计算机。 NTT的量子计算机与大多数从事量子计算的公司不同,它是一台“量子伊辛”机器 – 专门用于解决优化问题。
在2018年末,NTT宣布了在硅谷开设量子计算研究中心的计划,目的是促进量子计算理论的研究并与其他当地研究人员合作。

18、雷神:将量子计算应用于图像领域

雷神在其Raytheon BBN Technologies研发中心内成立了一个量子信息处理小组,专注于利用量子原理进行传感,计算和成像。
2012年,Raytheon BBN Technologies获得了220万美元的资金的投资,其研发目标是将量子计算机的各个方面集成到一个框架中,以便更好地管理资源和评估性能。
2017年,Raytheon BBN的一个团队与IBM Research合作,于2017年发布了一项关于自然量子信息的研究,该研究表明量子计算能够比传统计算设备更快,更有效地找到某些特定问题的答案。

19、SK Telecom:在韩国打造子通信网络

2016年3月,SK电讯宣布建立了五个不同的国家量子通信测试网络,总覆盖距离为256公里。
在2018年初,SK电信投资6500万美元,据称拥有ID Quantique超过50%的股权,ID Quantique是量子密钥分配系统等量子技术的开发商。今年9月,SK电讯宣布他们与ID Quantique和诺基亚之间的合作伙伴关系已经成功开发了IDQ的QKD与诺基亚光传输系统之间的互操作。

20、东芝:追求更安全的量子通信网络

东芝的量子密钥分发(QKD)系统为基于光纤的计算机网络上的加密应用提供数字密钥。
该公司在2015年宣布,东芝生命科学分析中心的基因组数据将被量子通信系统加密,并传输到了日本东北大学。
在2018年2月,东芝推出了一款自行研发的13.7 Mbps量子密钥分发设备,它比之前速度最快的1.9 MbpsQKD设备快几倍。
2019年,东芝宣布与美国开发商Quantum Xchange合作,将其量子密钥分配光网络Phio的容量翻倍。目前,Phio项目活跃于纽约市的一些银行和资产管理公司,帮助客户移动数据并保持安全。

量子计算未来发展的趋势

如果将量子计算机比喻成一架飞机,那么我们现在的普通计算机也就是辆自行车。这种巨大的差距,给我们带来震撼的同时也让我们对未来充满了期待。量子计算机就是科学家尝试打开未来无限可能性的一把钥匙,但究竟开锁之后未来会带来哪些超乎寻常的影响?

量子计算机是指利用量子相干叠加原理,理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。使用亿亿次的“天河二号”超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组,所需时间为100年。而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组,仅需0.01秒。

传统计算机好比两指弹琴;量子计算机就是千手观音弹琴。想象一下,你被要求5分钟内在国会图书馆某一本书的某页上找到一个大写字母“X”,这几乎是不可能的,因为那里有5000万册书。但是如果你处于5000万个平行现实中,每个现实都可以查看不同的书籍,你肯定能在其中某个现实中找到这个“X”。在这个假设中,普通计算机就是像疯子一样的那个你,需要5分钟内找遍尽可能多的书。而量子计算机却能将你复制出5000万个,每个只需翻找一本书即可。就这样,我们拥有了孙悟空般的千万个化身。若真的完善了量子计算,甚至大面积应用于我们的生活,这种改变,是空前绝后的,完全出乎普通人的想象。

让我们来展望一下未来吧!

  • 天气预报:

绝对海量的数据计算,极大地发展了天气预报,加上通信系统的发展,这一天来临的时候,我们不必收听什么预报,而只是在拉开房门的时候,手机里传出一个善意的提醒:请您带把伞!

  • 万物互联:

家庭里的所有电器终于走到了万物互联的时代,当我们下班回到家的时候,饭已经做好了,空调已经开到了26度,我们喜欢的电视频道也开始播放。

  • 驾驶证成为历史:

及时的量子计算终于实现了无人驾驶,在此基础上的卫星定位和道路路况的点对点确认,使得我们告别了驾驶证,一切的出行只需要我们的语音来完成。

  • 及时医疗:

再也不用担心老年人的身体突发事件了,随身的健康监测时时刻刻与医院的系统连接,一旦出行反常,医院的救护车将在GPS定位下立刻来到病人身边实施抢救。

上面列举的只是量子计算发展的部分作用,我们有理由相信,更多的应用将彻底改变我们的生活。这样的改变,比工业革命的蒸汽机还要重要,到那个时候,将超越我们的想象。

谷歌、微软、IBM和世界各国政府继续在量子计算领域进行重大投资,他们指望通过解决当今经典计算机难以解决的问题来改变世界。

量子计算机将扰乱每一个行业。他们将改变我们做生意的方式和我们保护数据的安全措施,我们如何对抗疾病和发明新材料,解决健康和气候问题。创造商业上可行的量子计算机加速,我们世界将会迎接新的革命。

  • 网络安全

一旦量子计算机广泛采用,网络安全就会有好有坏。坏吗?我们当前的数据加密策略将会过时。目前,大多数在线安全方法都依赖于这样一个事实,即当计算机处理大量数据时,“破解代码”需要花费大量的时间。然而,量子计算机将能够迅速处理这些信息,使我们的计算机、金融机构和私人信息变得脆弱。好消息是,我们已经完成了大量的工作来开发量子加密技术,如量子密钥分发,这是一种超安全的通信方法,需要一个密钥来破译信息。由于量子力学特有的特性,如果消息被拦截,没有人能读取它。

  • 人工智能

对提高机器学习至关重要的信息处理,最适合于量子计算。量子计算机可以分析大量数据,为人工智能机器提供改进性能所需的反馈。量子计算机能够分析数据以比传统计算机更有效地提供反馈,因此人工智能机器的学习曲线被缩短了。就像人类一样,由量子计算机的洞见驱动的人工智能机器可以从经验和自我纠正中学习。量子计算机将帮助人工智能扩展到更多的行业,帮助技术更快地变得更加直观。

  • 药物开发

为了开发一种有效的药物,化学家需要评估分子、蛋白质和化学物质之间的相互作用,以确定药物是否能改善某些条件或治疗疾病。由于分析了大量的组合,这就是时间和劳动强度。由于量子计算机可以同时检查多种分子、蛋白质和化学物质,化学家们可以更快地确定可行的药物选择。此外,一些药物在试验阶段被取消,即使这些药物可能对一部分人有效。量子计算将允许一个人的基因测序和分析,比我们今天使用的方法要快得多,并且允许个性化的药物开发。

结语

量子计算的发展很可能会带动一场大的科技革命,就目前而言全球的科技公司的量子计算成果来说,量子计算的发展是有目共睹的;但是量子计算在发展过程中也存在一些问题,比如,现在没有人可以为量子计算提出一个准确的定义、量子计算的大众认可度并不高、量子计算理论上的支持以及量子计算研究力度上等。我相信在不久的未来这些问题都会随着科技的不断发展这些问题都会被逐渐所完善的,在不久的将来量子计算肯定会带来一次大的科技革命。

希望我的回答能对你有所帮助。


桦善论见


我来谈几点意见,供读者参考。

量子计算机技术革命是二十一世纪世界各国科学家尊循的研究与应用路经,对推动量子工程应用很可能起到巨大的主导引领作用。因为量子计算机对计算机科学与技术会提高很巨大的可能的数量级快速发展,很可能撑起智能时代的技术支撑。让我们共同来讨论量子计算机相关问题,供广大读者参考。

一,量子计算产业链可能的情况。当前科技创新靠前的几十个国家都有专门的高科技公司和大型科技创新单位在研究应用型量子计算产业链条。我用下图来展示。

二,量子计算机商用预测。目前谷歌公司己经宣布可能率先实现了量子霸权,但事实上距离商业应用至少还有五到十年的距离。那中国🇨🇳的量子计算机可能有自己的路经,我们走的是圶实基础,打牢要素构件,一举实现商业应用的路经。我们来看下一张图对商业应用的基本预测。

三,量子计算机各国企业的情况。我们可能例举出当前的中国🇨🇳企业,美国企业,日本企业等的情况。但是随时间推移,可能五年后又有一大批世界各国有能力有技术有专利有顶级人才的公司顶上来进入下一代量子计算机企业行列。我们暂用图表举出当前的量子计算机企业情况。

四,量子计算机的定义与优势。在全球量子计算机应用之前,可能还要向神话般是个迷,但是当普遍应用时,各国应用量子计算机的操作者就十分清楚这东东了。我还是用一个图表来简化介绍吧,一目了然啊。

五,量子计算机的物理体系。我们了解量子计算机,应当系统来认知,所以我把相关体系简单归纳,比较系统介绍。我用几强图表来简化说说吧(概念与应用,选择性),大体上说明白了。

六,发展历程介绍。量子计算机已经开始了可能的应用第一代也是初等级阶段的研究开发应用。当然不成熟,要升级要纠错要换代要应用场景的实践等等。我用两个图表来简单介绍量子计算机发展的一个过程。

七,量子革命。我个人把量子计算机的研究开发创新应用叫量子革命,是因为我们知道,量子计算机广泛应用生产生活实践,会推进智能化时代快速发展。假定十五年二十年后聚变反应堆即新能源新动能问题彻底解决了,那有量子计算机量子工程助推作用,很可能催生大批的新一代的科学技术专业方向路经,也可能引爆引发人类社会产生一个科技成果大爆发阶段。我个人期待如此。我还是用一个图表来简介吧。

以上几点意见,个人认为比较系统地简单介绍量子计算机问题了。供读者参考。

谢谢读者!


北京大刘


关于量子计算技术

量子计算是指利用纠缠的量子态作为信息载体,利用量子态的线性迭加进行信息并行计算的方案,量子计算对某些问题的处理能力将大大超越经典计算。


发展现状

就目前而言,研究量子计算及相关问题的主要是以高校为代表的学术机构,以及一些国际大公司与高校研究所等的合作机构。

下面,我们从当前量子计算发展现状的角度来了解一下都有哪些机构、单位参与了量子计算的研究和贡献。量子计算提出至今,主要在超导量子计算、量子点量子计算、拓扑量子计算等方案上取得了进展,向人们展示了量子计算时代即将来临的美好憧憬。

1. 超导量子计算

超导量子计算是目前最被看好的量子计算方案之一,不仅得到各国学术界的高度关注,某些国际大公司也已经开始实质性地支持相关研究。

最引人注目的是谷歌将目前实力最强的超导量子计算研究团队—UCSB(加州大学圣塔芭芭拉分校) Martinis 课题组纳入其超导量子计算机研制计划,以期实现量子霸权。谷歌还与哈佛大学、劳伦斯伯克利国家实验室、塔夫茨大学、伦敦大学等众多研究机构展开合作,期望在量子化学计算领域取得实质突破。

半导体巨头Intel 公司,与荷兰Delft大学Dicarlo研究组合作, 将最先进的半导体技术结合到超导量子电路中,引人注目。

IBM公司和NIST(美国国家标准与技术研究院)合作,在网上推出了5个超导量子比特的“云量子计算”平台供研究人员使用。

此外,还有日本NEC(日本电气股份有限公司)实验室、东京大学研究团队以及加拿大D-wave公司等都在超导量子计算领域取得了一定进展。


2. 量子点量子计算

此领域的先驱研究团队主要有原哈佛大学(现哥本哈根)的Charles Marcus、荷兰代尔夫特理工大学的Lieven Vandersypen,日本东京大学/RIKEN的Seigo Tarucha等的研究组。


3. 拓扑量子计算

此领域中,我国与美国、欧洲、日本等国家的顶尖研究机构,已经对此进行了大量的理论和实验研究,提出了多种可能的实现方案。这些方案包括分数量子霍尔系统、内秉拓扑超导体、半导体与超导的复合系统、量子自旋液体等。其中,原贝尔实验室和微软公司一直在推动拓扑量子计算的研究,后者还专门为此成立了研究机构Station-Q。

在我国,主要是以中国科学技术大学、中科院物理所、浙江大学、清华大学、南京大学、北京大学等为代表的学术机构在进行相关研究工作,并取得了一定的奠基性成果。


未来趋势

量子信息科学的核心目标是实现真正意义上的量子计算机和实现绝对安全的、可实用化的长程量子通信。以量子计算为基础的信息处理技术的发展有望引发新的技术革命,为密码学、大数据和机器学习、人工智能、化学反应计算、材料设计、药物合成等许多领域的研究,提供前所未有的强力手段,对未来社会的科技、经济、金融,以及国防安全等产生革命性的影响。在国际上,有人甚至将量子计算提到了“量子霸权”的高度。


总结

目前,在量子计算领域的个别点上(主要集中在拓扑量子计算领域),我国的科研机构已经取得了一些研究成果,具有一定的国际地位,但与美国及欧洲主要国家之间,仍然存在差距。

就超导量子计算而言,仅实验人员体量可能仅相当于Google、UCSB一个团队的体量。基于目前未确定最优方案的事实情况下,我们一方面要高度关注那些目前看来非常有竞争力的方案,另一方面要保持一个相对宽广的研究面,支持不同方案的自由探索和相互竞争,做到点、面兼顾。

参考:

[1]吴根,资剑等. 量子计算技术发展现状与趋势[J]. 科技中国,2017(09)

[2]郭光灿,周正威等. 量子计算机的发展现状与趋势[J]. 中国科学院,2010(05)


Fortitude


一、全球现在在研究计算的主要公司有:谷歌、IBM、阿里巴巴、NTT、诺基亚、霍尼韦尔、微软、NEC和富士通、SK(韩国)、东芝、三菱电机、洛克希德·马丁、KPN(荷兰)、英特尔、英国电信、博思艾伦汉密尔顿、百度、AT&T。

二、量子计算未来的发展趋势

通过利用量子力学中非经典的性质,量子计算有望颠覆当前的计算技术,给经济和社会带来变革性的进步,目前量子计算正处于从实验室走进实际应用的转变之中。

1、技术方面,因要达到“容错量子计算”和“演示实用量子优势”两个里程碑,在2020年,乃至未来几年,毫无争议地达到这两个目标中任何—个都非常艰巨,故而量子计算将进入技术攻坚时期。

2、产业和生态方面,政府、企业和学术机构的规划和投入将升级、扩大。竞争将在多个维度激化:领军团队规模扩充的同时透明性下降;人为设障的风险上升。产业分工将进一步细化:制冷、微波、低温电子控制、设计自动化、制备代工等领域在资本推动、政策扶植和生态滋养下蓬勃发展。各行龙头企业会加力探索应用,助长算法和软件。

3、国际上工业界-学界-开放性平台和服务三方将相互赋能。工业界的工程复杂度任何纯学术团队无法企及;学界将探索高不确定、颠覆性的方向;开放性平台和服务将降低研究和创业的时间和成本,加速整个领域的迭代和创新速度。


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