量子计算机商用化还有多远？

“目前，几乎所有的量子计算公司仍然无法在其主要的量子计算业务中获利。量子计算机离商业化还有一段距离。”

3月28日，中科院量子信息重点实验室孵化的合肥源量子计算技术有限公司副总裁张辉在中国计算机联合会青年计算机科学与技术论坛(CCF YOCSEF)主办的技术论坛上表示。

2019年，量子计算经历了辉煌的一年:IBM宣布了世界上第一个20位商用量子计算原型，并将其出售给世界。谷歌的量子计算机只用一个53位专用量子芯片就解决了一个数学问题，宣告了世界上“量子霸权”的首次实现。微软和阿里巴巴等IT企业建立的量子计算实验室也取得了许多成就...

3月4日，已经探索量子计算超过10年的霍尼韦尔表示，它计划在未来10年内每年提高10次量子计算机的性能。

这意味着到2025年，它的量子计算机的速度将增加10万倍。这个数字远远高于谷歌此前设定的100万比特的“小”目标。

我们离量子计算机的商业应用还有多远？

未知的“洞穴”

近年来，世界量子计算领域几乎每隔一段时间就有“重大进展”。

作为中国科学院院士郭广灿的学生，张辉回忆说，郭广灿曾经把量子计算比作教学过程中的一个洞穴。人们不知道这个洞穴是宝藏还是野兽，但是中国的研究人员必须有勇气冲进去看看它是什么样子，以及它是否能被制造出来。

正是这种对未知的渴望引发了量子计算机发展的热潮。

量子计算机在人工智能、智能交通、金融、生物医学、航空航天等领域显示出巨大的应用空间。

"尽管许多应用仍处于研究阶段，量子计算机的两大优势已经显现出来。"

张辉介绍说，首先是量子计算机对海量数据的并行计算能力的指数级提高，可以显著提高数据的搜索、处理和分析能力。第二，量子计算机可以在电子和原子等微观粒子上编译。它们可以自然地模拟自然界中原子和分子的进化，并且可以用来研究新材料和发现新药物。

张辉认为，量子计算机的主要应用方向是取代现有的超级计算机。

“目前，个人必须使用量子计算机来解决的需求很少。我们经常开玩笑说没有人能使用量子计算机来玩游戏。因为经典计算机的经验足够好，量子计算机不需要做这样的工作。”张辉说道。

在他看来，能够在短时间内应用的是使用量子计算机来解决城市交通拥堵问题和优化复杂的交通条件。

“十多年前，包括郭广灿院士在内的许多专家认为，开发量子计算机至少需要50年。现在，当郭广灿院士再次提出这个问题时，他说量子计算机的发展速度比他想象的要快得多。许多最初处于理论和想象状态的东西今天已经实现了。”张辉说道。

底层物理载体的难点

许多人担心量子计算机的出现会威胁到当前的密码系统。由于量子计算机的超强计算能力，我们的密码可能不安全。

事实上，在目前几十位量子芯片的水平上，破解密码是非常困难的。

“如果我们看看目前已知的量子算法，可能需要100万位的规模才能真正产生实际应用价值。”腾讯量子实验室高级研究员郑亚瑞说。

总的来说，量子计算机的理论体系已经基本完备，但是底层的物理载体还没有达到一致的标准。

张辉打了个比方。量子计算机仍处于非常早期的阶段。与经典计算机相比，今天的量子计算机处于经典计算机的电子管时代。

量子计算机非常类似于经典的电子计算机。量子计算机也有类似于经典计算机的芯片、*处理器、主板系统和软件，以及可以开发各种量子应用的语言和算法。

一个第三方组织预测了量子计算机的商业用途。第一阶段是原型量子计算机的发展和“量子霸权”的实现。第二阶段是设计专用量子计算机芯片，解决特定行业的特定问题，帮助实现特定领域的商业应用。第三阶段是开发一台真正的通用量子计算机。

“谷歌的量子计算机展示了人类对复杂量子计算的控制水平，也就是说，人类已经能够生产出更好的量子芯片，并且能够非常灵活地控制它们，从而看到它们的价值。”郑亚睿说道。

然而，不可否认的是，还没有找到一个完美的物理系统来发展量子计算机，因为目前正在研究的大部分量子芯片物理系统还没有达到科学家公认的量子计算的五项指标，包括量子比特的初始化能力、扩展能力、可控性、稳定性和测量能力。

业内专家普遍认为，目前最重要的任务是找到合适的材料来实现量子计算。

张辉说，各种技术路线，包括超导、半导体固态器件、离子阱等，都显示出各自的优势和劣势，但还没有得出哪个是最好的结论。

换句话说，没有单一的技术路线可以解决所有的实际问题。

此外，量子计算机的发展门槛非常高，使得普通初创公司或团队难以进入。这个领域也缺乏人才。

许多困难等待着突破。

我们究竟如何才能实现量子计算机的实用性？标准是什么？国防科技创新研究院的研究员强小刚认为，最起码，经典计算机甚至超级计算机的性能应该针对某类问题或应用进行演示。

2018年，谷歌宣布将在10年内实现100万个量子位，以实现量子计算机的商业应用。

郑亚睿认为这种说法有点激进。

“目前，各公司对发布的芯片有不同的看法，公众更关心的是比特数。事实上，量子芯片的性能不仅受比特数的影响，还受保真度和退相干时间的影响。然而，谷歌的投资非常大，因此不排除在10年内实现量子计算机商业应用的可能性。”郑亚睿说道。

强小刚还认为，实现量子计算机的商业应用需要多长时间取决于我们投入了多少精力，特别是计算机专家和工程专家的加入，共同推动这项研究。

同时，上述指标对于如何读取量子比特，如何控制量子系统，以及如何修正误差以保证量子系统的高精度具有重要意义。

该行业还需要制定统一的标准来评估开发量子计算机的各种方式的性能。

“据我所知，一些公司和团队已经在使用这样一个综合标准来衡量他们的研究成果，但这一评估体系尚未得到业界的广泛认可。十年可能是量子计算机实现商业应用的最短时间。”张辉说道。

郑亚瑞说，实现量子计算机的商业化有许多困难。以量子位为例，增加其数量的途径尚不清楚，迄今为止只实现了几十个，要达到一百万还有很长的路要走。

从根本上说，该行业需要在材料和技术两方面进行改进。

“量子计算机不必挑战经典的电子计算机。研究人员可以充分考虑与两台计算机合作的优势，并有可能突破以前仅靠电子计算机完成的困难任务。”郑亚睿说道。