量子计算技术又进步了~

限制量子计算机大小的因素之一是用于控制量子处理器中量子位的机制。这通常使用一系列微波脉冲来实现，并且由于量子处理器在接近绝对零度的温度下运行，因此控制脉冲通常通过室温下的宽带电缆进入冷却环境。随着量子比特数量的增加，所需电缆的数量也在增加。这限制了量子处理器的潜在尺寸，因为冷却量子位的冰箱必须变得更大，以容纳越来越多的电缆，同时还要竭力冷却它们。

芬兰阿尔托大学和芬兰国家技术研究中心（VTT）领导的一个联合研究团队开发出解决这一难题的关键组件：《自然·电子学》10日发表的一项研究，芬兰研究人员开发了一种电路，可以在接近绝对零度的温度下产生控制量子计算机所需的高质量微波信号。这是将控制系统移近量子处理器的关键一步，或大大增加处理器中的量子比特数。

（原文网址：控制量子计算的新超冷微波源研发成功-新闻-科学网）

新的微波源是一种可与量子处理器集成的设备，尺寸不到一毫米，不需要连接不同温度的高频控制电缆。使用这种低功耗、低温微波源，就可使用更小的低温恒温器，同时仍然增加处理器中的量子位数量。对此阿尔托大学教授米高·莫拓恩表示，新设备产生的功率是以前版本的100倍，足以控制量子位并执行量子逻辑运算。它产生一个非常精确的正弦波，每秒振荡超过十亿次。因此，来自微波源的量子位错误很少发生，这在实现精确的量子逻辑运算时很重要。

由该设备生产的连续波微波源并不能按原样用于控制量子位，必须将微波整形为脉冲。该团队目前正在开发快速打开和关闭微波源的方法。即使没有产生脉冲的开关解决方案，高效、低噪声、低温的微波源也可用于一系列量子技术，例如量子传感器。莫拓恩称，除了量子计算机和传感器，微波源还可作为其他电子设备的时钟。它可让不同的设备保持相同的节奏，使它们能够在所需的瞬间对几个不同的量子位进行操作。

有了技术进步，距离产业化还有多远？

世界 “第一台量子计算机” 在2015年进入市场时，外界的反响显然是好坏参半。考虑到这台机器的标价高达1000万美元，人们对它的需求不旺盛就不足以为怪了。一些人指责加拿大波纳比制造商D-Wave System，认为过度夸大其机器的能力，甚至连这个机器有没有用到量子力学原理也存在争议。

（文章来源于网络）

实际上，量子信息技术商业化的开端并不顺利，但这对一项新技术来说并非罕见。毕竟对于大多数人来说，第一辆汽车的价格也高得令人望而却步，并且在一开始被认为会危害健康和安全。甚至因为在未铺设的道路上行驶激起的巨大扬尘，汽车激起了公众的激烈反对，以至于当时的司机有时会携带枪支自我保护。至少目前为止，我们知道量子计算机——利用量子力学原理开发的信息处理新技术——是完全可行的。

而量子信息技术还远未迎来像亨利·福特或者比尔·盖茨这样的人物，（可以像当年的汽车或者个人电脑这样）把这一产业改造出既可靠好用、价格又合理的机器。“现在这个阶段，（量子计算的商业化）主要致力于工程技术的不断迭代进步，而更少依赖于概念性的突破。” 加州伯克利的量子计算公司里盖蒂计算（Rigetti Computing）的创始人兼首席执行官（CEO）乍得·里盖蒂（Chad Rigetti）说道。但商业化的进展已经十分迅速。“产业活动的加速，比我们（学术界）大多数人预期的更快、更突然。” 加州理工学院的量子理论家约翰·普雷斯基尔（John Preskill）说道。

私人投资or公共扶持

对量子计算行业未来的预测各不相同，但几乎所有观点都认为其规模将是巨大的。 量子信息跟踪网站 “量子计算报告”（Quantum Computing Report）的运营者道格·芬克（Doug Finke）说。后者的价值相当于今天高性能计算市场的10%-20%。根据霍尼韦尔（Honeywell）的估计，未来30年量子计算的价值可能达到1万亿美元。

根据以上估计，量子计算的商业化能吸引到大量公共和私人的投资也就不足为奇了。美国政府准备投入约12亿美元到国家量子计划（National Quantum Initiative, NQI）项目中。该项目在2018年末正式启动，为学术界和私营部门的量子信息科学研发提供总体框架。英国国家量子技术计划（The UK’s National Quantum Technology Programme, NQTP）于2013年启动并承诺在10年内投入10亿英镑，目前该计划已进入第二阶段。来自中国科学技术大学的量子物理学家陆朝阳表示，尽管中国政府对量子信息很重视，但是之前流传的高达100亿美元左右政府投资规模的说法从未得到过官方证实，在很大程度上是媒体谣言。

而对于私营，IT巨头如IBM、谷歌、惠普、霍尼韦尔和微软已经开始重金投资量子产业。

科技巨头开始布局量子计算产业

尽管距离被视为“量子计算商用元年”的2030年还有近十年时间，不过科技巨头、学术机构等已争相布局、加码发力量子计算，尤其是随着数字经济浪潮汹涌，量子计算领域的一系列技术步入跃升期，而科技巨头之间的竞技也越来越激烈；亚马逊云科技Braket总经理表示：“量子计算目前处于初期发展阶段，因此大家都不是很清楚它未来具体的应用形态、领域及发展方向。”另一方面，“量子计算能够从根本层面上解决凭借现在的传统计算技术无法完成的计算任务”。亚马逊云科技的战略布局，一方面从学术实验的角度去探索量子计算的发展方向和趋势，另一方面则从商业应用领域为企业客户实现颠覆性的技术和解决方案落地。2020年，全球量子计算市场规模总量约为3.25亿美元，2023年的市场规模约为7.99亿美元，到“量子计算商用元年”的2030年全球市场规模约76.75亿美元。而赛迪顾问最新报告虽然认同2030年为“量子计算商用元年”，但在市场规模方面，预测2030年全球这一市场有望超过140.1亿美元，甚至到2035年这一数字将达到489.7亿美元。

（文章内容来源于网络）

量子计算，在社会大众认知层面可能稍显陌生，它是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。简单来说，随着数据量的爆炸式增长，传统计算已经无法满足更快捷、更精准计算运行的需求，而量子计算的优越性越来越凸显，甚至被业界誉为“第四次工业革命的推手”，因此成为群雄必争的“下一个战场”。目前量子计算目前的主要参与者包括四大类：第一类是国际科技巨头，如IBM、谷歌、霍尼韦尔等；第二类是量子计算初创公司，如Rigetti、IonQ等；第三类是国家科研院所，如美国费米国家实验室、美国阿贡国家实验室、中科院量子信息与量子科技创新研究院；第四类则是高水平研究型大学，如剑桥大学、中国科学技术大学、哈佛大学等。

就在上个月，汽车巨头宝马集团联合亚马逊云科技发起了“量子计算挑战”，通过“众包创新”的模式鼓励参赛者提出创新的量子算法，并在量子计算技术上测试行业解决方案。而今年5月，谷歌建成了新的量子人工智能园区，包括其第一个量子数据中心、量子硬件研究室和量子处理芯片制造设施。IBM分别于去年9月和今年4月发布了量子计算硬件、软件路线图。霍尼韦尔则在今年6月，与剑桥量子计算公司组建了新的独立量子计算公司，预计第三季度完成整合。由此，巨头之间在量子计算领域的“军备赛”渐趋激烈。

未来预估
现在的量子计算还是处于非常不成熟的阶段。就是目前在这个行业有非常小的、设计很精致、里面嵌入了很多高新技术的一些量子计算机，确实在单任务、计算任务解决方面，它们的性能是高于现在传统的这些经典计算机的。公司目前的量子计算技术要突破两个领域：第一，如何纠错。第二，如何把它的系统做大。有了这两方面的突破，才能够谈到真正地把它用起来，就是应用的问题。基于此，在这个十年里，希望量子计算机的规模能够做上来，带有它自己的量子纠错系统，可以提高准确率，真正地把它能够应用起来。

量子计算的“元宇宙”

在世界顶尖科学家量子计算论坛上，2004年诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔泽克（Frank Wilczek）和2012年诺贝尔物理学奖得主戴维·瓦恩兰（David J. Wineland）分别作了精彩的个人演讲，展望一个由量子计算机构成的宇宙。维尔泽克以围绕量子和计算相关的物理学为主题，首先介绍了量子色动力学和量子计算对它的影响。即使是借助超级计算机和大规模计算，想要通过数值模拟解量子色动力学方程的方式，来揭示时空中的量子涨落和相关粒子的质量都是异常困难的。但是量子计算机不仅可以简化这些复杂的计算，还可以建立单个核内的粒子，构建原子核，直到原子，甚至是整个世界。

然而，今天我们离构建一个有用的量子计算机还有很长的路要走，虽然我们看到它已经可以使用Peter Shor的算法在一个平台上破解代码。值得强调的是，一旦有了量子计算机，很多在经典加密系统中存在的问题会慢慢地消失，因为很多信息可能就会被破解。

（文章内容来源于网络）

但是量子系统仍然存在一个巨大问题——它们非常容易受到噪声的影响，尤其是那些使用量子计算的系统。为了给量子信息纠错，消耗了大量的量子比特。目前，纠错仍然是一件非常困难的事情，为了在无需纠错的情况下进行量子通信，John Preskill提出了“噪音中尺度量子”这个概念和想法,目前该领域已经取得了一定进展。如果在这期间能产生一些有趣的中间尺度的系统，肯定会大大刺激通用量子计算机的工作。未来量子计算研究的愿景是更好的量子比特和更好的控制。而量子霸权是指在解决一些具体问题的时候量子计算机远比经典计算机效率更高，速度更快，这是一个有用的基准。但迄今为止，已经解决的问题中没有一个展示了量子计算的真正实力。

那么最后回到文章开头：芬兰科研人员开发的全新电路，新的微波源这种与量子处理器集成的设备，是否能加速量子技术的进一步实用化，最终建立自己的“元宇宙”呢~我们能做的，也只有拭目以待了……

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