量子计算新飞跃 彻底改变聚合物模拟

一项新研究成功地融合了量子和传统计算技术，以改善复杂系统的模拟。使用 QUBO，研究人员在模拟聚合物混合物方面实现了更好的计算性能，显示出在分子研究中更广泛应用的潜力。这项新研究展示了如何利用量子计算来发现对生物学和材料科学至关重要的聚合物系统的新特性。

该研究小组由的里雅斯特SISSA 的 Cristian Micheletti和Francesco Slongo、特伦托大学的Philipp Hauke 和米兰比可卡大学的 Pietro Faccioli组成，使用了一种名为 QUBO 的数学方法(来自二次无约束二元优化)，它非常适合称为量子退火器的特定量子计算机。

该研究利用QUBO方法以全新的方式模拟致密聚合物混合物，这是生物学和材料科学的核心复杂物理系统。结果显示，与传统技术相比，量子计算机的计算性能得到了重大提升，从而为这些新兴技术的巨大潜力提供了一个重要的例子。值得注意的是，即使在传统计算机上采用，QUBO 方法也被证明特别有效，使研究人员能够发现模拟聚合物混合物的惊人特性。鉴于该研究中使用的方法自然适合转移到许多其他分子系统，其影响可能是深远的。

图片来源：摄图网

技术价值观察

量子信息是指以量子力学基本原理为基础、通过量子系统的各种相干特性(如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等)，进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。量子信息主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域，在提升计算困难问题运算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面，具备超越经典信息技术的潜力。

量子信息产业链从上游到下游主要包含基础光电元器件、量子通信核心元器件、量子通信传输干线、量子系统平台、以及应用层五个环节。其中基础光电元器件和核心设备是支撑起量子通信的技术和硬件基础;量子传输干线是实现远程量子通信及量子网络的传输渠道;量子系统平台主要负责对信息进行整合处理并根据需求做出相关指令，是维护整个系统健康运转的软件基础;应用层则为量子信息产业化的下游，主要为军事国防、政务、金融、互联网云服务、电力等领域的应用。量子计算处于量子信息产业链上、中游环节。

宏观市场观察

——量子计算：2030年左右实现商业化，市场规模超过千亿美元

总的来看，在全球范围内，量子计算技术得到了前所未有的关注和投资，量子计算机研发已经成为全球主要国家在前沿科技领域攻关突破的重点方向之一，近年来取得样机研制与技术验证主要代表性成就如下所示。大规模可容错通用量子计算机仍是需要长期探索和努力的目标，量子计算领域的发展与竞争也将是一场科技马拉松。

结合量子计算所需的物理学基础与算法基础，量子计算有望在10-15年内实现商用。根据IDC数据，2022年全球量子计算技术(包括硬件、软件和即服务解决方案)市场规模为11亿美元，2027年将增长至76亿美元左右。预计量子计算的商用元年在2030年，市场需求超过1000亿美元，2022-2030年年均复合增长率达79.72%。

——科技巨头和初创企业积极布局量子计算

在量子计算领域，我国科技巨头阿里巴巴、腾讯、百度和华为通过与科研机构合作等方式成立量子实验室，布局量子处理器硬件、量子计算云平台等领域;而初创公司-本源量子，则在量子处理器硬件、开源软件平台和量子计算云服务等方面进行探索：

——量子计算：多种技术路线竞相发展

量子计算包含量子处理器、量子编码、量子算法、量子软件、以及外围保障和上层应用等多个环节。目前，量子处理器的物理比特实现仍是量子计算研究的核心瓶颈，主要包含超导、离子阱、硅量子点、中性原子、光量子、金刚石色心和拓扑等多种方案，研究取得一定进展，但仍未实现技术路线收敛。

量子计算硬件技术主要分两大类，一类是以超导和硅半导体为代表的人造粒子路线，另一类是以离子阱、光量子和中性原子为代表的天然粒子路线。量子计算硬件研发目前处于各种技术路线并行发展和开放竞争阶段。

中国量子计算技术赛道热力图

根据产业热力图显示，与量子计算关键技术强关联的城市集群主要集中在华南、华东和华北地区，并且以海口、合肥市为重点发展区域，未来布局量子计算技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南华东优先导入，其中可重点关注海南省海口市龙华区、安徽省合肥市庐阳区、山西省太原市迎泽区所处量子计算的相关企业，以及该地方对于量子计算产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

经济学人APP资讯组

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标签： 量子 计算 技术 随笔