量子夏天还是冬天 ？

VIEWPONT 视点2023 QUANTUM 夏季 还是冬天？ 未来的情景量子计算发展和 商业化 QUANTUM 夏季 还是冬天？ 未来的情景量子计算发展和 商业化 视点 AUTHORS ALbertMeigeRickEagarHervéArribart 与善意的承认 OLivierEzratty的贡献, 顾问和作者，以及 QuesteL的BenoitChevaLier 还有很大的不确定性关于量子计算 （QC）将发展-会有 一个突破，什么时候可能 发生，以及哪些技术和我们期望的应用程序成功? 这个观点分享了蓝移的结果 亚瑟·D·利特尔（ADL）调查，邀请了500多人专家和行业高管评估他们的观点 关于关键不确定性和未来情景；得出技术成熟度的结论， 速度和影响；并帮助说明这一点可能意味着生意。 2 关于未来的不确定性量子计算 对QC开发的投资迅速 加速，以及对其潜力的期望改变商业和社会从来没有 更高。超过20个新的原型QC 设备目前由领先的承诺 玩家在他们的发展路线图上 2030年。然而，尽管所有的兴奋，直到现在还没有设备超越了标准- 实验室规模的概念阶段，以及所谓的相对于传统COM的量子优势-puting技术尚未正确 已证明。仍然存在很大的不确定性关于量子计算机何时以及是否会成为商业上可行的，和全方位的他们将适用的应用程序。 关于调查 蓝移由ADL进行了一项调查精选500多项领先技术：和学术界的科学专家。 最终有59位专家选择参加 我们的研究基于他们的个人兴趣 以及他们发表的工作与QC的相关性领域，其中51名专家是个人 参与QC技术开发。 采用的“专家众包”方法为调查建立在独特的体验上 Presans(ArthurD.Little公司)，拥有开创了利用大数据的强大工具 通过600万网络访问专业知识专家，以及国际的见解 研究员团队，主要是前首席技术领先公司的官员。方法论 使用避免了传统的许多陷阱专家调查，如不必要的偏见由专家招聘和介绍 选择过程。 在ADL最近的综合报告的蓝移中，“释放量子的商业潜力 计算“，我们探索了技术的现状- 量子计算的生物学发展，其 潜在的用例和应用程序，以及什么忙-ness现在应该做准备。补充 这，我们进行了一项接近500人的调查基于20的QC技术开发专家 世界各国。我们要求他们给予他们对突破可能性的看法 在未来十年内，哪些技术方法 可能是最成功的，以及关键的不确定性以及它们对发展和商业的影响- zation.Weaggreatedtheirviewstohelpidentifyfour 量子计算的可能场景 发展以及企业应该如何做出最好的反应。 ThisViewpoint总结了调查结果和分析，包括一些来自 我们的合作伙伴Questel进行的专利分析，端到端知识产权解决方案提供商超过 全球20,000个客户。有关更多解释和关于QC概念和技术的背景，请 请参阅我们的主要报告“释放业务量子计算的潜力。“ 3 关于什么的期望 QC技术的成功? 大约80％的专家期望量子优势 常规计算十年内实现 专家的绝大多数观点是量子计算机将能够展示-strate性能优于高 某些性能的常规计算机 十年内的应用程序(见图1)。这也符合主要参与者的预测 在行业内。例如，正如我们最近写的那样 2022年，IBM继续在其 发布时间表，并发布Osprey 433量子位器件，是量子位数的三倍他们的鹰设备一年前发布。虽然不是但仍提供优于传统的量子优势 计算机，这代表了一个重要的交流-diatestep。IBM计划在 2023年和2024年(秃鹰和火烈鸟，1,121和分别为1,386个量子位）。进展也在 以新方法制造，以实现更容易的量子/ 要访问的常规混合解决方案。 所有这些都意味着一个可用的设备，虽然可能仍然有限，但量子优势 可以基于所谓的嘈杂的内部中尺度量子(NISQ)技术就在十年中期。 图1-你希望在未来十年内实现量子优势吗？ 20％的人没想到量子计算机展示优势提供了一系列 他们怀疑的原因，特别是以下: -基于NISQ的当前演变设备，将很难达到所需的 内部所谓的逻辑量子位的数量十年来，考虑到噪音的挑战和纠错。即使是100万物理qubit机器，目前计划在 10年，只会产生300-400逻辑量子位，而最严重的算法可能 需要更多。也就是说，如前所述以上，继续取得进展 量子位稳定性和纠错与此同时，技术。 -成熟的容错量子 计算机可能不仅仅是一个 十年。直到这些可用，嘈杂中间设备(如100万个 量子比特超导机提到 以上)充其量只能有有限的利基应用。 -非量子高级计算 技术也在并行发展。 尚未达成任何共识 无21% 是79% 围绕哪个量子比特技术很可能会成功 来源：ArthurD.Little 4 目前正在开发的量子比特技术- 可以分为三个主要类别： 基于电子的(其中包括最多的投资-ed-in超导技术)，基于原子的 (包括冷原子和俘获离子技术- OGies)和基于光子的。 如图2所示，近40%的专家谁期望QC技术在 十年来，人们认为基于电子的 最有可能成功的人，35%的人选择基于原子和26%基于光子。这相当甚至传播是缺乏的一个很好的证明QC技术的成熟。从根本上说， 关于哪种量子比特技术的赌注仍然开放会成功。 其他0% 基于电子的39% 基于Atom的35% 基于光子的26% 图2-你认为哪种方法在量子比特类型方面是最有前途的？ 来源：ArthurD.Little 其他0% 退火7% 基于大门的61% 模拟器32% 图3-您认为哪种计算范例最有前途？ 大多数专家认为基于门的量子计算机是最 很有希望，尽管模拟器也有一个重要的追随者 以及替代量子位技术，开发-OPERS追求不同的计算参数- adigms，可以分为三种类型。首先，基于门的量子计算机使用逻辑门，如经典的计算机和最广泛的 通用应用。第二，退火机使用低质量的量子比特被设置为收敛到 解决方案，通常是搜索最小值的结果- imalenergy.Themainapplicabilityforannemalersis 用于优化和仿真问题，其中 今天，他们提供了最好的基于量子的 解决方案。第三，模拟器指更广泛的类别- 设计用于模拟复杂模型的模拟设备 量子力学系统。到目前为止，他们已经主要用于解决复杂物理问题 实验室的挑战 如图3所示，我们中超过60%的专家调查考虑基于门的量子计算机 是最有前途的，虽然一个实质性的 32％的少数人认为模拟器是最有希望。因此，还远远不能确定基于门的方法将是唯一的 成功了。 来源：ArthurD.Little 图4-对于最有前途的方法，技术的成熟度是多少 （就TRL而言）对于各种时间范围？ 大多数专家预计QC技术-NoLogy至少会达到这个阶段成功证明了最初的 10年后运行 如今，QC技术的发展普遍 评估为处于实验室规模证明阶段 概念；换句话说，技术准备水平 50%（TRL）3或14，尽管某些特定技术， 45%如在量子通信领域 40% 35% 和传感器，可以被评为高于这个可能是TRL6或7。 30%如图4所示，大多数专家 25% 20% 15 % 10 % 5% 0 % 今天(2022)三年后（2025年）10年（2032年） 123456789 接受调查，约65%的人认为最有前途今天将达到TRL4或更低。到2025年-2026年，我们约60%的专家预计到期进展到至少完整的原型演示 对于某些应用(TRL6或以上)，尽管 40％的人仍期望TRL5或以下。约75％的人期望实现成功的初始操作(TRL8或 9）到2032年。但是，应该注意的是，即使TRL8或9的最高期限水平并不意味着 广泛的商业可用性或重要 来源：ArthurD.Little市场渗透率。 1TRL是一种广泛采用的九点量表，用于评估正在开发的技术的成熟度。5 图5-量子位技术的速度、成熟度和影响 超导 光子 电子自旋 冷原子 被困 离子 拓扑 NV 中心 为了获得更好的预测视角-动力、速度和潜在影响技术应该考虑 除了成熟度 最低(TRL1、2)(TRL2,3)最高(TRL3、4) 成熟度-技术准备水平(TRL) 基于电子的基于Atom基于光子大小表示破坏潜力的相对规模 来源：ArthurD.Little 图6-自2012年以来的QC专利家族趋势 2500 2000 1500 1000 500 0 以及成熟度(当然，这只是一个快照-拍摄)，以更好地了解可能的“时间”影响，“也考虑其他两个是有帮助的参数: 1.Pace-a的速度和斜率技术正在发展，有效地 到期日的衍生。这一点的迹象可以通过分析水平的趋势来提供发展活动。大多数专家是 预测从TRL4增加到TRL8 量子计算大约10年-a 每年大约半个TRL的速度 average.However,caremusttakeninsuch 假设，因为速度曲线不太可能在这段时间内是线性的。 2.影响-破坏的规模或水平 这项技术可能会导致如果和何时成熟。这可以通过考虑来评估不同部门的潜在用例。 某些量子位技术具有以下功能：使它们或多或少广泛适用 就问题的类型而言，他们会解决。 在我们的主要报告中，“释放业务潜力- 量子计算中的一个，“我们提供了一个索引- 这三个参数对量子位技术的影响- GES（见图5）。 为了帮助进一步告知“pace”参数，我们的合作伙伴Questel最近进行了一项专利QC技术的分析。输出之一是 如图6所示。 在过去的五年里，专利的急剧上升到 2022年是步伐增长的明确迹象发展。增长非常显著， 比平均增长率高出四倍一般专利。最近的优势 超导，并且在较小的程度上， 基于光子的技术，也很清楚。2 20122013201420152016201720182019202020212022更一般地说，我们认为成熟， 节奏和影响共同构成的基础 超导光子电子自旋 捕获的离子冷原子拓扑 来源：ArthurD.Little和Questel 62应该指出的是，该分析排除了与量子网络安全，量子电信和量子传感器有关的专利家族。 Other 一个新的“影响时间”指数为企业和进行进一步的研究，我们将在 稍后日期。 什么是关键 不确定性和场景？ 尽管围绕如果和当剩下的技术挑战 将被克服是明确的，这绝不是量子计算的唯一决定因素- ING的未来。为了完成我们要求的图片我们的专家会考虑影响程度和 一系列其他可能影响的不确定性- 最终可用性和 QC技术的商业化。这些包括投资的可用性等因素- 资源和资源，地缘政治问题，人口- 图形、气候变化、法规和社会- etalacceptance.Themainresultsareshownin 图7. 如图7所示，专家对“可用性- 研究经费能力“具有最高的 影响和不确定性，其次是“熟练的人” 资源可用性”和“地缘政治不稳定”。 我们可以认为这些是“关键的不确定性”。 “气候变化”也被认为有一些 影响，尽管更有限，不确定。其他因素被认为要少得多 比这四个关键，或者是它们的子集。 可用性 资源 熟练的人类 资源可用性 可用性 研究经费 地缘政治不稳定 气候变化 图7-塑造量子计算未来的关键因素 Low不确定性高 来源：ArthurD.Little 资源和地理位置的可用性- 气候是最关键的 影响QC未来的因素发展 为了帮助推导出合理的场景，我们采用了三个最关键的因素，放在一起 “研究经费的可用性”和“人力 资源可用性“到单个”可用性 “资源”因素，以“地缘政治气候”为其他关键因素。 量子计算资源的可用性特别是指持续的可用性 为QC开发提供充足的资金和技能 和商业化。它很可能会受到两个关键驱动因素，特别是: 1.全球经济气候。低迷 或经济衰退可能导致公众减少和私人研发资金作为政府和大公司被迫重新优先考虑和 缩小规模。相反，进一步的经济增长有限的通货膨胀将推动持续 资金可用性，尽管它也可以进一步加剧了当前的人力资源缺乏数字技能。