量子计算正从实验室走向生产阶段,其影响将主要体现在“小数据、高复杂度”的问题上,如化学、材料建模、金融优化和空气动力学模拟等领域。然而,当前仍存在重大障碍,主要在于问题选择和电路构建,缺乏直观的抽象概念和特定领域的工具,导致目前只有高度专业的专家才能设计出有用的量子算法。
量子计算的未来取决于一个健壮平台的开发,将可靠的基础设施即服务与软件环境相结合,使不同领域的研究人员能够快速运行实验,并对特定机器的调整需求最小化。量子比特技术主要有超导、光子学、电子自旋、陷俘离子、中性原子和NV中心等,目前超导和光子学发展较为成熟,但都存在各自的优缺点。量子计算软件生态系统中,SDK如Qiskit、Cirq、PennyLane、t|ket等与特定硬件绑定,限制了其可移植性,而Qrisp等高级语言正在展示硬件无关的“一次编写,到处运行”量子编程如何减少复杂性。
将量子计算集成到高性能计算(HPC)工作流中是当前的重要任务,许多适合量子计算的问题也都是HPC问题。HPC集群通常采用专有网络和紧密集成架构,主要出现在科研和教育环境中。HPC与量子计算的集成面临的主要挑战包括作业调度、网络延迟、规模不匹配等。
人工智能与量子计算正在相互加速,人工智能可以催化量子发展,自动生成电路,优化脉冲序列,甚至提出新的纠错技术;而未来的容错量子处理器可能会成为人工智能的关键使能者,为训练大型模型和解决组合问题提供高效途径。
全球各国政府都将量子计算视为兼具军事/情报原因和经济发展的战略领域,主要关注密码分析、后量子密码学、量子传感器等国防领域,以及航空航天、国防、能源运输和物流等经济发展领域。政府通常以一种所谓的“降险”模式采用产业政策,利用政府资产负债表承担具体风险或使用特定政策来减轻这些风险。
量子计算市场正在加速增长,预计到2032年将达到220亿美元。北美获得资金似乎比欧洲或亚洲及大洋洲容易得多,但欧洲初创公司生态系统令人印象深刻地充满活力。量子计算采用者主要集中在研究与教育领域,非盈利机构占比高。当前采用障碍主要包括证明量子优势、识别潜力QC应用、问题设置和实现等。
量子计算的未来范式很可能是一种量子设备、GPU和其他加速器与经典HPC系统协同工作,以应对模拟、组合优化和量子机器学习等高价值用例。