对话大咖：国内量子计算发展到哪儿了？

1、量子计算领域近期动态 全球量子计算领域重大变化：最近两三周，全球量子计算领域有重大变化。12月10号前后，谷歌发布最新一代量子计算机Velo,再次实现量子优越性，在量子纠偏领域取得进步；本周，中科大潘建伟院士团队发布祖冲之三号量子计算机，实现部分优异性能，使得近期一二级市场对量子计算领域关注度极高。 光子核机构介绍：光子核定位为量子科技产业服务平台，每年发布权威量子科技报告，在B站有相关科普内容；同时运营一支产业基金，帮助初创量子科技企业发展。 2、量子计算机硬件发展现状与关键技术 整体发展阶段判断：量子计算机发展仍处于早期阶段，离实用化还有距离，目前还不能实际应用。虽有谷歌和潘建伟院士团队的成果，但全球范围内量子计算机还未达到可使用状态。 关键技术突破成果：主要围绕量子比特展开，包括相干时间、保真度、比特数量等方面。如谷歌的Velo和祖冲之三号构建了105个量子比特，但实际参与运算的比特数会少一些，部分用于纠错；外围技术如谷歌用Deepmind团队参与研发解码产品辅助量子比特控制与读取。此外，超导量子计算机的关键外围设备如稀释制冷机和测控系统也至关重要，国内在稀释制冷机国产化方面有进展。 3、量子计算机的商业化前景 专用量子计算机的应用领域与时间预期：当前处于含噪声中等规模计算机(NISQ)时代，量子计算机可能以专用形态出现，用于解决单一问题，技术路线包括量子模拟和数字量子计算机。应用领域可能包括药物研制、蛋白质分子模拟、新材料设计研发、路径优化等，但具体应用领域不确定；预计3-5年可能会有解决某一行业具体问题的专用量子计算机出现。 量子计算机在密码破解方面的影响与应对：量子计算机有破解密码的潜在能力，各国对此有不同规划。美国和欧洲基本定在2030年后禁用现有部分密码体系；国内相关单位也在紧锣密鼓开展后量子密码迁移工作；美国已确定抗量子密码标准，国内虽还没有标准，但也需加快相关工作。 4、国内量子计算初创公司发展概况 按技术路线划分的代表性公司：超导技术路线有本源量子、量旋、相干量子等；中性原子技术路线有中科酷源、两仪万象；光量子技术路线有九章、正则量子、图灵量子等，但光量子计算机目前发展相对停滞。 各公司发展阶段情况：国内量子计算初创公司发展阶段不一，其中本源量子估值最高：部分公司如国际量子准备IPO:启科量子被移动采购：而图灵量子近年无成果展现；波色量子并非真正做量子计算机。 5、量子计算零部件自主可控情况 关键零部件国内发展现状：在一些关键零部件方面，如稀释制冷机，国内已有十几家公司团队在做，基本能自给自足，但在大制冷量、大功率方面与国外有差距：裕制冷设备国内也开始有公司生产：超导磁体国内有供应商：而真空系统中的真空泵和阀门国内还存在技术难度。在量子比特控制与测量方面，测控系统有并购事件，激光器方面平准科技做得较好。 关键零部件成本占比：以超导量子计算机为例，一台售价3000万，其中制冷机约600万，测控系统约400万，这两部分在整机成本中占比较大。 6、国内量子计算算法、软件及应用进展 主要研发团队及成果：国内在算法和软件研发方面，华为、腾讯等单位对外推出了编程系统、编译系统、编程语言及编译环境等科研成果：合肥的微观纪元、一维量子等创业公司处于科研阶段，结合启发式量子算法和经典计算做一些工作，但实用性价值有待评估。 7、国内量子计算领域政策与投融资情况 当前投融资现状：相比2022年之前，一级市场对量子计算领域的热度有所下降，原因是量子计算机处于早期阶段，难以形成产品和市场化业务收入，二级市场退出路径也不友好，如本源量子上市不顺利，阿里和百度撤掉量子计算团队也打击了市场信心。 未来发展所需努力：国内缺乏市场化创业环境，需要一群狂热的创业者和爱好者参与到行业中，增强信心，推动量子计算领域发展。 Q&A Q:目前观察到全球范围内量子计算机的硬件发展到了什么阶段?包括目前已形成哪些关键技术突破，未来还需突破哪些关键技术? A:量子计算机的发展仍处于早期阶段，离实现量子计算机的实用化还有很大距离，目前在全球范围内还不能够使用，没有实际的应用价值。关键技术突破主要围绕量子比特展开，包括相干时间、保真度、纠错等方面，同时外围技术如量子比特的控制与读取也有相关成果。具体来说，一是量子比特相干时间，相干时间越长，对量子比特的操纵越充分：二是两比特的保真度，比特越多错误率下降：三是量子比特的数量，物理量子比特和逻辑量子比特转换关系中，逻辑量子比特才可进行运算。此外，对于超导量子计算机，关键外围设备包括稀释制冷机和测控系统，国内在稀释制冷机方面因美国禁售正在国产化。未来随着量子比特数量增加，核心设备及相关器件需要快速进行技术创新和迭代。 Q:量子计算机何时能走出实验室开始商用，何时会有大规模应用? A:目前所处阶段为含噪声中等规模计算机时代(NISQ时代),该时代的计算机若能用，会以专用量子计算机形态出现，即解决某一个单一问题的机器，技术路线可能是量子模拟或数字量子计算机(可编程、有逻辑门)。量子计算机作为专用机器，可在药物研制、蛋白质分子模拟、新材料设计研发、路径优化等领域应用，但具体哪个领域能用上不好说，且量子计算机在下游应用和设备结合方面国内做得还不够。保守积极估计3到5年，会有解决某一个行业具体问题的机器出现。不过量子计算机也有负面危险应用，如密码破解。 Q:国内有哪些比较有代表性的量子计算初创公司，它们大体发展到了什么阶段? A:国内量子计算初创公司按技术路线主要有以下几类：有本源量子、深圳的量悬、北京的相干量子，还有以北京量子院与合肥国家实验室等科研单位为代表的相关机构，其中本源量子估值最高：此外还有李子锦所在的段路明院士团队公司、合肥的1镇(郭院士团队孵化公司)、国际量子(有子公司从事相关业务且准备IPO)、合肥的启科量子(中山大学罗洛老师团队)。有武汉中科院经济测量院孵化的中科库源，以及清华的两仪万象(今年下半年刚成立)。处于相对停滞状态，相关公司有济南的九章(陆朝阳成立)、北京的正则量子(未对外公布技术路线)、上海的图灵量子(交大金贤明老师做的，从去年开始无成果展现):另外，波色量子号称做光量子，但实际是做相干光一星机，并非真正做量子计算机。 Q:在国内，像测量、制冷等上游使能技术领域的零部件自主可控情况如何? A:在制冷环境方面，达到绝对零度的吸收制冷机领域，两年前美国禁止向我国出售相关产品，目前国内大概有十几家公司团队在做，市场基本能自给自足，但技术与美国相比，在大制冷量、大功率方面存在差距，不过随着研发迭代有望改善：吸式制冷机里的裕制冷设备(生冷头或麦管生产机),原来依赖进口日本制药公司产品，今年国内有一两家公司开始生产；超导磁体方面国内有供应商：真空系统中的真空泵和阀门，国内存在技术难度，目前没有太好的供应商：量子比特控制与测量方面，测控系统国内有并购事件(浦源金店收购奈数电子),不同技术路线有不同情况，如离子性和中性原子操控用的激光器，上海平准科技做得较好且已反向销售到欧美市场，探测器方面各技术路线有各自特点：制备工艺部分与半导体类似，课时相关被禁，对芯片工艺性要求没那么高，如微诺芯片在4乘4厘米芯片上做了105克，不需要高世代供应线。未来制冷机和测控系统在超导量子机整机成本占比中是最大的两块。 Q:国内在算法和软件方面的整体进展如何?是否有比较有意思或有潜力的应用? A:国内做研发的团队主要有华为、腾讯，它们对外推出了包括操作、编程系统、编译系统以及编程语言、编译环境等科研成果；合肥有微观纪元和一维量子两家创业公司，主要做药物研发、新材料设计和量子计算机等，但由于目前算力不足，只能用启发式量子算法结合经典计算做一些事，还处于科研阶段，发论文可以，但没有实用性价值。 Q:如何看待比特币或其他加密货币算法被破解的问题，若要实现破解还需等几年，安全领域有哪些应对措施? A:关于量子计算机，美国和欧洲基本定在2030年后禁用现有的如ECI、RSI等密码体系，意味着那时量子计算机可能达到破解状态，从现在往后推约五年，但五年后能否真正做出量子计算机不太确定。在密码圈，各国按十年为一个时间档做信息保密规划，我国国家密码局相关单位在紧锣密鼓推进相关工作，可能未来两年会有关于后量子密码迁移的中央文件。量子计算对大数分解擅长，出现后现有密钥体系可能瞬间被破解。美国今年8月正式定了三套密码，21年开始推动抗量子密码迁移工作，今年上半年要求与联邦政府有合同美系的单位安全系统要有抗量子密码。国内虽无密码标准，但过往用的密码体系多参照美国修改参数，现在不确定美国标准有无后门，但趋势是要赶紧做相关工作。 Q:目前国内政策和投融资情况对量子计算领域有何影响，从您的视角看未来还需做哪些努力? A:现在量子计算不像22年之前那么火爆，一级市场相对冷淡，原因是量子计算机处于很早期阶段，无法形成产品和市场化业务收入，二级市场退出路径也不友好，如本源虽被美国上黑名单但上市不顺利。从早期项目看，团队数量减少，去年阿里和百度撤掉量子计算团队打击了市场信心。国内缺市场化创业环境，对标经典计算发展历史，需要一群狂热的创业者和爱好者参与到行业中，目前行业缺的就是信心。