量子計(jì)算是一個(gè)引人入勝的主題，放眼全球，很多文章報(bào)道了商業(yè)量子計(jì)算的項(xiàng)目和應(yīng)用，關(guān)于量子計(jì)算行業(yè)在2023年的可能發(fā)展方向，本文從大量文章中篩選羅列了一些主要發(fā)展方向。

McKinsey公司的一份報(bào)告顯示，今年中國(guó)（PRC）和歐盟（EU）將投入更多資金用于量子計(jì)算的進(jìn)一步發(fā)展。中國(guó)承諾至少投入15億美元，歐盟承諾投入3億美元。它們的計(jì)劃支出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)世界其他一些地區(qū)承諾的金額總和。例如，美國(guó)的公共資金僅為19億美元，日本為18億美元，英國(guó)為13億美元，印度和加拿大也同樣預(yù)留了13億美元。俄羅斯將花費(fèi)7億美元，以色列將花費(fèi)5億美元，新加坡將花費(fèi)3億美元，澳大利亞將花費(fèi)2億美元。世界其他一些地區(qū)的計(jì)劃投入一共不到1億美元。

當(dāng)然，這些數(shù)字不包括對(duì)量子計(jì)算的私人投資。McKinsey報(bào)告顯示，大量私營(yíng)部門已經(jīng)參與其中，量子計(jì)算初創(chuàng)公司的數(shù)量正在迅速增長(zhǎng)。不出所料，49%的私人投資進(jìn)入了美國(guó)企業(yè)，只有6%的投資在中國(guó)。

與此同時(shí)，黑客將他們竊取的加密數(shù)據(jù)存檔，以便在量子計(jì)算可用時(shí)進(jìn)行解密。隸屬于美國(guó)商務(wù)部的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的搜索，選擇了四種量子計(jì)算算法，這些算法將很快成為最終的后量子加密標(biāo)準(zhǔn)，使當(dāng)前的數(shù)據(jù)安全系統(tǒng)能夠抵御未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

很明顯，現(xiàn)在需要立即采取措施保護(hù)當(dāng)前數(shù)據(jù)，以免以后受到量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的攻擊。但是，Deloitte最近的研究表明，美國(guó)企業(yè)并未優(yōu)先考慮安全措施以防止量子黑客攻擊，除非有強(qiáng)制的法規(guī)或立法，這也是許多企業(yè)和組織的態(tài)度。

可以預(yù)見(jiàn)，醫(yī)療保健行業(yè)將從量子計(jì)算中受益，長(zhǎng)期以來(lái)，其應(yīng)用一直被認(rèn)為會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)安全的影響。

量子隨機(jī)數(shù)生成器（QNRG）是一個(gè)關(guān)鍵又重要的研究領(lǐng)域，這是一種概率檢查算法，用于生成具有高熵源（系統(tǒng)中不確定性或無(wú)序測(cè)量）的隨機(jī)數(shù)。在密碼學(xué)中，隨機(jī)性很普遍，沒(méi)有它，所有加密操作都可預(yù)測(cè)，因此本質(zhì)上不安全，需要找到新的隨機(jī)數(shù)來(lái)生成安全的加密密鑰。量子密鑰分發(fā)是一種可以在雙方之間建立安全通信的機(jī)制，關(guān)于它的研究也將快速進(jìn)行。

另一個(gè)量子計(jì)算趨勢(shì)是量子機(jī)器學(xué)習(xí)，它涉及到量子算法與機(jī)器學(xué)習(xí)程序和系統(tǒng)的集成，用于分析量子計(jì)算機(jī)上的 “經(jīng)典數(shù)據(jù)”。

混合量子計(jì)算的研究也在進(jìn)行中，這是量子和“經(jīng)典”計(jì)算的結(jié)合，比起單獨(dú)使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，混合量子計(jì)算可以更快地解決特定問(wèn)題，比如進(jìn)行更精確的天氣預(yù)報(bào)。

人們普遍猜測(cè)，今年將預(yù)示著一種新趨勢(shì)，逐漸擺脫大公司開(kāi)發(fā)技術(shù)（如離子阱和超導(dǎo)電路）的競(jìng)賽，這將有助于在芯片上生產(chǎn)更多的量子比特。例如，IBM一直暗示，它將生產(chǎn)1121量子比特的處理器“Condor”。然而，其他公司和科學(xué)家正在努力使量子計(jì)算能直接實(shí)用化，它們專注于使計(jì)算機(jī)模塊化并將處理器連接在一起。

IBM也在研究模塊化量子計(jì)算，133量子比特的處理器Heron將在2023年首次亮相，Heron芯片將與傳統(tǒng)電子設(shè)備一個(gè)接一個(gè)地連接，所以在量子處理器之間傳遞的信息將不會(huì)保持量子態(tài)。盡管如此，這是朝著正確方向邁出的一步，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，當(dāng)光纖技術(shù)和光開(kāi)關(guān)發(fā)展到能處理量子數(shù)據(jù)時(shí)，希望大型分布式量子計(jì)算機(jī)可以包含一百萬(wàn)個(gè)或更多的量子比特。

各國(guó)都在爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)世界上最強(qiáng)大的量子計(jì)算技術(shù)，這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)是國(guó)際性的，并且具有重要的政治意義：隨著權(quán)力集團(tuán)之間的關(guān)系繼續(xù)白熱化，焦點(diǎn)自然集中在主要國(guó)家，例如美國(guó)，中國(guó)，歐盟，英國(guó)和俄羅斯。

然而，技術(shù)嫻熟的小國(guó)也在努力。例如，在日本，富士通正在與國(guó)家理研研究所合作，計(jì)劃于今年為日本企業(yè)提供該國(guó)第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)。它將有64個(gè)超導(dǎo)量子比特，并為材料科學(xué)、新藥開(kāi)發(fā)和金融領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用提供支持。

印度也在努力，它避開(kāi)超導(dǎo)技術(shù)，轉(zhuǎn)而使用“qudit”而不是“qubit”。量子比特在傳統(tǒng)的0和1二進(jìn)制級(jí)別提供數(shù)據(jù)編碼，但 qudit提供三維和四維的數(shù)據(jù)編碼，而且不放大出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性，為存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)提供了更大的空間。錯(cuò)誤是量子計(jì)算的絆腳石，開(kāi)發(fā)量子比特?cái)?shù)量越來(lái)越多的處理器，在很大程度上可以提供非常必要的糾錯(cuò)能力。

Qudit允許電路不那么復(fù)雜，并能使算法更高效。印度政府希望，憑借在Qudit光子學(xué)方面的領(lǐng)先地位，能在具有戰(zhàn)略意義的量子安全衛(wèi)星通信領(lǐng)域開(kāi)辟一個(gè)利潤(rùn)豐厚的市場(chǎng)。

量子計(jì)算和相關(guān)公司的監(jiān)管和立法也迫在眉睫。在美國(guó)，拜登政府已經(jīng)在考慮對(duì)量子技術(shù)的進(jìn)出口實(shí)施貿(mào)易限制。

當(dāng)然，量子計(jì)算還將影響電信行業(yè)，沃達(dá)豐和英國(guó)電信等公司對(duì)其發(fā)展寄予厚望。

以上關(guān)于量子計(jì)算的展望，其中有多少將在2023年實(shí)現(xiàn)？讓我們拭目以待。

編譯：卉可

編輯：慕一