10月23日，由中關村發(fā)展集團主辦，中關村產業(yè)研究院承辦的“新產業(yè)50人論壇”在中關村國家自主創(chuàng)新示范區(qū)展示中心成功舉辦。本場論壇以“未來即來：數智時代的新產業(yè)”為主題，圍繞“數智”、“量子”、“雙碳”等核心議題，邀請了產業(yè)專家與技術專家、國家部委、北京市政府及地方政府相關領導、中央企業(yè)及北京市屬國企、專業(yè)園區(qū)相關領導、以及領軍企業(yè)、投資機構、金融機構、新銳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)企業(yè)、行業(yè)聯(lián)盟、產業(yè)組織與服務機構等相關負責人，齊聚一堂，凝聚發(fā)展共識，共話產業(yè)發(fā)展之路，共謀未來產業(yè)新篇。

量子前哨作為特邀媒體參加了此次論壇。

論壇現(xiàn)場，北京量子信息科學院副院長、清華大學教授龍桂魯發(fā)表了《量子信息與創(chuàng)新發(fā)展》主題演講。在演講中，龍桂魯教授總結了量子計算領域內的發(fā)展和成果，并判斷認為在量子計算體現(xiàn)變革潛力的商業(yè)領域中，金融服務將脫穎而出，原因在于預期收益高、行業(yè)反應更積極、開始準備早。

以下是演講的主要內容：

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2020年10月，中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行了集體學習。習近平總書記強調，量子科技發(fā)展具有重大科學意義和戰(zhàn)略價值，是一項對傳統(tǒng)技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性技術創(chuàng)新，將引領新一輪科技革命和產業(yè)變革方向。從1600年至2000年的科學革命發(fā)展史上看，分別經歷了：

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英國在18世紀60年代發(fā)生的第一次技術革命（蒸汽技術的能量守恒定律）；

德國、美國在19世紀60年代發(fā)生的第二次技術革命（電力技術的電磁波理論）；

美國、日本等在20世紀50年代發(fā)生的第三次技術革命（信息技術的相對論/量子力學、諾依曼/圖靈理論）；

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龍桂魯教授對21世紀30年代的第四次技術革命提出了疑問，量子技術、人工智能、生物技術等誰能占得先機？目前還未可知。

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量子理論是在1900年前后提出，1920s建立起來，是理解微觀物質世界基本規(guī)律的理論體系，也是人類迄今建立的最基礎、最精確和最深奧的科學理論之一?？筛采w領域包括信息處理（半導體晶體管集成電路）、信息儲存（硬盤巨磁阻效應）、信息顯示（液晶）、信息傳輸（激光器、激光二極管、光纖、藍光二極管）、信息獲取（CCD圖像傳感器核磁共振、原子鐘）。

龍桂魯教授提到，第一次量子革命是從被動認識量子世界、發(fā)現(xiàn)量子效應去發(fā)展技術和應用，第二次量子革命是從主動操控量子態(tài)/量子效應去發(fā)展量子技術和應用。例如量子科學基礎研究、量子計算、量子通信和量子精密測量。

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那什么是量子計算機？為什么比經典計算機快？現(xiàn)在發(fā)展到什么地步？科學革命為什么能引發(fā)技術革命？

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因為科學的革命提供了新的手段，龍桂魯教授在現(xiàn)場用“量子悟空，三變八”的有趣例子進行了解釋。龍桂魯教授認為，量子計算機是以許多量子比特組成的疊加態(tài)為計算載體，以射頻脈沖等量子操作進行計算，經過測量讀出結果的完全新型的計算機。它具有量子并行計算能力，具有遠遠超越經典計算機的能力。舉例來看，量子并行的情況下，一臺3比特量子計算機等價于2^3=8臺同時工作的3比特經典計算機，而一臺3個比特的經典計算機只有3個比特在工作，一次只能對一個數據進行操作。

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演講現(xiàn)場，龍桂魯教授將2016年至今參與量子技術競爭與突破的大公司（谷歌、IBM等）進行了對比。他指出，NISQ時代的量子計算機，具有個頭巨大（2^1000個態(tài)空間）、有蠻力氣、缺乏耐心、粗心大意的特點，且要用算法“哄”傻大個去做經典超級計算機無法做的事情。

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通用型量子計算機的“硅鍺”之爭：

超導量子比特VS離子阱

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2020年，IBM公司公布了旗下超導量子計算機發(fā)展路線圖，2021年127量子比特（Eagle），2022年433量子比特（Osprey），2023年建造一臺包含1121量子比特（Condor）的量子計算機，5年達到100萬量子比特。同時，谷歌計劃在10年內建造一臺容納100萬個量子比特的量子計算機，龍桂魯教授透露，北京量子院在制備50量子比特超導量子計算機。超導方案的優(yōu)點是易于擴大量子比特規(guī)模，但缺點是精度稍低，而同類方案還有拓撲量子計算、量子點方案、它們都可以采用現(xiàn)代半導體加工工藝。

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2020年10月1日美國IonQ公司宣布，推出“具有32個完美的量子比特、且門誤差相當低”的最新款離子阱量子計算機，其量子體積有望達成到400萬（相當于22個量子比特做22步計算）。優(yōu)點是精度高，缺點是擴大規(guī)模難。

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目前，北京量子信息科學研究院發(fā)布實現(xiàn)了世界上最長壽命（相干時間最長）的超導量子比特的制備，并實現(xiàn)了優(yōu)化算法的量子加速。

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在應用場景上，龍桂魯教授提到，量子計算機可大幅度提升算力，用于物質研究、密碼分析、材料設計、藥物研發(fā)、人工智能、氣象預報、戰(zhàn)場分析、指揮決策、大數據分析、銀行金融等方向。而北京量子院的量子軟件——全量子本征求解器（FQE）即可用于化學、藥物領域。

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龍桂魯教授強調，根據2020年BCG報告顯示，量子計算仍處于起步階段，但不管企業(yè)規(guī)模大小，金融機構都應認識到，這種復雜的新興技術既是一個改變游戲規(guī)則的機會，也是一種生存威脅。

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他提到，在量子計算體現(xiàn)變革潛力的商業(yè)領域中，金融服務能夠脫穎而出的原因是：

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預期收益高：隨著技術在未來幾十年的成熟，銀行和其他金融服務公司的營業(yè)收入將增加近700億美元；

反應更積極：金融機構是采用先進技術并開發(fā)實際應用的最積極的公司；

早開始準備：越來越多的金融機構開始通過招募、投資機建立伙伴關系為適應未來量子領域發(fā)展做好準備。

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其中，金融領域潛在的應用場景包括：

1、優(yōu)化。包括投資組合分配和再平衡、資本分配、ATM網絡中的現(xiàn)金管理、金融套利和收益率曲線擬合等，量子算法涉及FQE、量子近似優(yōu)化算法。

2、機器學習。改善眾多業(yè)務流程，并試圖找到更好地將數據貨幣化的方法，客戶信用評分、智能反欺詐等，量子算法涉及量子機器學習算法。

3、模擬和定價。基于蒙特卡洛方法，金融衍生產品的定價，量子算法涉及參數化量子線路算法，振幅估計算法，Grover-Long搜索算法。

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量子通信的用途和目前的進展？

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龍桂魯教授認為，量子通信是通過移動量子態(tài)完成的任務。1970年，出現(xiàn)了量子貨幣的概念，1984年出現(xiàn)了量子密鑰分發(fā)，1992年有量子密集編碼，1993年有量子隱形傳態(tài)，1999年則出現(xiàn)了量子秘密共享，2000年研發(fā)了量子安全直接通信（這也是龍桂魯和劉曉曙團隊的研究方向）。

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在國內外量子通信領域的專利情況，美國和日本在量子通信領域的早期專利申請量較多，但近年來，專利申請地域向中國轉移。對比專利申請和專利授權來看，由于早期中國專利申請量較少，所以目前看中國專利數量少于美國，但是隨著我國在量子通信基礎研究和應用探索的不斷深入，以及量子保密通信產業(yè)的發(fā)展，預計未來專利授權量還將繼續(xù)上升，而且也將吸引更多的外國公司來華布局專利。

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論壇現(xiàn)場，龍桂魯還公布了北京量子院當下的兩大重點研發(fā)工程之一：全球量子互聯(lián)網。通過量子通信、量子計算、量子探測等顛覆性技術的突破，形成通達全球的安全通信、算力重組、高靈敏傳感、高精度時空基準等應用，打造量子基礎設施網絡，實現(xiàn)互聯(lián)網從電子時代向量子時代的跨越。

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文：慕一

編輯：王珩