一項(xiàng)新研究成功地融合了量子和傳統(tǒng)計(jì)算技術(shù)，以改善復(fù)雜系統(tǒng)的模擬。使用 QUBO，研究人員在模擬聚合物混合物方面實(shí)現(xiàn)了更好的計(jì)算性能，顯示出在分子研究中更廣泛應(yīng)用的潛力。這項(xiàng)新研究展示了如何利用量子計(jì)算來(lái)發(fā)現(xiàn)對(duì)生物學(xué)和材料科學(xué)至關(guān)重要的聚合物系統(tǒng)的新特性。

該研究小組由的里雅斯特SISSA 的 Cristian Micheletti和Francesco Slongo、特倫托大學(xué)的Philipp Hauke 和米蘭比可卡大學(xué)的 Pietro Faccioli組成，使用了一種名為 QUBO 的數(shù)學(xué)方法(來(lái)自二次無(wú)約束二元優(yōu)化)，它非常適合稱(chēng)為量子退火器的特定量子計(jì)算機(jī)。

該研究利用QUBO方法以全新的方式模擬致密聚合物混合物，這是生物學(xué)和材料科學(xué)的核心復(fù)雜物理系統(tǒng)。結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算性能得到了重大提升，從而為這些新興技術(shù)的巨大潛力提供了一個(gè)重要的例子。值得注意的是，即使在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上采用，QUBO 方法也被證明特別有效，使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)模擬聚合物混合物的驚人特性。鑒于該研究中使用的方法自然適合轉(zhuǎn)移到許多其他分子系統(tǒng)，其影響可能是深遠(yuǎn)的。

圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價(jià)值觀察

量子信息是指以量子力學(xué)基本原理為基礎(chǔ)、通過(guò)量子系統(tǒng)的各種相干特性(如量子并行、量子糾纏和量子不可克隆等)，進(jìn)行計(jì)算、編碼和信息傳輸?shù)娜滦畔⒎绞健Ａ孔有畔⒅饕孔佑?jì)算、量子通信和量子測(cè)量三大領(lǐng)域，在提升計(jì)算困難問(wèn)題運(yùn)算處理能力、加強(qiáng)信息安全保護(hù)能力、提高傳感測(cè)量精度等方面，具備超越經(jīng)典信息技術(shù)的潛力。

量子信息產(chǎn)業(yè)鏈從上游到下游主要包含基礎(chǔ)光電元器件、量子通信核心元器件、量子通信傳輸干線、量子系統(tǒng)平臺(tái)、以及應(yīng)用層五個(gè)環(huán)節(jié)。其中基礎(chǔ)光電元器件和核心設(shè)備是支撐起量子通信的技術(shù)和硬件基礎(chǔ);量子傳輸干線是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信及量子網(wǎng)絡(luò)的傳輸渠道;量子系統(tǒng)平臺(tái)主要負(fù)責(zé)對(duì)信息進(jìn)行整合處理并根據(jù)需求做出相關(guān)指令，是維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)健康運(yùn)轉(zhuǎn)的軟件基礎(chǔ);應(yīng)用層則為量子信息產(chǎn)業(yè)化的下游，主要為軍事國(guó)防、政務(wù)、金融、互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)、電力等領(lǐng)域的應(yīng)用。量子計(jì)算處于量子信息產(chǎn)業(yè)鏈上、中游環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

——量子計(jì)算：2030年左右實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)千億美元

總的來(lái)看，在全球范圍內(nèi)，量子計(jì)算技術(shù)得到了前所未有的關(guān)注和投資，量子計(jì)算機(jī)研發(fā)已經(jīng)成為全球主要國(guó)家在前沿科技領(lǐng)域攻關(guān)突破的重點(diǎn)方向之一，近年來(lái)取得樣機(jī)研制與技術(shù)驗(yàn)證主要代表性成就如下所示。大規(guī)模可容錯(cuò)通用量子計(jì)算機(jī)仍是需要長(zhǎng)期探索和努力的目標(biāo)，量子計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)也將是一場(chǎng)科技馬拉松。

結(jié)合量子計(jì)算所需的物理學(xué)基礎(chǔ)與算法基礎(chǔ)，量子計(jì)算有望在10-15年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商用。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年全球量子計(jì)算技術(shù)(包括硬件、軟件和即服務(wù)解決方案)市場(chǎng)規(guī)模為11億美元，2027年將增長(zhǎng)至76億美元左右。預(yù)計(jì)量子計(jì)算的商用元年在2030年，市場(chǎng)需求超過(guò)1000億美元，2022-2030年年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)79.72%。

——科技巨頭和初創(chuàng)企業(yè)積極布局量子計(jì)算

在量子計(jì)算領(lǐng)域，我國(guó)科技巨頭阿里巴巴、騰訊、百度和華為通過(guò)與科研機(jī)構(gòu)合作等方式成立量子實(shí)驗(yàn)室，布局量子處理器硬件、量子計(jì)算云平臺(tái)等領(lǐng)域;而初創(chuàng)公司-本源量子，則在量子處理器硬件、開(kāi)源軟件平臺(tái)和量子計(jì)算云服務(wù)等方面進(jìn)行探索：

——量子計(jì)算：多種技術(shù)路線競(jìng)相發(fā)展

量子計(jì)算包含量子處理器、量子編碼、量子算法、量子軟件、以及外圍保障和上層應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)。目前，量子處理器的物理比特實(shí)現(xiàn)仍是量子計(jì)算研究的核心瓶頸，主要包含超導(dǎo)、離子阱、硅量子點(diǎn)、中性原子、光量子、金剛石色心和拓?fù)涞榷喾N方案，研究取得一定進(jìn)展，但仍未實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線收斂。

量子計(jì)算硬件技術(shù)主要分兩大類(lèi)，一類(lèi)是以超導(dǎo)和硅半導(dǎo)體為代表的人造粒子路線，另一類(lèi)是以離子阱、光量子和中性原子為代表的天然粒子路線。量子計(jì)算硬件研發(fā)目前處于各種技術(shù)路線并行發(fā)展和開(kāi)放競(jìng)爭(zhēng)階段。

中國(guó)量子計(jì)算技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與量子計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南、華東和華北地區(qū)，并且以?？?、合肥市為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來(lái)布局量子計(jì)算技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南華東優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點(diǎn)關(guān)注海南省?？谑旋埲A區(qū)、安徽省合肥市廬陽(yáng)區(qū)、山西省太原市迎澤區(qū)所處量子計(jì)算的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對(duì)于量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場(chǎng)的潛力空間。

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