量子計算：科技變革新引擎，產業發展新動能

在科技飛速發展的當下，量子計算作爲21世紀最具戰略意義的前沿科技之一，已成爲全球科技競爭的核心焦點。它利用量子比特的疊加和糾纏等量子特性，實現了遠超傳統計算機的計算能力，爲解決複雜問題提供了全新的思路和方法，在衆多領域展現出巨大的應用潛力。

量子計算的概念最早可追溯到20世紀80年代，物理學家理查德·費曼提出利用量子系統進行計算的設想，爲這一領域奠定了理論基礎。1994年，彼得·肖爾提出肖爾算法，展示了量子計算機在大整數分解上的強大能力，對傳統密碼學產生巨大沖擊；1996年，洛夫·格羅弗提出格羅弗算法，在無序數據庫搜索方面優勢顯著。這些重要算法推動了量子計算領域的發展，激發了全球研究熱情。近年來，量子計算領域成果斐然。2025年3月，中國科學技術大學潘建偉團隊成功構建105比特超導量子計算原型機“祖沖之三號”，其處理量子隨機線路採樣問題的速度比目前國際最快的超級計算機快千萬億倍，顯著超越谷歌2024年發佈的67比特“懸鈴木”處理器，被審稿人評價爲“目前最高水準的超導量子計算機”。此前，中國團隊已通過優化算法多次超越谷歌“懸鈴木”，此次更是進一步擴大了技術代際差距。這不僅驗證了量子計算在特定任務中的不可替代性，也爲後續量子模擬機研發提供了硬件基礎。

量子計算的基本原理基於量子比特（qubit），與經典比特有着本質區別。經典比特只有0和1兩種狀態，而量子比特不僅能處於0和1狀態，還能處於它們的疊加態，用數學形式表示爲 \psi\rangle=\alpha 0\rangle+\beta 1\rangle，其中\alpha和\beta是複數，且滿足 \alpha ^2 \beta ^2，這使得量子比特能同時攜帶和處理更多信息。此外，量子比特還具有糾纏特性，多個量子比特發生糾纏時，其中一個狀態改變，其他與之糾纏的量子比特狀態也會瞬間相應改變，無論距離多遠。這種非局域的量子關聯特性是量子計算強大並行計算能力的重要基礎之一。量子疊加原理賦予量子計算獨特的並行計算能力，一個包含n個量子比特的量子系統，能同時表示2^n個狀態，對這n個量子比特進行一次操作，就相當於對2^n個狀態同時進行計算，大大提高了計算效率。

與傳統計算相比，量子計算在多方面優勢明顯。計算速度上，對於某些特定類型的問題，量子計算機能實現指數級加速。如大整數分解問題，經典計算機使用傳統算法時計算時間隨整數位數增加呈指數級增長，而量子計算機利用肖爾算法，可在多項式時間內完成，大幅縮短計算時間；搜索算法中，經典計算機在無序數據庫搜索特定元素平均需遍歷一半數據，量子計算機使用格羅弗算法，能將搜索時間縮短到平方根級別。解決問題類型上，經典計算在常規數值計算、邏輯判斷、數據處理等任務表現出色，廣泛應用於日常生活和傳統行業；而量子計算在量子化學計算、大規模優化問題、密碼學複雜加密和解密等領域優勢獨特，能模擬量子系統行爲，助力科學家研究材料性質、設計新型藥物，在優化問題上快速找到全局最優解，應用於物流調度、金融風險管理等領域，在密碼學領域雖對傳統加密算法構成威脅，但也推動了量子加密技術發展，使信息傳輸更安全。能耗方面，經典計算機能耗主要來自電子元件開關操作，芯片集成度提高帶來散熱問題，限制性能提升且增加運營成本；量子計算理論上能耗較低，量子比特在疊加態可同時處理多個信息，減少不必要計算步驟，但目前實現技術面臨挑戰，實際能耗受多種因素影響，實現低能耗量子計算還需技術突破。

在產業應用方面，量子計算在金融領域，可用於風險評估和投資組合優化，幫助金融機構更準確地評估市場風險，制定更合理的投資策略，提高投資回報率；在醫藥研發領域，能加速藥物分子的設計和篩選過程，通過模擬分子間的相互作用，快速找到潛在的藥物靶點，縮短新藥研發週期，降低研發成本；在材料科學領域，有助於設計新型材料，通過量子模擬預測材料的性能，開發出具有特殊性能的材料，如高強度、耐高溫、超導等材料，滿足不同領域的需求；在人工智能領域，量子計算可與機器學習算法相結合，提升人工智能的計算效率和處理複雜問題的能力，推動人工智能技術的發展和應用。

目前，量子計算產業已吸引了衆多企業的參與。國際上，谷歌、IBM、微軟等科技巨頭紛紛佈局，谷歌開發的“懸鈴木”量子處理器實現了“量子霸權”，IBM持續推進量子計算機研發並推出量子計算雲平臺；國內，百度發佈產業級超導量子計算機“乾始”，集量子硬件、量子軟件、量子應用於一體，提供多平臺使用方式，中國科學院量子信息與量子科技創新研究院在超導量子和光量子兩種系統的量子計算方面取得重要進展，使中國成爲世界上唯一在兩種物理體系達到“量子計算優越性”里程碑的國家。

量子計算的市場規模也在不斷擴大。隨着技術的不斷進步和應用領域的拓展，量子計算市場呈現出快速增長的趨勢。根據相關機構的預測，未來幾年，量子計算市場規模將繼續保持高速增長。

然而，量子計算產業發展也面臨一些挑戰。技術層面，大規模量子計算存在如何長時間保持足夠多量子比特的量子相干性，同時在該時間段內做出足夠多具有超高精度量子邏輯操作的問題，提高所需量子裝置的準確性也有困難；人才層面，量子計算是一個跨學科領域，需要具備量子力學、計算機科學、數學等多方面知識的複合型人才，目前這類人才相對匱乏，制約了產業的發展；市場層面，量子計算技術還處於發展初期，市場認知度和接受度有待提高，量子計算設備成本高昂，限制了其大規模應用。

爲推動量子計算產業發展，各國政府紛紛出臺相關政策，加大對量子計算的研發投入。中國在國家“十四五”規劃中明確指出，要瞄準量子信息等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目，計劃未來10至15年構建千邏輯量子比特系統，形成覆蓋芯片製備、操作系統開發的全產業鏈能力，並建成國際領先的量子計算產業集羣；歐盟啓動11億美元的“量子旗艦”計劃；德國宣佈6.5億歐元的國家量子計劃；美國也在量子科學和技術上投入數十億美元。

量子計算作爲一項顛覆性的技術，具有巨大的發展潛力和廣闊的應用前景。儘管目前面臨一些挑戰，但隨着技術的不斷突破、人才的培養和市場的逐步成熟，量子計算將在未來的科技和產業發展中發揮重要作用，推動各領域的創新和變革，爲人類社會的發展帶來新的機遇。

本文源自：金融界

作者：靈犀投研