200秒解决6亿年的计算!这些企业站上量子科技风口

12月4日,中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”,求解数学算法高斯玻色取样只需200秒,而目前世界最快的超级计算机要用6亿年。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

据同花顺数据,4日开盘后,量子科技概念指数一度涨逾1%,截至午间收盘回落至0.24%,个股方面浩丰科技大涨9.47%,蓝盾股份涨3.74%,国盾量子涨1.84%,科大国创涨1.71%。

很多人或许还记得,10月16日,中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习。这让量子科技一时间炙手可热。今天量子计算原型机的成功构建,更让人对量子科技产生了极大的兴趣,它究竟是“何方神圣”,为何会受到全世界高度关注,在现实生活中又有何应用前景?

认识量子科技先要从量子说起。量子是什么?根据量子理论,量子是构成物质的最基本单元,是能量的最基本携带者,不可分割。一个事物如果存在最小不可分割的基本单位,我们就可以说它是量子化的,并把最小单位称为量子。所有人们熟知的分子、原子、电子、光子等微观粒子,都是量子的一种表现形态。

中国科学院物理所研究员曹则贤在2020年跨年科学演讲中曾打过这样一个比方:我们生活中可以见到的、感知到的事物,包括光与能量的最小单位都能称之为量子。就像我们远处看鱼群是乌泱乌泱的一片黑,但是放大了看就是一条条鱼,这一条条鱼就可以说是鱼群的量子。

中国科学技术大学副研究员、科普专家袁岚峰在媒体上这样撰文解释:量子的本意是个数学概念,简言之就是“离散变化的最小单元”。什么叫“离散变化”?袁岚峰这样撰文解释:我们统计人数时,可以有一个人、两个人,但不可能有半个人、三分之一个人。我们上台阶时,只能上一个台阶、两个台阶,不能上半个台阶、三分之一个台阶。这些就是“离散变化”。对于统计人数来说,一个人就是一个量子。对于上台阶来说,一个台阶就是一个量子。如果某个东西只能离散变化,我们就说它是“量子化”的。

与我们认识的宏观世界不同,人们发现在量子这一微观世界中许多实验现象违背常识,完全无法用经典物理学诠释。比如,根据经典物理学,一个客体的状态(用0和1表示)就像最简单的二进制开和关,只能处于开或者关中的某一个状态,即要么是0要么是1,这就好比一只猫,要么是生要么是死,不能同时“又生又死”。

然而,这一理论并不适用于量子世界。在量子世界中,一只猫可以处于又生又死的叠加状态。这种所谓的量子相干叠加正是量子世界与经典世界的根本区别。更为神奇的是,这种叠加状态极其脆弱,一旦有人去测量,它就会立刻从叠加状态变为确定状态。

美国物理学家、诺贝尔奖获得者穆雷·盖尔曼曾发出如是感慨:量子力学是一个神秘的、令人捉摸不透的学科,我们谁都谈不上真正理解,只是知道怎样去运用它。

量子科技之所以一直都备受关注,成为多国战略布局的重点领域,在于其颠覆性。有学者打过比方,如果将来量子存储技术能够突破的话,一个指甲盖大小的量子存储芯片,就可以把人类社会的所有数据都储存下来。

当前量子科技主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域,其中计算与通信是业界关注的重点。量子计算具有经典计算无法比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力;量子通信无法被窃听,较传统加密算法具有优势。

目前,我国在量子计算领域正快速缩小与世界一流水平的差距,量子通信领域则已经走在了世界前沿。

国内的量子科技产业主要集中在量子通信领域,从上游到下游主要包含基础光电元器件、量子通信核心元器件、量子通信传输干线、量子系统平台,以及应用层五个环节。国内的上市公司,以基础元器件供应商、核心设备制造商、网络建设运营商为主。

同花顺数据显示,量子科技概念指数年初至今从1060余点,上升到最高1544点,目前回落至1400余点,相比年初涨幅达32%。

在A股市场上,量子科技概念股比较有名的当属国盾量子,是第一家从事量子信息技术产业化的公司,也是国内最大的量子通信设备制造商和量子信息系统服务提供商,相关技术专利数量全国第一。7月9日公司科创板鸣锣上市,成为中国量子科技领域首家A股上市企业。国盾量子上市首日最高涨幅超1000%,收盘上涨924%。

值得注意的是,国盾量子的核心技术即起源于中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心的量子信息研究团队,在安徽省鼓励“科技成果转化”的时代背景下成立,是国内最早探索量子信息技术产业化的公司。

具体到应用和商业化领域,国盾量子参与建设了合肥城域量子通信试验示范网、金融信息量子通信验证网、济南量子通信实验网、京沪干线 峰会等提供量子安全保障。

此外,国盾量子还为各大银行提供云上量子通信加密、异地数据千里级量子加密传输应用服务。

基于信息与通信(ICT)综合技术优势,华为早在2012年就开始研究量子计算机,成立了量子实验室,聘请了量子领域知名专家翁文康。

翁文康曾经担任南方科技大学量子计算研究所副所长,加入华为2012实验室后,他带领团队专注量子计算基础研究,重点在量子算法、量子人工智能、量子模拟等领域进行创新和突破。

2020年,华为还面对广大师生,举办量子计算软件创新大赛。目前,华为已推出量子计算软件HiQ云服务平台,在量子模拟器与编程框架取得阶段性研究成果。

2018年12月,美国总统特朗普签署了《国家量子计划法案》,计划未来十年内向量子研究注入12亿美元资金。

近期,欧盟委员会对“欧洲高性能计算共同计划”进行了升级,拟投资80亿欧元,发展下一代超级计算技术——超级计算机以及量子计算机的研制工作。

英特尔于去年初交付了49量子位的超导测试芯片,被视为一个里程碑;IBM也宣布将为合作伙伴提供53-Qubit的通用量子计算机,并在CES2019上展示了世界上第一台商用量子计算机IBM Q System One……

特别是去年9月,美国谷歌公司推出53个量子比特的计算机“悬铃木”,对一个数学算法的计算只需200秒,而当时世界最快的超级计算机“顶峰”需2天,实现了“量子优越性”。

据新华社消息,量子计算原型机“九章”的实验显示,当求解5000万个样本的高斯玻色取样时,“九章”需200秒,而目前世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年。等效来看,“九章”的计算速度比“悬铃木”快100亿倍,并弥补了“悬铃木”依赖样本数量的技术漏洞。12月4日,国际学术期刊《科学》发表了该成果,审稿人评价这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。

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