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量子技术改变世界的四种方式

来源:科技日报2021-12-03 09:28

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  美国计算机巨头IBM近日宣布研制出一台能运行127个量子比特的量子计算机“鹰”,这是迄今全球最大的超导量子计算机。中国科学技术大学此前曾推出62个量子比特可编程超导量子计算机原型机。世界各地的政府和组织正在源源不断地增加在量子研究和开发领域的投入。

  量子计算机最基本的信息单元是量子比特。不同于电子计算机的基本信息单元比特只能是0或1,量子比特可以同时是0和1,所以量子计算机性能更强大,且增加量子比特数可使其性能呈指数级提升,这也是量子计算机“引无数英雄竞折腰”的重要原因之一。

  西班牙著名物理学家胡安·伊格纳西奥·西拉克指出,量子计算机领域的进步为金融、医药等领域的革新提供了一片充满可能性的蓝海。美国《福布斯》双周刊网站为我们列出了量子计算机改变世界的4种方式。

  促进新药和新材料研发

  凭借其极高的处理能力,量子计算机将能够通过量子模拟同时研究多个分子、蛋白质和化学物质——标准计算机目前无法做到这一点,从而使科学家们能比现在更快、更高效地开发新药。

  例如,瑞士制药公司罗氏希望借助量子模拟来加速药物和疫苗的开发进程,以应对新冠肺炎、流感、癌症等疾病,甚至有可能治愈阿尔茨海默病。此外,量子模拟还可以取代实验室实验,降低研究成本,甚至可以最大限度地减少对人体和动物试验的需求。

  此外,2021年初,德国制药公司勃林格殷格翰宣布与谷歌量子人工智能合作,共同研究和实施量子计算在药物研发中的应用,特别是在分子动力学模拟方面。

  另据西班牙《世界报》网站11月16日报道,伊格纳西奥·西拉克表示,可以利用量子计算机研发在今天看来不可能实现的化合物,如能源密集程度较低的肥料等。如IBM等公司正在使用量子计算机塑造新分子,以“模拟大自然将土壤中的氮转化为富含硝酸盐肥料的能力,进而减少化肥对环境的影响”;而谷歌公司正在与大众集团的信息技术部门合作,利用量子计算机帮助后者研发新材料,特别是电动汽车用高性能电池。

  在金融领域“大显身手”

  量子计算机可以为金融业带来巨大的潜在利益——从更深入的分析到实现更快的交易等等。事实上,许多主要金融机构正在想方设法借助量子计算促进贸易、交易和数据传输速度。

  比如,IBM和摩根大通等银行一直在试验量子技术,希望借此优化交易策略、投资组合、更好地进行资产定价以及风险分析等。此外,去年西班牙金融量子计算技术研发商Multiverse Computing宣布与美国量子计算初创公司IonQ建立合作伙伴关系,将使金融服务机构能够使用IonQ量子云平台,比之前更准确、更快速地进行风险估值、投资组合优化、资产管理、欺诈检测模拟等。

  量子计算机在金融领域的另一个潜在应用是金融建模,对于世界各地的金融机构来说,能更好地进行金融建模意味着更低的处理成本和更快的交易速度,这是一种双赢。

  助应对气变“一臂之力”

  越来越多专家把注意力转向利用量子计算机解决我们这个时代最大的挑战之一:气候变化。

  首先,量子计算机的整体能耗将低于传统计算机。例如,D-Wave的2000Q量子计算机的能耗比IBM的“顶点”(Summit)超级计算机低4个数量级,后者是世界上最强大的计算系统之一。同样地,美国橡树岭国家实验室的科学家计算出,量子计算机有可能将能源使用量降低100多万千瓦时。

  此外,专家预测,量子模拟还有助于各国实现联合国的可持续发展目标。

  例如,量子计算机可以加速发现新的二氧化碳催化剂,确保二氧化碳更有效地循环,同时产生有用的氢气、一氧化碳等气体。同时,量子模拟也有助于造出更高效的电池、更好的太阳能电池或风力涡轮机材料,甚至是用于实现碳捕获技术的、吸收性更强的催化剂。在农业方面,量子模拟可以显著降低制造肥料所耗费的电能,而肥料占全球能源耗费的比例高达2%。

  量子安全应予以重视

  《福布斯》杂志网站在报道中指出,尽管量子计算机会给人类带来巨大的好处,但同时也可能会带来风险。

  比如在信息安全领域,量子计算机将有能力突破目前人们保护信息时广泛依赖的公钥加密,这意味着数据无论现在多么安全,未来在量子计算机面前可能都不堪一击。对于任何需要保护敏感信息的组织来说,这是一场灾难。

  尽管各国政府和企业对量子计算机投入了大量资金,但对量子安全的投入却很少,而量子安全对于我们迈入量子时代至关重要。幸运的是,美国国家标准与技术研究院(NIST)目前正在对后量子密码术进行标准化。据NIST称,新标准将于今年年底公布。

  虽然量子计算机为我们的未来描绘出了一副美好的蓝图,但伊格纳西奥·西拉克明确表示,必须摒弃量子计算机投入实用指日可待的想法。他说:“我们确实已经研制出了第一批原型机,但其规模仍然非常小,且功能并不强大,只是跨出了第一步。”(刘 霞)

[ 责编:蔡琳 ]
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