《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》 記者 楊琳｜北京報(bào)道

量子技術(shù)，作為數(shù)字時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)和科技創(chuàng)新的關(guān)鍵變量，正在成為全球各國(guó)積極布局想要搶占先機(jī)的戰(zhàn)略要地。今年的政府工作報(bào)告提出，制定未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開(kāi)辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道，創(chuàng)建一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)。可見(jiàn)，無(wú)論國(guó)際國(guó)內(nèi)，加碼在這條賽道來(lái)競(jìng)爭(zhēng)和角逐，已是共識(shí)。

發(fā)展正當(dāng)其時(shí)，也恰逢其勢(shì)。那么，究竟什么是量子技術(shù)？它將如何改變我們的國(guó)家和生活？我國(guó)現(xiàn)在的量子技術(shù)發(fā)展處在什么水平？有哪些機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)？如何穩(wěn)住優(yōu)勢(shì)和彌補(bǔ)差距？

算力不足，量子能破嗎

量子技術(shù)包括量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量等，由此產(chǎn)生相應(yīng)若干個(gè)產(chǎn)業(yè)賽道。

量子計(jì)算利用量子力學(xué)疊加和糾纏原理，能夠?yàn)橛?jì)算提供指數(shù)增長(zhǎng)的空間，從而為解決某些問(wèn)題提供不可思議的加速能力。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)：“這個(gè)世界上最厲害的武器，不是原子彈，而是復(fù)利加時(shí)間?！彼f(shuō)的復(fù)利，就是指數(shù)。

現(xiàn)實(shí)生活中其實(shí)存在很多指數(shù)級(jí)困難的問(wèn)題，那我們能不能用指數(shù)來(lái)戰(zhàn)勝指數(shù)呢？北京量子信息科學(xué)研究院研究員金貽榮對(duì)《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者說(shuō)：“這類(lèi)問(wèn)題有很多，比如交通優(yōu)化、物流優(yōu)化、分子結(jié)構(gòu)計(jì)算等，用經(jīng)典計(jì)算機(jī)很難計(jì)算，而量子計(jì)算則能提供新的可能性?！?/p>

金貽榮還提到了另一個(gè)經(jīng)典問(wèn)題，也是最開(kāi)始讓量子計(jì)算成為人類(lèi)關(guān)注焦點(diǎn)的問(wèn)題——質(zhì)數(shù)分解。

“如果我讓你計(jì)算兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積，這很簡(jiǎn)單，但這個(gè)問(wèn)題如果反過(guò)來(lái)問(wèn)，就是一個(gè)特別難的問(wèn)題，連數(shù)學(xué)家都解決不了。”金貽榮說(shuō)，這也是現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)通用的非對(duì)稱(chēng)加密算法的底層邏輯，如果你不知道這兩個(gè)質(zhì)數(shù)是多少，就永遠(yuǎn)破譯不了密碼。

這就需要量子計(jì)算的質(zhì)因數(shù)分解算法，即Shor算法來(lái)解決。“你的問(wèn)題雖然是指數(shù)級(jí)的，但我求解的速度也是指數(shù)級(jí)的?！睋?jù)金貽榮介紹，按照現(xiàn)在的算力，數(shù)百萬(wàn)年才能破解的密碼，用Shor算法則可以把解題時(shí)間壓縮到分鐘量級(jí)。

“正是因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題，量子計(jì)算進(jìn)入了人類(lèi)的視野，人們才知道它有這么大的威力?！苯鹳O榮說(shuō)。

再比如Grover算法（也稱(chēng)為量子搜索算法），金貽榮解釋?zhuān)鎸?duì)如今迅速膨脹的海量數(shù)據(jù)，它讓我們搜索效率大大提升。

“如果我們將數(shù)據(jù)想象成礦山，將算力想象成挖礦機(jī)，現(xiàn)在算力挖礦機(jī)在數(shù)據(jù)礦山面前將變得越來(lái)越渺小。因?yàn)楝F(xiàn)在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分析它們的速度?！苯鹳O榮舉例稱(chēng)，未來(lái)AI若真的走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，背后需要的算力是極其恐怖的?！拔覀儺?dāng)然希望尋找更低能耗、更聰明、更高級(jí)的算力?！彼f(shuō)。

上海交通大學(xué)教授、無(wú)錫光子芯片研究院院長(zhǎng)、圖靈量子創(chuàng)始人金賢敏對(duì)《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者說(shuō)，量子計(jì)算主要解決的是NP問(wèn)題（即多項(xiàng)式復(fù)雜程度的非確定性問(wèn)題），也就是難解問(wèn)題。難解問(wèn)題都有一個(gè)特點(diǎn)，需要指數(shù)級(jí)或者是平方級(jí)的資源規(guī)模，隨著問(wèn)題變得越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)辦法就不太有效。

“量子技術(shù)是底層驅(qū)動(dòng)力。很久以前，牛頓力學(xué)可能是解釋人類(lèi)生產(chǎn)、生活最主流的邏輯。但目前解釋這個(gè)世界最基本的理論就是量子理論，無(wú)論是半導(dǎo)體、激光器、原子彈、新材料，還是新興的量子計(jì)算、量子通信，底層技術(shù)都是量子理論?！苯鹳t敏告訴記者，它對(duì)各個(gè)科學(xué)方向都有支撐作用，會(huì)帶來(lái)“種瓜得豆”的結(jié)果。

“摩爾定律走向極限以后，人類(lèi)的算力需要新架構(gòu)新體系。量子的并行性帶來(lái)指數(shù)級(jí)的算力提升，并且，這種算力取之不盡用之不竭?！苯鹳t敏表示。

未來(lái)，量子計(jì)算的應(yīng)用前景非常廣泛，影響也將非常深遠(yuǎn)?！斑@一點(diǎn)，我們從過(guò)去經(jīng)典計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)生活的改變，就能感覺(jué)得出來(lái)?，F(xiàn)在幾乎沒(méi)有不需要計(jì)算的行業(yè)?！苯鹳O榮表示，量子計(jì)算相當(dāng)于一種新的資源，它帶來(lái)的影響是顛覆性、革命性的。除了交通優(yōu)化、物流優(yōu)化、供應(yīng)鏈優(yōu)化，還有材料設(shè)計(jì)、蛋白質(zhì)計(jì)算、藥物私人定制……新算力的可能性遠(yuǎn)不止于此。

從國(guó)家角度來(lái)講的話(huà)，量子技術(shù)更是未來(lái)大國(guó)博弈的重器之一?！熬湍闷平饷艽a來(lái)說(shuō)，最先掌握這種算力的國(guó)家，對(duì)其他國(guó)家基本就是降維打擊。”金貽榮說(shuō)道。

我國(guó)研發(fā)水平處于第一梯隊(duì)，但需加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)

那么，我國(guó)在量子計(jì)算方面，目前在國(guó)際上處于什么水平？

“從科研上來(lái)說(shuō)，我國(guó)肯定是第一梯隊(duì)，無(wú)論是各種創(chuàng)新性研究，還是里程碑式的‘兌現(xiàn)’，如量子霸權(quán)、量子優(yōu)越性的演示，都走在前面。”金賢敏曾和國(guó)防科技大的團(tuán)隊(duì)一起用超級(jí)計(jì)算機(jī)標(biāo)定了量子霸權(quán)的節(jié)點(diǎn)。

他十分肯定地告訴記者：“這些方面，中國(guó)是核心推動(dòng)者?！?/p>

雖然中國(guó)量子技術(shù)在科研方面是第一梯隊(duì)，但在產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育和投資環(huán)境上還存在挑戰(zhàn)。未來(lái)，若要在該領(lǐng)域全面占據(jù)領(lǐng)先位置，這二者都十分關(guān)鍵。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育包括上游和下游生態(tài)。金貽榮強(qiáng)調(diào)說(shuō)，下游應(yīng)用領(lǐng)域的企業(yè)參與度非常重要?！氨热缌孔佑?jì)算可以促進(jìn)新藥研發(fā)、降低新藥研發(fā)成本，但是，目前國(guó)內(nèi)藥企很少參與進(jìn)來(lái)。下游企業(yè)還沒(méi)有意識(shí)到量子計(jì)算會(huì)如何改變所在行業(yè)?！?/p>

金賢敏也認(rèn)為，中國(guó)公司擁抱量子計(jì)算的態(tài)度，以及和量子公司合作方面，做得還不夠?！爸袊?guó)已經(jīng)有大公司開(kāi)始擁抱量子計(jì)算，但是還不夠廣泛。做藥物的人跟做量子的人隔行如隔山，雙方需要一起探討、對(duì)接，才有可能出現(xiàn)‘殺手級(jí)’的應(yīng)用?！?/p>

這方面的標(biāo)桿案例，兩人都提到了IBM開(kāi)發(fā)的量子云。

“IBM量子云預(yù)約使用是按秒計(jì)費(fèi)，就是因?yàn)槌烁咝?、科研機(jī)構(gòu)之外，各個(gè)公司也在探索，所以它的使用率特別高?！苯鹳t敏說(shuō)道。

“量子云是凝聚生態(tài)的，對(duì)量子計(jì)算商業(yè)應(yīng)用和上下游產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展極為關(guān)鍵?！苯鹳O榮直言，“中國(guó)現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定的、成規(guī)模的、良好運(yùn)行的量子云，下游是零零星星的狀態(tài)。”

金賢敏則補(bǔ)充說(shuō)，“解決真問(wèn)題和真解決問(wèn)題”都十分重要。金賢敏既有學(xué)術(shù)經(jīng)歷，又正在參與創(chuàng)業(yè)，因此在產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化方面的感受尤為深刻。

金賢敏認(rèn)為，我們需要避免單純以學(xué)術(shù)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，這容易導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)深入程度不夠，會(huì)為技術(shù)落地增加阻礙?！按蚰バ枨蟛蝗菀?，但卻需要去做，最好有國(guó)家支持、產(chǎn)業(yè)政策，讓大家愿意合作?！?/p>

提及上游產(chǎn)業(yè)鏈，金貽榮表示，目前其規(guī)模不大，一些頭部企業(yè)想做全棧，對(duì)專(zhuān)注細(xì)分領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，成長(zhǎng)很不容易。

“鏈中企業(yè)需要形成良好的分工合作，形成健康的生態(tài)和群體鏈條。處在頂端的龍頭企業(yè)，應(yīng)該將大家團(tuán)結(jié)起來(lái)，利益共享?！痹诮鹳O榮看來(lái)，良好的生態(tài)鏈需要充分的競(jìng)爭(zhēng)，最好是讓產(chǎn)業(yè)鏈里每一個(gè)生態(tài)位都有適者占據(jù)，而不是一個(gè)超級(jí)霸主囊括所有環(huán)節(jié)。

金貽榮說(shuō)，中國(guó)目前和歐洲有一定相似之處，都沒(méi)有像美國(guó)那樣的Big Tech（大科技公司），中國(guó)可以借鑒歐洲的模式。

他把歐洲的路線(xiàn)稱(chēng)為“合作社模式”，這種模式強(qiáng)調(diào)良好的精細(xì)的分工與合作。

“比如歐洲建立了一些聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，制冷機(jī)由A廠家提供，電子學(xué)設(shè)備由B提供，電纜由C提供，芯片由D來(lái)提供。如果E也做芯片，它也可以申請(qǐng)加入。大家專(zhuān)注細(xì)分業(yè)務(wù)，聯(lián)合研發(fā)?！苯鹳O榮認(rèn)為，這個(gè)模式值得中國(guó)學(xué)習(xí)?！翱傊?，不管是上游、下游，生態(tài)化都要有精細(xì)的分工協(xié)作。而且，這種生態(tài)化是競(jìng)爭(zhēng)出來(lái)的、演進(jìn)出來(lái)的。”

量子技術(shù)是重大機(jī)遇，考驗(yàn)資本的眼光與耐心

此外，從投資情況來(lái)看，量子技術(shù)的投資環(huán)境和規(guī)模體量與國(guó)外存在差距。

“谷歌、IBM、微軟、英特爾、亞馬遜都有相應(yīng)的投入，整個(gè)社會(huì)、企業(yè)擁抱新科技的態(tài)度更開(kāi)放?！苯鹳O榮介紹道，美國(guó)的量子技術(shù)投資，民間投資占大頭，美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)（NSF）、能源部這些國(guó)家部門(mén)的投入規(guī)模反而不算太大。中國(guó)的量子技術(shù)投資仍然是政府占主導(dǎo)，私人資本占比不高。

業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，中國(guó)需要加強(qiáng)民間資本在量子技術(shù)領(lǐng)域的活躍程度。

“美國(guó)投資機(jī)制比較成熟，比如投資人在什么階段會(huì)進(jìn)來(lái)、后面誰(shuí)來(lái)接盤(pán)、投資退出機(jī)制等，整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管控體系比較完善。相對(duì)而言，中國(guó)這方面存在差距，投資人不太愿意去做高風(fēng)險(xiǎn)、長(zhǎng)周期的事情?！苯鹳O榮說(shuō)。

中科創(chuàng)星創(chuàng)始合伙人米磊在接受《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者采訪(fǎng)時(shí)坦言，目前，大部分投資人普遍追求確定性。“部分投資人認(rèn)為前沿科技領(lǐng)域的投資回報(bào)周期太長(zhǎng)，有可能10年內(nèi)盈不了利，目前投資偏保守。整個(gè)投資行業(yè)需要有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的目光和更長(zhǎng)久的耐心。”

同時(shí)，投資者的投資習(xí)慣還存在跟隨性較強(qiáng)的問(wèn)題。

“在很多領(lǐng)域，跟風(fēng)式創(chuàng)業(yè)的現(xiàn)象比較多，導(dǎo)致資源面向企業(yè)投入時(shí)太過(guò)分散。此前沒(méi)有前瞻布局的投資人，就容易陷入跟風(fēng)式投資的困境，實(shí)際上，這種投資的回報(bào)是最低的?！泵桌谡f(shuō)，“如果資源可以朝少數(shù)幾個(gè)優(yōu)勢(shì)企業(yè)集中，會(huì)更有利于助力硬科技實(shí)現(xiàn)突破?！?/p>

“國(guó)外突破大模型以后，中國(guó)一堆企業(yè)開(kāi)始‘卷’，但是每一家可能都沒(méi)有聚集到足夠力量，做了很多重復(fù)性工作，最后核算一下整個(gè)社會(huì)投入的成本，可能比國(guó)外投入的還要大得多?！苯鹳t敏認(rèn)為，無(wú)論是地方政府還是企業(yè)，應(yīng)該主動(dòng)擁抱頂尖科技、期待顛覆產(chǎn)生，而不只是跟隨別人。

“量子、AI本身是重大產(chǎn)業(yè)機(jī)遇，也是非常鍛煉和考驗(yàn)中國(guó)的投資人，要求他們的思維模式、投資習(xí)慣需要跟隨新興行業(yè)去做轉(zhuǎn)變?！苯鹳O榮表示。

（本文刊發(fā)于《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》2024年第6期）