量子计算的状态：未来、现在、过去

资深撰稿人 Gil Press

Apr 14, 2022,06:00am EDT

我写关于技术、企业家和创新。

ENTERPRISE & CLOUD

今天是世界量子日。它被在4月14日庆祝，一个指4.14，描述粒子和波在原子尺度上的行为包括光的粒子方面的普朗克常数的小数点前几位数字。

世界量子日一个是由科学家、工程师、教育工作者、传播者、企业家、技术专家及其机构组成的全球网络的自下而上的倡议。它的主要目标是促进公众理解在科学研究及其应用中的下一件大事。

中国杭州 - 2021年12月17日：一位研究人员于2021年12月17日星期五在浙江省杭州介绍了浙江大学在杭州开发的超导量子计算芯片。(Photo credit should read LONG WEI/Future Publishing via Getty Images)。

就像其他下一件大事一样，量子计算、通信和传感的承诺产生风险投资资金、政府参与、大公司的研发投资和许多初创公司。这里是它正在进行它今天的位置以及我们如何到达这里的简要概述。

所有量子东西的未来

量子系统的五大开发商已经宣布计划到2030年拥有容错量子计算硬件，许多行业观察人士期望到那时我们将在诸如药物发现许多应用中看到一个明显的量子优势。

为了一个在不久的将来量子将处于什么位置的感觉，我在过去几天里对一些专家进行了一个调查，询问他们的对未来五年中最重要的量子相关的进展的预测。这里是结果：

量子经济发展联盟（QED-C）执行董事瑟利亚梅尔兹巴车尔博士：“有许多领域其中进展将被需要取得并相关到量子计算。我相信将特别重要的一个是量子纠错，这对于取得量子计算的全部潜力至关重要”。

《量子计算报告》执行主编逗格冯科：“未来五年的量子计算将是有噪音的中间尺度量子（NISQ）机器的时代，我们将看到越来越强大的有噪音的中间尺度量子机器被引入。虽然可能有一些应用程序会利用这些来取得一个量子优势，但大多数潜在的量子应用程序仍然不会发现这些有噪音的中间尺度量子机器足够强大到超越基于经典计算的解决方案。然而到这五年期结束我们将开始看到纠错的容错量子处理器的浮现，这将是在现实世界应用中大规模采用量子计算的转折点”。

芝加哥大学分子工程和物理学刘法米莉教授、阿贡国家实验室高级科学家、芝加哥量子交易所主任、能源部量子信息科学中心Q-NEXT主任戴维奥斯查勒姆：“在未来五年内，我们预计大都市规模的用于安全通信的纠缠量子网络会浮现。这些网络还可被用于来创建高级计算的量子机器的小集群。我们还相信量子传感器将被用于显著的改善时钟、映射和细胞内传感”。

量子机器联合创始人兼首席执行官伊塔马尔思万：“我相信未来五年中量子计算领域最重要的进步将是能被像今天的GPU一样无缝使用的量子加速器的可用性。可用性中的增加将降低可访问性的门槛，将量子计算从象牙之塔到主流并使应用程序能够来轻松从量子技术受益，包括改进金融建模、显着增强计算化学等"。

古典技术公司联合创始人兼首席执行官尼尔米诺比：“到2027年量子计算领域最重要的进步可能的超出我们的想象。回到70年代如果你问某人在芯片上使用数十亿个晶体管可以做些什么答案可能是“一个功能强大的计算器”而不是“使用谷歌搜索”或“口袋里的互联网”。虽然计算中的量子范式转变的最重要结果仍然是未知的甚至可能还没有被发明，但如果我们能够确保量子软件与硬件携手前进，那么到2027年我们将拥有令人难以置信的强大量子计算机，这将彻底改变材料科学、碳捕获供应链优化和治疗发现。这就是为什么我今天如此兴奋是这个行业的一部分的原因之一。

今日量子状态

量子相关的研究资金主要来自公共部门。中国宣布了计划在量子计算方面投资150亿美元，欧盟投资72亿美元，美国投资13亿美元，英国投资12亿美元，印度和日本各投资10亿美元。

私营部门的日益增加的参与。按照麦肯锡，2021年对量子计算初创公司的投资已超过17亿美元，是2020年融资额的两倍多。纯软件初创公司的数量正在比量子计算市场的任何其他部分更快的增长。

由凯捷迷你最近对企业高管进行的一项调查发现了23%的人正用量子技术工作或计划这样做。十分之一的人预计量子计算将在三年内至少用于一个主要应用。由量子软件初创公司扎帕塔调查的公司中有28%报告了他们已经为量子投资分配了100万美元或更多的预算。69%的受访公司说他们已经采用或正在计划在明年采用量子计算。采用量子的企业正在多个方面准备：51%的企业正在识别人才/建立一个内部团队，49%的正在试验和建立概念证明，48%的正在量子硬件或仿真器上运行实验，46%的企业正在构建新的应用程序。

量子力学的里程碑

41年前，诺贝尔经济学奖获得者理查德·费曼争论了“自然不是经典的、该死的，如果你要做出一个自然的模拟，你最好使它成为量子力学的”，这一声明后来被视为开发一个量子计算机的集合口号。这里是量子力学历史中（有些随机的）重大的里程碑。

1900年，德国理论物理学家马克斯·普朗克提出辐射能量被发射不是连续的而是在叫量子的离散包中。

1905年，阿尔伯特·爱因斯坦扩展普朗克的假设来解释光电效应------在某些材料上照射光能起到从这种材料释放电子的作用------并提出光本身由单个量子粒子或光子组成。

1924年，量子力学这个术语首次被用在马克思伯恩的一篇论文中。

1925年，维尔纳·海森堡、马克斯·伯恩和帕斯夸尔·乔丹制定矩阵力学，这是量子力学的第一个概念上自主和逻辑上一致的公式。

1930年，保罗·狄拉克发表了《量子力学原理》（The Principles of Quantum Mechanics），这本教科书已成为至今仍在使用的一本标准参考书。

1935年，阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森发表了一篇论文，强调量子超位的反直觉本质，并争论由量子力学提供的对物理现实的描述是不完整的。

1935年，欧文·薛定谔与阿尔伯特·爱因斯坦讨论量子超位，开发一个其中一只猫（永远被称为薛定谔的猫）同时死亡和活着的思想实验，;薛定谔还捏造了“量子纠缠”一词。

1947年，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）在给马克斯·伯恩的一封信中首次将量子纠缠指为“在距离上的幽灵行动”。

1951年，菲利克斯布罗奇和艾华德米尔斯颇瑟尔因他们的首次观察到核磁共振的量子现象而获得诺贝尔物理学奖。

1963年，尤根魏格纳为量子力学中的对称性理论以及对探究原子核结构的基础研究奠定基础。

1976年，罗曼·斯坦尼斯瓦夫·英加登发表第一个尝试来创建一个量子信息理论之一。

1980年，保罗·贝尼奥夫发表了一篇描述一个图灵机或一台经典计算机的量子力学模型的论文，这是第一篇证明量子计算可能性的论文。

1985年 牛津大学的戴维德斯克为一个量子图灵机制定一个描述。

1993年，第一篇描述量子隔空传送想法的论文发表。

1994年，皮特绍尔开发一种用于分解整数的量子算法，该算法有解密RSA加密的通信的潜力，这是一种广泛使用的用于保护数据传输的方法。

1996年，拉夫格罗沃尔发明量子数据库搜索算法。

1998年首次演示量子纠错，首先证明量子计算的某个子类能被用经典计算机有效地仿真。

2004年由潘建伟的在中国科技大学的小组首次展示了五光子纠缠。

2014年荷兰代尔夫特理工大学的物理学家在相距约10英尺以零错误率的两个量子比特之间隔空传送信息。

2017年，中国研究人员报告第一次将独立的单光子量子比特从一个地面天文台隔空传送到一个距离长达1400公里的低地球轨道卫星。

2021年，芝加哥大学的研究人员首次通过连接一个量子网络节点到第二个节点的通信电缆发送纠缠的量子比特状态。

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我（Gil Press）是营销、出版、研究和教育咨询公司gPress的管理合伙人。我曾担任高级营销和研究..

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