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量子科技研究报告:计算与通信的革命(27页)

行业报告下载 2020年12月17日 06:32 1 管理员

量子计算还处于原型机研发阶段,技术上仍面临多项挑战。从技术的维度出发量子 计算机面临以下四方面的问题。1)扩展性。在进行量子计算的时候,要保持量子比特处 于相干态中,而且随着量子比特数量增加,保持相干态变得越来越难,进行量子比特的 进一步扩展困难重重。2)相干时间短。在极其短暂的时间段内,完成一定逻辑操作,对 于量子逻辑门之间的切换速度要求非常高。退相干相对于量子门操作时间要足够长,以 保证在系统退相干之前能够完成整个量子计算的过程。3)去相干纠错。量子计算机因为 无法避免量子比特退相干出错,引入了纠错机制;而由于去相干的纠错机制,目前还无 法实现 1 个真正的能够容错的满足量子计算的逻辑比特。4)输入和末态的测量。要能够 把量子比特初始化为一个标准态,即要求量子计算的输入态是已知的,同时具备对量子 计算末态进行测量的能力。量子计算存在多种技术路线,目的是制作出最基本的物理实现粒子。目前实现量子 计算存在多种技术路线,主要包括离子阱、量子点、拓扑量子、核自旋/电子自旋、超导 体系等。无论采用何种物理机制,目的都是为了制作出纠缠态的最基本粒子。但总体上 仍然处于探索性研究阶段,哪一个方案是最优方案还没有尘埃落定。

一方面要高度关注 目前看来非常有竞争力的方案,另一方面要保持一个相对宽广的研究面,支持不同方案 的自由探索和相互竞争,做到点面兼顾。超导量子计算路线具有相对优势。就目前而言,谷歌、IBM、英特尔等企业均在积极 开展超导量子比特实验研究,超导量子电路具有一定相对优势。超导量子计算利用超低 温“冻结”粒子的运动进而实现粒子状态的控制。由于超导量子电路的能级结构可通过 外加电磁信号进行调控,电路的设计定制的可控性强,。同时,得益于基于现有的成熟集 成电路工艺,超导量子电路具有多数量子物理体系难以比拟的可扩展性。国际上的研究 显示,利用超导器件,有望在不远的将来,演示量子技术在计算方面的优势,率先实现 “量子霸权”。产业化处于初期阶段,若实现突破未来市场规模空前。量子计算在核心挑战没有突 破之前,市场主要集中于研发阶段,其空间有限,不过量子计算是一个快速增长的市场。 根据 IDC 的预测,到 2027 年,全球量子计算市场规模将达到 107 亿美元,与 2017 年相 比,10 年内增长超过 40 倍。而前期的商业模式最有可能以云服务的方式来实现。量子 和传统计算的异构解决方案将是实现过渡的主要方式,即将量子和古典计算结合成一个 “混合量子/古典”层来加速计算,应用程序可以通过 API 选择量子计算(或传统计算) 作为计算层。这种方法使应用程序能够分时共享基于云的量子计算资源,这些资源将由 公共云服务提供商提供。如果基于逻辑量子比特的制造和集成能力达到基础量子计算所 需的最低要求,实现突破,BCG 预计,到 2030 年,量子计算的应用市场规模有望达到 500 多亿美元。

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