中金首席访谈：量子科技时代真的会到来吗？ -爱金融

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中金首席访谈：量子科技时代真的会到来吗？

admin

2020-10-23 18:00:05

信息编号：24074 | 热度：

　　以下文章来源于中金点睛，作者中金公司研究部

　　图文并茂讲解中金深度研究报告

　　黄乐平 | 董事总经理

　　研究领域：半导体和技术硬件行业

　　如需深入交流，请关注中金研究网站

　　首席访谈录来自中金公司 CICC

　　00:00 12:27

　　此访谈内容基于已发布的《政治局集体学习量子科技，关注相关产业战略性发展机遇》、《数字经济未来篇：2050年的社会，人类永生及移民火星的影响》、《后疫情时代科技如何助力数字经济发展？》、《量子计算能延续摩尔定律的神话吗？》、《从达沃斯论坛看科技行业四大趋势》报告剪辑制作，报告作者为黄乐平，闫慧辰，韦昕，成乔升，胡炯益内容摘要如下：

　　近期，中共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。习近平主席指出要找准我国量子科技发展的切入点和突破口，统筹基础研究、前沿技术、工程技术研发，培育战略新兴产业，抢占量子科技国际竞争制高点，构筑发展新优势。什么是量子科技？什么是量子计算？量子计算会改变哪些行业？目前全球和我国量子计算发展各是怎样？量子计算到来后产业链分工会是如何？我们特此邀请中金公司研究部首席半导体和技术硬件行业分析师黄乐平对投资者关心的问题进行解答。

　　黄总您好！中央政治局学习时强调，要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局。可否请您先为大家普及一下，什么是量子科技？什么是量子计算？

　　量子科技指的是利用了量子力学原理的科学技术。量子力学和相对论并列为人类社会二十世纪两大最为重要的物理学发现。其实，从二十世纪中叶开始，半导体、激光等科技已经部分程度上涉及到了量子力学，可以说整个二十世纪人类经济社会的发展都和量子力学离不开关系。最近一二十年，随着人类工程技术的进步，人类开始能够操纵控制量子，深度利用量子力学原理。基于此开发的技术被称为量子科技。量子科技包括许多细分的技术，量子计算是其中最重要的技术之一，也是最引人注目的技术之一。

　　关于量子计算，它是一种和目前经典计算完全不同的计算方式，有别于经典的电子计算采用布尔逻辑对经典比特进行操作，它采用了量子的逻辑对量子比特进行操作，以此试图来解决某些问题。从理论上说，量子计算相较经典计算其算力存在爆发性的增长。如果我们将QPU，也就是量子计算和目前的CPU、GPU工作方式进行对比的话。CPU是用串行的方式对问题依次进行计算，GPU是采用并行方式将大问题拆成小问题进行计算，而QPU则是利用量子叠加态原理实现了更加高效的并行计算。目前，我们可以看到摩尔定律的速度已经放缓，传统地通过先进制程获得算力的方式可能存在终点，量子计算是目前人类看到的能够延续摩尔定律带动算力增长的方法之一，有望在数字经济时代成为重要的生产要素之一。

　　量子计算有着强大的算力，黄总可否为我们介绍一下量子计算未来有什么具体的用途，可能会改变哪些行业呢？

　　目前科学家预计量子计算未来可以用于大分子模拟、破解密码、人工智能等领域。大分子模拟方面，目前使用经典计算机对大分子进行模拟依然需要消耗巨大的算力，且获得精确的结果依然较为困难，而量子比特由于本身就是量子状态，天然适合模拟分子特性，因此可以加速大分子相关的材料开发，有望改变化工/制药等行业。破解密码方面，量子计算有一种算法叫做舒尔算法，它可以用来加速质因数分解。加速质因数分解对于现代社会而言，已经不仅仅是数学问题了，它有很大的实际意义。目前互联网加密主要是采用RSA加密，这种加密方式抽象为数学本质就是两个质数相乘得到一个很大的数很容易，但把一个大数分解为两个质数非常困难。而一旦量子计算成熟，它就可以被用来暴力破解加密算法。人工智能方面，人工智能和大数据是紧密耦合的，人工智能大致分为训练和推理两个阶段，训练阶段需要通过大量的数据去完善一个模型，推理阶段也需要消耗较大的算力，量子计算强大的算力有望在人工智能领域有所应用。

　　听完了黄总关于未来的畅想，我们把目光拉回到现在。我们想知道目前为止全球在量子计算做了哪些努力，行业经历了什么样的发展历程？以及中国目前的发展情况是怎么样的？

　　全球范围来看的话，量子计算的概念最早是1982年由美国物理学家费恩曼提出的。1994年，美国数学家舒尔设计出了能够高效分解质因数的量子算法，因为这种算法有巨大的商用价值，某种程度上也激发了大家去建造量子计算硬件设备的热情，于是，在1999至2001年，IBM相继推出了3-qubit、5-qubit、7-qubit的量子计算机，并成功在上面跑出了舒尔算法，当时是把15分解为了3和5。不过，受限于当时的工艺技术水平，在完成了这些科研验证之后，大家暂时觉得量子计算机要再提升性能比较困难，所以之后大约10年的时间里量子计算机发展的步伐慢了下来。直到2010年之后，由于工程技术的进步，大家又一次看到了量子计算的机会，于是科技巨头谷歌、IBM等公司以及IonQ等初创公司相继投资量子计算机的研发，推出了一批计算性、可扩展性、兼容性都要优于本世纪初的那批量子计算机，当中最引人注目的是2019年谷歌宣称实现了“量子优越性”，即量子计算在某个特定领域是强于经典计算机的。量子计算硬件设备分为多种技术，目前被大家看好的是超导量子计算和离子阱量子计算，这两种技术可以相对比较容易地增加量子比特数以及减小错误率，这些指标都是衡量量子计算机的重要参数。谷歌、IBM、IonQ这些公司研制的最先进的这批计算机也基本都是按照这个技术路径在走。除了硬件设备，2016年IBM推出了首个量子云服务，谷歌、微软、亚马逊等公司也做了类似的前瞻性布局，大家都试图去建立一个良好的量子计算的开发生态。

　　目前中国在量子计算领域也有所布局。硬件设备方面，中国做得比较好的有本源量子、量旋科技等公司。这些公司自主掌握了制造量子计算机的能力，本源量子可以制造出6-qubit的超导量子计算机，量旋科技可以制造出2-qubit的核磁共振量子计算机。算法、软件及云平台方面，阿里巴巴、腾讯等互联网巨头也都有所布局，计划将量子云服务作为其云计算的一部分进行打造。但我们不得不承认的中国和美国在量子计算领域仍然存在差距，尤其是硬件设备方面。中国企业制造的量子计算机都还只有个位数的qubit，和美国企业几十上百位qubit的量子计算机存在性能方面的较大差距。因此，国内量子计算主要还是面向实验、教学，处于科研阶段，而美国其实已经考虑将量子计算产业化了。

　　那么如果未来有一天量子计算真正商用了，您觉得整个产业链会是怎么样一个场景？

　　目前，科学家预测量子计算机会在10-15年内达到商用水平，但同时也认为量子计算机的小型化在中短期仍然难以实现。以超导量子计算机为例，工作时其核心的量子芯片部分需要工作在接近绝对零度的环境中，以隔绝外界的干扰，制备超低温需要通过多普勒冷却，冷却设备就已经占据了较大的体积。所以我们通常认为量子计算机硬件设备成熟后，通过云计算技术为客户提供服务仍然是主流的形式。

　　所以未来量子计算产业链大致分为硬件设备、应用软件、云服务等部分。硬件设备市场的主要玩家将会是Google、IBM、Honeywell等科技巨头以及IonQ、本源量子等目前的初创公司，它们已经具备了制造量子计算机实体的能力，相信未来也会不断推出新一代的产品。应用软件市场可能会比较碎片化，类似于现在软件市场中广联达对建筑领域有深入理解、用友通对财务领域理解较深，量子计算的软件市场可能也会出现某个公司搜索引擎做得特别好，某个公司药品模拟做得特别好，软件这一块更多的还是基于对细分行业的理解。量子云服务市场的主要玩家将会是Google、Amazon、阿里巴巴、腾讯等互联网企业，这些互联网公司现在就已经开始布局量子云服务，布局自己的量子计算生态。

　　听完了您的介绍，我们对量子计算充满了期待，也希望量子计算可以早日到来。刚才您提到说我国目前量子计算还在积极追赶阶段，关于我国量子计算的发展您认为还需要做哪些努力呢？

　　量子计算属于交叉学科领域，尤其是涉及到了许多基础学科，我们要摆正心态不能指望其发展一蹴而就。虽然目前美国在量子计算方面领跑了很多，但放在一个长的时间维度看各个国家都还是处于起点线附近，所以在这样一个关键时间节点，我们需要积极行动，有所布局，为长期发展打好基础。我个人想到的建议有如下几点。首先是在材料工艺方面，目前量子计算发展到这个程度，芯片的材料和工艺也是经历了几轮的迭代升级才让量子比特相干时间达到了能用的状态，材料工艺往往需要基础科学较为长期的积淀，目前我国在这一方面仍需加大对物理学、化学、高分子、材料学等基础学科的投入与重视。接着是核心器件的研发和设计，我们以超导量子计算为例，它的核心器件是量子芯片，和半导体的设计研发类似，量子芯片的设计研发也需要经验的不断传承积累，我国需要建立健全这方面人才的培养机制。然后是量子计算机的设计理念，量子计算机研发设计中可扩展性和兼容性是比较重要的理念，可扩展性主要是指量子芯片的结构应该是易于扩展的，理论上可以较为轻易地扩展出成百上千个qubit，兼容性主要是指易于和现有的半导体等技术结合，树立了这些理念，硬件设备的研发才能够向着产业化推进。最后是关于是量子计算整体，量子计算是一个系统性工程，除了专攻硬件的人才，量子计算机的开发同样也需要软件工程、系统工程方面的人才，未来我国需要打造一个良好的量子计算生态，才能够使得硬件、软件、应用等产业链各个环节相辅相成，共同促进产业的发展。

　　好的，感谢黄总的精彩解读！

　　文章来源

　　本文摘自：2020年2月26日已经发布的《从达沃斯看行业大趋势：量子计算、数字税、科技向善、数字货币》

　　分析员黄乐平 SAC 执业证书编号：S0080518070001 SFC CE Ref：AUZ066

　　联系人李诗雯 SAC 执业证书编号：S0080119080039

　　联系人韦昕 SAC 执业证书编号：S0080119110024

　　2020年5月12日已经发布的《前沿科技#2：量子计算能延续摩尔定律的神话吗？》

　　分析员黄乐平 SAC 执业证书编号：S0080518070001SFC CE Ref: AUZ066

　　分析员闫慧辰 SAC 执业证书编号：S0080518120002

　　联系人成乔升 SAC 执业证书编号：S0080118100006

　　联系人韦昕 SAC 执业证书编号：S0080119110024

　　2020年7月9日已经发布的《后疫情时代科技如何助力数字经济发展》