量子计算(Quantum Computing)目前的进展,概念股有哪些?

量子计算

量子计算介绍

一言以蔽之,量子计算现在还在非常早期的起始阶段。

简介

量子电脑是一种遵循量子力学规律、进行高速运算、储存及处理量子讯息的物理装置。因为它使用的是可重叠的量子位元(又称为Q位元、qubit),在处理数据时可让0和1「同时」出现,完全颠覆现有的计算机运算的原理和先天上的限制。因此它的优势也十分明显:处理速度惊人,比传统计算机快数十亿倍(注:本文的说明都只是非常基本的概念,量子电脑真正牵涉的技术比本文的介绍深奥多了)。

IDC报告预计,全球量子计算市场将从2020年的4.12亿美元增长到2027年的86亿美元,6年复合年增长率超过50%。

量⼦电脑制造极其困难,遑论商业化

我们必须兼顾易于操控,确保状态维持持久性等各种可商业化有⽤的特性,才能打造出真正实⽤的量⼦运算解决⽅案。许多公司宣称已经找到如何制造⼤量固态量⼦位元的⽅法,也就是 Transmon制造技术,由于这种技术与现有晶片制造技术相似,因此市场许多主要参与者(包括字母、国际商业机器公司、和 Rigetti)都选择采⽤ Transmon技术;但因需要控制在超低温状态,因此不容易保持状态。Transmon技术需复杂的稀释制冷系统,但是另一种离⼦阱技术(trapped-ion)则只需要液氦制冷就可以了。

发展的三阶段

用中国大陆中科院院士潘建伟的话来说,量子计算的发展有三个阶段:

  • 第一阶段的目标是实现量子计算优越性,即量子计算机对特定问题的计算能力超越超级计算机,这一目标已经有美国、中国和加拿大先后达到。
  • 第二阶段的目标是实现专用的量子模拟机,可以应用于组合优化量子化学、机器学习等特定问题,来指导材料设计、药物开发等,达到这一阶段,按照目前的估计还需要5到10年,是当前学术界主要的研究任务。
  • 第三阶段是在实现量子纠错的基础上,构建可编程通用量子计算机。由于技术上的难度,何时实现通用量子计算机尚未明确,学术界一般认为还需要15年至20年,甚至更长的时间。

实际上的阻碍

没有硬体,一切都将是空谈

现在量子计算产业最大的挑战就是硬体,量子比特的规模太小。而真正需要应用,就需要在保证质量的同时要大规模提高量子比特的数量,所以要很快推到几百、几千、几万,甚至是百万量子比特的规模,而这也是当下硬体投资比较火热的原因。

这也是为何全球80%的投资都投在量子计算机硬体件本身,硬体是当下的投资重点,软体生态可能占据不到20%。

主要的困难

根据英特尔的说法,目前这个行业仍遇到以下几个重大的阻碍待克服:

  • 量⼦位元纠错⽅⾯的⼯作:确保量⼦位元有够⻑的⽣命期,寿命必须⻑到它能够完成⼀些有意义的计算。这就就像人造太阳核融核一样,必须找到核融核寿命够长,而且能受到人为控制时,才有商业化的可能。
  • 实现在本地对量⼦位元的控制,⽽非通过远端连线来控制。
  • 路径上的安排:也就是如何把量⼦位元真正地放到⼀个物理的量⼦位元系统当中。
  • 量⼦位元之间的连接:就是将量⼦位元连接起来,形成⼀个比较有规模的⼤系统。

参与的厂商

除了中国大陆,目前全世界主要的商用制造商都在北美,他们的进度、各自的发展、和达成的里程碑如下:

制造商美股代码进度、发展、和里程碑
中国中科院 未上市 2021年十月,中国超导研究团队构建了66比特可编程超导计算原型机「祖冲之⼆号」,比⽬前最快的超级计 算机快⼀千万倍。
2020年构建76个光子的原型机「九章」,处理高斯玻色取样问题的速度比超级计算机快一百万亿倍。
国盾量子(Quantum CTek)上海688027量子通讯产品的开发、生产和技术服务,包括金融、电子、通讯等多领域,参与过京沪高铁量子保密通讯干线和「墨子号」量子卫星的技术服务。全球首家上市的相关企业。
国仪量子(CIQ Tek)未上市 中国科大超导研究团队建立的新创公司
本源量子(Origin Quantum)未上市 中国科大超导研究团队建立的新创公司
图灵量子(Turing Quantum)未上市中国率先发展光量子晶片和光量子计算机的公司
百度BIDU2022年百度正式发布产业级超导量子电脑「乾始」
SpinQ未上市在2023年11月成功向一家中东科研机构交付自主研发生产的超导量子芯片
D-WaveQBTS2020年为止,客户已经用D-Wave的系统构建了200多个应用程序。
2015年时字母和NASA采用D-Wave的量⼦电脑,取得比传统电脑快一亿倍的效能。
著名的客户包括福斯汽车、字母 、埃森哲、NASA、洛克希德·马丁、DENSO、ISC、橡树岭国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室。
成立于1999年,全球第一家相关的商业供应商,也是相关应用服务软体的开发商。
字母GOOGL和GOOG2022年分拆旗下相关部门为独立的公司Sandbox AQ
2021年时宣布10 年内要打造具有纠错机制的量子电脑。
2019年时在《自然》杂志上发表篇论文,声称自己拥有52个量子位的Sycamore量子电脑已经取得了量子霸权,但立即遭英特尔、国际商业机器公司吐槽说字母过度夸大。
2018年时公布 72 量子位元处理器,并把量子演算法框架 Criq开源。
英特尔INTL主要的合作伙伴是荷兰的 QuTech。
2021年时宣称以英特尔的低温控制晶片 Horse Ridge能控制电⼦元件能够在低温环境下以⾼精度⽅式运作。
2017年时能支援17 量子位元。
RigettiRGTI由矽谷量子电脑开发者Chad Rigetti于2013年成立的Rigetti公司,将于2021年10月7日开始推出第一台商用量子电脑。2021年透过SPAC合并后上市。
IonQIONQ2021年透过SPAC,IonQ与dMY合并后上市。客户包括 Breakthrough Energy Ventures、现代汽车和起亚公司
牛津量子电路未上市 拥有全英国唯一商用量子电脑
IQM未上市 来自欧洲的超导量子计算公司
国际商业机器IBM2022年10月推出量子电脑 Osprey,支援 433 量子位元,是去年宣布的 Eagle 机器的 3 倍。
2022年5月公布新量子发展路线,超过4,000量子位系统 2025 年将亮相
2021年IBM揭晓127量子位元晶片Eagle,两年内在部分应用将取代传统电脑
2019年开发出全球首台独立的IBM Q System One,目前是利用互联网出租,未来不排除对外出售。
2019年时能支援20 量子位元。
汉威联合HON2021年,剑桥收购量子计算,打造全球最大的量子计算公司
2020年时投资Zapata及Cambridge合作开发量⼦演算法及软体,并推出量⼦电脑Model H0后,Honeywell再推出更强的System Model H1。
2020年以离⼦阱技术成功制造出量⼦电脑,并透过微软 Azure。
云端服务提供使⽤者存取,宣称是迄今最强⼤的商⽤量⼦电脑,摩根大通将成为其首家客户。
Xanadu量子技术未上市2022年Xanadu的量子电脑Borealis,能在36微秒,完成与高斯玻色采样(gaussian Boson sampling,GBS)有关的运算。现今最强大的超级电脑执行同一任务需要9,000年时间
亚马逊AWSAMZN2022年亚马逊云科技宣布成立量子网路中心Amazon Centerfor Quantum Networking, CQN
2022启用以超导量子比特技术为基础的八量子比特量子处理单元,命名为Lucy的量子处理单元(QPU)。
Amazon Braket 是一项AWS的完全托管服务,支持混合量子工作负载,让客户可以存取以下三个初创公司的量子硬体方案:D-Wave Systems、IonQ 和 Rigetti。
Quantum ComputingQUBT提供Qatalyst应用程式加速器以在传统计算机上建立和执行符合量子应用的程式,同时准备在量子计算机上运行,并提供多个量子处理单元,合作伙伴包括 DWave、Rigetti 和 IonQ。
微软MSFT2020年开放云端量子服务Azure Quantum给所有客户。
2019年发表云端量子服务Azure Quantum,供开发人员研究;而且宣布量子开发套件的 Q# 编译器开源,也推出量子模拟器。
2017年推出量子开发套件的 Q# 编译器。
2005 年成立了「Station Q」实验室。
辉达NVDA辉达提供cuQuantum,这是一个软体开发套件,包含优化的库和工具,用于加速量子计算工作流程

究竟谁是目前的领导者?

IBM公司引领着全球超导量子计算的技术发展,从当前的发展态势来看,包括字母在内的其他超导量子计算公司短时间内很难超越,IBM也代表了美国在超导量子计算机领域的国际地位。

它的价值在那里?

量⼦计算可以解决很多⽬前常规计算能⼒无法解决的问题,例如材料模拟、药品模拟、后量⼦时代的加密演算法等。量⼦计算离真正地实现⼤规模商⽤,最乐观的估计至少都还需要 10 年以上才能真正商品化,即使进入到商⽤阶段────也就是说现有的演算法大部份都还是仍旧有效,不会让传统的计算⽅法失效。例如深度学习、⼈⼯智慧(请参见我之前的部落格文章《人工智慧的投资陷井》)等,变得过时或无效。

量子计算
credit: finbold

量⼦计算机看来绝对能颠覆现有使用几十年的计算方式,连现在任何最先近的超级电脑在它眼前都只是小儿科。但是,我要提醒投资人,一如超级电脑,量⼦计算机非常昂贵,用途有限,市场很小────不会是很好的投资标的。要不然世界上最著名的克雷(Cray Inc.)超级电脑公司也不会破产倒闭,并被慧与(美股代码:HPE)收购,因为用得起克雷超级电脑的客户很稀有,在台湾除了无法证实的情报单位外,只有中央气象局。

潜在市场有多大?

IDC曾预计,全球量子计算市场将从2020年的4.12亿美元增长至2027年的86亿美元,年复合增长率达50.9%。

结论

以下几点是截至目前为止,投资人对量子计算发展的必需认识:

  • 最重要的是必需有可普及化且可实际运用的「实体机器」!量子计算机硬体的发展是重中之中,没有实体的量子计算机,一切都是空谈。
  • 量子计算如果能普及成真,的确或颠覆至令为止的计算方式;包括目前使用中的电脑,程式码的设计方式,计算机科技界的思考方式都将全部改变。
  • 量子计算距离平民化的实用阶段,还非常遥远。
  • 目前已被证实的应用领域包括加密,超高速计算,通讯,生技新药的开发都会随着量子计算机硬体的发展而获得空前的突破。

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在〈量子计算(Quantum Computing)目前的进展,概念股有哪些?〉中有 1 则留言

  1. https://www.chinatimes.com/realtimenews/20240206005058-260417

    许多美国专家认为,这个想法近乎狂想,实际上是不切实际的。前战斗机飞行员潘尼在她的简报会上说:「没有令人满意的方法来储存该参考粒子,或者在不打破它们纠缠的情况下,检查它们的状态,即使可以,也不清楚这个技术,如何变成军事上有用的目标跟踪。」

    「美国军事界已达成共识,认定量子雷达不切实际,没有必要进行投资。」

    我怎么觉得希特勒当年对原子弹也说过类似的话

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