量子计算今天能做什么?

作者: CBISMB

责任编辑: 邹大斌

来源: CBISMB

时间: 2026-07-06 11:15

关键字: 量子计算 NISQ FTQC 后量子密码学 Q-Day

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当今新兴技术中,只有智能体人工智能能与量子计算在企业影响力方面的炒作和承诺相媲美。虽然量子计算的重大研究仍在继续,但今天已经存在学习和试点量子计算的机会。

从通过信用卡购买原始虚拟机起步,到如今超过9000亿美元的云计算产业,用了20年时间。专家们为量子计算提出了类似的时间表,并建议更多企业需要投资于培养技能、评估商业机会以及应对安全挑战。Bain公司估计量子计算的市场潜力在1000亿至2500亿美元之间,主要应用领域包括机器学习、物流网络优化和药物发现。

当今的量子计算基础设施

如今,可以在嘈杂的中等规模量子(NISQ)硬件上进行量子计算实验。这些设备具有噪声,量子计算容易出错,因此试点项目通常是混合式的,将量子计算与经典计算配对使用。其规模限制在50至1000个物理量子比特,量子比特是量子计算中用于编码数据的基本信息单元。当今最大的量子计算机拥有1121个量子比特。

Immersive首席网络安全工程师Ben McCarthy表示:"虽然量子计算尚不适合日常企业工作负载,但组织已经可以通过云端访问量子系统,探索优化、模拟和建模应用场景,特别是在医疗保健、能源和高级研究领域。这些早期努力有助于团队理解量子计算最终可能在哪些方面带来价值,以及它如何融入现有的运营模式。"

目前有几个可以实验量子计算的选择:

  • Amazon Braket、Azure Quantum和IBM Quantum Platform是三大广泛的多用途量子计算即服务(QCaaS)提供商,它们提供显著的优化能力,暴露多个硬件后端,并将量子步骤与常规计算融合。
  • 专业服务商如D-Wave的Leap和Zapata Orquestra,专注于优化密集型工作负载,例如计算配送路线、人员排班或大规模金融投资组合。
  • 硬件供应商如IonQ、Rigetti和QuEra,接入量子计算生态系统,为企业提供基于云的不同量子比特技术的实际访问。
  • 动手学习机会可从Amazon、Immersive、QuLearnLabs和The New School获得,也可从CERN、IBM、MIT、Quantum Learning Lab以及其他在线课程、认证和大学项目中获取。
  • Hitachi Vantara数据智能全球平台与解决方案负责人Dia Ali表示:"量子计算的潜力通过顶级公司和研究机构的持续进步得以证明。这些进展表明,尽管量子计算尚未实现广泛使用,但计算方法的进步正在缓慢但显著地推进。"

    量子计算何时及何地规模化

    Nvidia CEO黄仁勋表示,非常实用的量子计算机还需要15到30年。但其他人对渐进式创新的时间表更为乐观。行业的北极星目标是容错量子计算(FTQC)和容错应用级量子(FASQ)系统,这些系统能够运行长时间、无错误的计算。IBM目标在2029年前交付FTQC能力,作为FASQ的前奏,而专家预测FASQ可能要到2030年代甚至更晚才能实现。

    IBM研究人员报告称,59%的受访高管认为量子赋能的人工智能将在2030年前改变其行业,但只有27%的人预计其组织届时会使用量子计算。考虑到FTQC的可用时间线,拥有巨大优化机会的大型企业将成为早期采用者并不令人意外。

    不同行业的应用场景

    虽然可以低成本尝试QCaaS,但发现阶段的试点可能代价高昂。一项估算预算为15万至45万美元,需要两到三名专家工作三到六个月,之后还有两个更长、更昂贵的开发阶段。

    DigiCert产品管理高级总监Kevin Hilscher表示:"当前正确的举措是确定量子计算最终可能在哪里创造真正的商业影响,理解这些应用场景将如何改变现有工作流程,并密切跟踪量子和软件提供商的进展。例如,生命科学公司已经在探索量子如何加速分子建模和药物发现,而金融机构正在评估其在风险建模和优化方面的潜力。现在就开始这些基础工作的组织,将在商业量子能力出现时处于更有利的位置。"

    Hitachi Vantara的Dia Ali补充道:"分子研究、金融分析和优化问题是量子计算能够解决的几种复杂情况。"一些量子计算试点示例包括:

  • 汇丰银行模拟了不同的债券交易价格预测模型,发现量子计算的性能比经典模型高出多达34%。
  • DHL的量子驱动车辆路径算法试点,针对拥堵城市的配送,可减少高达10%的行驶里程。
  • 分子研究示例包括预测药物分子是否保持稳定并按预期结合、绘制小RNA链的3D形状,以及模拟潜在抗癌药物如何与其靶点相互作用。
  • Booz Allen高级量子科学家Jordan Kenyon建议:"一项技术的功效,既取决于其内在能力,也同样取决于其实施方式。真正用量子技术交付任务影响,需要一支由技术专家和任务专家组成的骨干团队共同合作,确定这些新颖方法在何时何地值得进一步投资。"

    为安全影响做好准备

    安全是一个主要关切,因为量子在研究分子相互作用方面拥有的计算能力同样正被应用于数据加密。过渡到后量子密码学(PQC)将需要在Q-Day(量子计算机能够破解现有加密算法的时刻)之前进行大量实施工作。这次过渡可能比修复1990年代末的千年虫漏洞更为复杂和昂贵,后者估计花费了3000亿至6000亿美元。

    Protegrity量子安全顾问、MIT理论物理中心博士生及NSF研究生研究员Arjun Kudinoor表示:"对当今企业而言,最重要的步骤不是采用量子硬件,而是将公钥基础设施升级到PQC。虽然能够破解RSA-2048等大密钥加密的量子攻击尚不可行,但现在加密的数据未来可能会变得脆弱。"

    RAD Security联合创始人兼CTO Jimmy Mesta表示,攻击者已经在窃取加密数据,赌的是将来可以用量子计算解密。"企业应当开始识别长生命周期的秘密信息,如客户PII、敏感知识产权和认证密钥,并为PQC做好准备。防御者不知道量子计算何时会破解加密,但我们确实需要为此做好准备。"

    如何入门

    领导者、工程师和开发人员首先应该更多地了解量子计算的机会、基础设施、开发方法和安全风险。

    存在显著的人才缺口,这应当引起企业领导者的关注,同时也是寻求新的高就业率技能的工程师的机会。麦肯锡的研究发现,2025年每个量子职位空缺仅有一名合格候选人,并预测当年只有不到一半的量子岗位能够招到人。在2025年ISC2网络安全劳动力研究中,量子计算在最需要的技能中排名最后,回应率仅为17%。

    ISC2的CISO Jon France表示:"对大多数企业来说,当今的量子计算更多是关于学习和准备,而非规模化地运行有意义的工作负载。实际的做法是通过基于云的量子服务进行实验,并开始理解这些系统最终如何与现有IT环境集成,同时培养未来所需的技能和安全思维。将这一阶段视为有节制的、动手学习阶段的组织,将在量子能力开始交付真正商业价值时做好更充分的准备。"

    SAS研发部门首席量子系统架构师Bill Wisotsky表示:"我们对量子计算可能实现的理解,随着硬件、错误缓解和理论的进步而不断演变。组织今天就可以采取有意义的行动,开发当量子计算技术到来时至关重要的知识产权。通过现在建立强大的专利、出版物和技术专长组合,他们将在量子计算达到成熟时处于更有利的位置。"

    量子计算正在引发巨大的炒作,但这并非没有道理。对工程师而言,量子计算提供了在安全、数据工程和计算领域学习高需求技能的机会。对企业而言,机会在于确定解决大规模计算挑战在何处以及如何为新的商业机会和效率铺平道路。而所有企业都需要为Q-Day做好准备。

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