王鑫

香港科技大学（广州）人工智能学域副教授信息枢纽人工智能学域副教授

量子计算是利用量子力学原理进行计算的一种全新计算范式，它采用名为量子比特的数据处理单元。不同于传统计算机的0和1比特，量子比特能够通过其叠加性质同时表示和处理多种状态，从而实现高效并行计算。通过量子比特之间的纠缠与干涉，量子计算在特定问题上展现出超越经典计算的优势，有望为攻克传统计算机难以解决的复杂问题带来突破。

目前量子计算已成为世界主要国家竞相布局的战略制高点，多个国家将发展量子信息科技上升到了国家战略。同时谷歌、IBM、英特尔、微软等科技巨头也已纷纷投入巨资，与众多初创企业展开角逐。可以预见，量子计算将与人工智能、大数据一道，成为引领未来信息技术革命的支柱之一。

全球的量子科技创新正处在一个密集而活跃的阶段，量子计算正不断推动信息领域颠覆性技术的涌现，并呈现出交叉融合和多点突破的发展态势。在此过程中，量子计算从硬件设备到软件算法均取得了显著进步。硬件方面，物理比特的数量已从几十个增加到数百甚至上千，推动计算能力指数级增长。多样的技术路径如超导量子计算、离子阱技术、中性原子计算、半导体量子点、光量子计算等百花齐放，不断提升量子比特的质量、规模和集成度。近几年，谷歌、中国科技大学和Xanadu等研究团队已经实现了“量子优越性”，证明了在特定任务上量子计算的表现可以远超传统的超级计算机。这不仅标志着量子计算从理论走向工程实践的转变，也预示着其在解决实际高价值的问题上展现出巨大潜力。然而，值得注意的是，当前量子硬件平台的量子比特仍面临量子噪声、控制难题和连通性等技术挑战。随着这些技术问题的逐步解决，预计在未来5至10年内有望实现成百上千个高保真度的逻辑量子比特，为解决特定的实际问题提供高效的计算资源。

量子技术在算法和软件开发层面的发展，也同样在推动着整个领域的整体进步，基于近期含噪中等规模量子设备的相关量子算法设计与应用探索正在加速开展。在这个方向上，变分量子算法与量子机器学习算法近几年受到了广泛关注，已在量子化学和优化问题等领域显示出其巨大潜力。这些算法与量子硬件的结合正不断加速量子计算应用落地。与此同时，随着各类量子编程语言和开发工具的不断完善，量子编程的门槛正在显著降低。从高层次的算法开发到底层控制技术，全栈的量子计算能力正逐步成形。此外，面向未来大规模通用量子计算的技术，如量子纠错和容错计算技术也不断取得重要进展，有望解决物理量子比特因噪声干扰而导致的问题，从而为构建大规模的逻辑量子比特计算平台奠定坚实基础。随着量子硬件和软件的协同发展，预计在未来5至10年内，量子计算设备的整体性能将得到极大提升，一个良好的量子计算软硬件生态系统将初步建立。

新技术是催生新产业的关键，也是形成新生产力的引擎。量子计算作为一种新兴的变革性技术，已经进入了高速发展的复利时代。展望未来，量子计算作为下一代计算范式的主要推动力，将与人工智能等技术交叉融合，推动多个领域的变革。特别是在物质材料、催化剂、药物设计和智能制造等领域，量子计算的应用有望解决一些传统技术难以克服的挑战，展现出巨大的潜力和价值。虽然量子计算的路途依然充满挑战，但其发展前景光明，预示着科技和产业的未来方向。