量子計算首進AIR項目 摩爾定律將遭降維打擊？

近日，阿里巴巴創新研究計劃AIR啟動2020年項目征集。項目官網顯示，阿里今年開放了12個前沿領域的科研合作，量子技術首次位列其中。根據公開信息，阿里巴巴達摩院在2017年成立量子實驗室開展技術攻堅。阿里巴巴表示，將繼續向全球頂級高校和科研機構開放經濟體的全場景資源。

據了解，AIR計劃已實施三年，已與全球100多所高校開展500多項學術合作，產生學術論文300多篇、國際競賽冠軍30多項。全球Top100高校有近30所參與AIR計劃，國內“985”高校也有六成以上是阿里的合作伙伴。AIR計劃還凝聚了眾多國際學術大牛，包括10多位IEEE Fellow和TR35榮譽獲得者。

近年來，一直處于科技前沿的阿里達摩院，儼然已成為中國量子計算研究的領頭羊之一。2015年，阿里巴巴和中科院進行合作。2017年，密西根大學教授施堯耕加入阿里巴巴，加速了阿里在量子計算上的發展;同年，阿里巴巴宣布其與中科院聯合打造的量子云平臺上線。

今年以來，阿里布局量子計算明顯加速：年初，阿里達摩院公布2020十大科技趨勢，明確表示量子計算進入攻堅期;3月，阿里巴巴達摩院南湖項目正式開工，總投資約200億元，主要研究方向包括量子計算;此次廣發英雄帖，首次將量子計算納入項目范圍，則是阿里今年在該領域的再次重磅加碼。

摩爾定律或將失效 量子計算攻堅迫在眉睫

在過去幾十年時間里，摩爾定律(集成電路上可容納的元器件數目約每24個月增加一倍)不斷推動傳統計算機算力的升級，但未來隨著晶體管間距接近1nm傳統的技術演進接近其物理極限，量子隧穿效應則不可避免，無法再通過PN結控制電路通斷來實現邏輯，這時就不得不考慮利用量子特性、以全新的方法去實現更強的算力、更低的功耗。

目前，集成電路的發展已經進入第二階段，臺積電已經開始試產基于5nm FinFET工藝的晶體管，PPA指標相比7nm進一步，即將跨入3nm左右的技術節點，因而跳出摩爾定律，盡早實現量子計算的商業化，成為了各國乃至各大高科企業迫在眉睫的問題。

實際上，量子計算概念提出已久，因其原理的顛覆性以及算力增長的爆炸性，一度被認為是對傳統計算機的“降維打擊”，華為創始人任正非甚至曾放話稱“區塊鏈在量子計算面前一錢不值”。

公開資料顯示，量子計算機是基于量子力學原理構建的計算機。量子態疊加原理使得量子計算機每個量子比特(qubit)能夠同時表示二進制中的0和1，從而相較經典計算機算力發生爆發式增長，形成“量子優越性”。

具體來說，在解決實際問題的過程中，CPU采用“串行”計算，即將一個問題的若干部分按照順序依次進行運算;GPU 采用“并行”計算，即將一個問題拆成若干個小問題后，同時對每個小問題的一部分進行運算;QPU則利用量子疊加性快速遍歷問題的各種可能性并找到正確答案。

形象地說，CPU算力隨比特數n的增長呈線性n增長，GPU算力隨比特數n的增長呈平方次n×n增長，QPU(量子處理單元)算力隨比特數n的增長呈冪指數2n增長。

政府加碼、大廠爭先落子 量子計算或引爆千億市場

美國是量子計算布局里較早也是較積極的玩家之一。2019年，美國政府發布未來工業發展計劃，將量子信息等四大關鍵技術視為未來科技和產業發展的“基礎設施”，認為發展量子信息科學能夠保持美國在全球產業變革中的主導地位。

政策上的持續加碼，讓美國在全球量子計算研發上占據主導地位。公司方面，谷歌、IBM、微軟、亞馬遜等本土科技企業均已在該領域獲得部分成果。

其中，谷歌量子計算硬件方面代表了目前全球最高水平之一，于去年10月宣布實現了“量子優越性”，為目前全球量子計算機經過實測的最強算力，同時給量子計算帶來了真正意義上的“高光時刻”。

與此同時，德國、英國、日本等國也相繼出臺了量子計算領域的發展規劃，中國政府也在積極推動量子計算技術，先后啟動“自然科學基金”、“863”計劃和重大專項等科研項目，多次提及量子計算的戰略地位，支持量子計算的技術研發和產業化落地。

不過，目前來看，量子計算在真正商業化之前，還有較長的路要走。大多數專家認為，未來10-15年內量子計算機有望實現商業應用。波士頓咨詢測算，在不考慮量子糾錯算法的情況下，2035年全球量子計算市場規模為20億美元，2050年將達到600億美元;在考慮量子糾錯算法的情況下，2035年全球量子計算市場規模為2600億美元，2050年將達到2950億美元。

中金公司認為，中短期內，量子計算機在達到商業應用程度后，小型化問題依然難以解決，通過云計算提供服務是其可能的形態。而這也是谷歌、IBM、微軟、亞馬遜、阿里巴巴等全球科技巨頭率先推出量子云服務平臺的原因之一。

結合行業內專家觀點，中金公司總結稱，量子計算將在新藥開發、密碼、人工智能有廣闊應用場景。