量子计算新范式,加速算力新革命.pdf

量子计算尚未实用化落地,纠错是关键。量子计算是以量子比特为基本运算单元,利用量子叠加、干涉、纠缠等量子特性进行信息处理的计算新范式。与经典计算中“比特”只能以确定性方式表示0或1不同,“量子比特”可同时表示|0>和1>的叠加态。在特定场景下,量子计算可实现对经典计算的指数级加速。当前,量子计算处于前期探索的关键阶段,构建逻辑量子比特进行量子纠错是推动量子计算实用化落地的重要举措。
量子计算多种技术路线并存,尚未收敛。量子计算技术路线包括超导、离子肼、中性原子、光量子、半导体等,哪种技术路线能最终胜出仍未有定论,技术路线尚未收敛。超导量子计算核心是利用约瑟夫森结构建二能级系统,是业界研究最多、发展最快的路线之一,海外Google、IBM等巨头以及国内“祖冲之”、“本源悟空”等系列均采用超导路线;离子肼是通过囚禁离子链构建二能级系统,保真度高、相干时间长,当前研究重点是扩大量子比特规模;中性原子是利用光镊阵列囚禁中性原子构建二能级系统,可扩展、长相环需解决能级不稳定以及光镍阵列工程化等问题;光量子是以光子偏振/路径自由度编码量子比特,抗干扰能力强、相干时间长,但逻辑操作难度较高。
构建性能优异的逻辑量子比特并扩大其规模是重点。量子计算优越性得到验证后,构建性能优异的逻辑量子比特并扩大量子比特规模成为全球量子计算领先企业的研究重点。Google是量子计算引领者之一,在实现量子优越性之后,研究重点转向量子纠错,目标是2030年前后制造、连接和控制100万个量子比特,实现大规模容错量子计算机;IBM目标宏大,旨在2029年建成拥有200个高质量逻辑量子比特的“IBM Quantum Starling”容错量子计算机;QUANTINUUM是离子肼路线佼佼者,计划2029年实现100个逻辑量子比特;芬兰1QM是欧洲量子计算之星,计划2030年实现容错量子计算。国内,“九章”系列是光量子路线之代表,率先在国内实现量子优越性,“祖冲之”系列已迭代至“祖冲之三号”,拥有105个可读取比特和182个耦合比特。总体看,量子计算优越性已实现多次验证,构建高质量逻辑量子比特并扩大其规模成为业界研究重点。国内超导、离子阱、光量子等多技术路径全面发展。国内量子计算相关企业在超导、离子阱、光量子等多条技术路线均有布局,如国内量子、本源量子是超导路线,华阴量子是离子阱路线,图灵量子是光量子路线。国内量子计算产业成果频率:“九章”、“组冲之”列具有全球领先性;质子质子参与的合肥超量融合计算中心项目于2025年下半年验收等。国内量子计算行业欣欣向荣,相关公司全面布局多条技术路径,行业未来发展前景较为乐观。
投资建议:量子计算凭借在特定问题上远超经典计算的计算能力备受广泛关注,量子计算尚未成熟,各技术路线尚未收敛,但量子计算优越性已得到多次验证,构建高质量逻辑量子比特并扩大其规模逐渐成为业界研究重点,而这也是推动量子计算实用化落地的关键之一。国内超导、光子器、离子阱等多条技术路径全面布局,部分量子计算成果具备全球领先性。因此,国内深耕量子计算并具备一定先发优势的相关公司以及上游核心硬件厂商潜力较大,建议关注产业链相关公司投资机会。
风险提示:(1)技术突破不及预期的风险。(2)技术路线选择失误的风险。(3)产业化落地不及预期的风险。
量子:事物非连续,而是以最小单元跳着变化的特性称为量子化。微观世界里,电子的能量、离子的电荷等都是量子化的。例如,盈原子中电子的能级是量子化的,只能取某些分立的值。
学子科技:基于量子力学基本原理来认知、计算与传递信息的技术体系。波粒二象性、概率性、叠加态和纠缠是量子科技的核心特性。学子计算、量子通信和量子精密测量是量子科技的重要研究领域。
量子计算是量子科技的重要组成部分,其以量子比特为基本单元,利用量子叠加、干涉、纠缠等量子特性,通过量子门操作对量子态进行优化,最终获取计算结果。
经典计算的基本运算单元为“比较”,只能以确定性方式表示0或1,进行数据的二制造运算。量子计算的基本运算单元为“量子比特”,量子比特具有叠加特性,可同时表示|0和1的叠加态,可以用一个二维复数向量空间中的向量来描述:|y>=|0|0+|β1>,其中,α和β为概率概率,满足归一化条件α2+β2=1。
特定场景下,量子计算可实现对经典计算的指数级加速。量子计算的威力在于:N个经典比特组合时,任意时刻只能表示2个可能状态的一种;而对于一个由N个量子比特组成的系统,整个系统可以同时处于2N个经典状态的叠加态中。这意味着随着量子比特数的增加,量子计算机的计算能力将呈指数级增长。

 

 

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