觀星者:量子計算及商業(yè)應用方向研究報告
matthew 2019.04.27 15:49
商業(yè)模式演化核心邏輯:
量子計算元年,商業(yè)發(fā)展集中在B端應用層;5年后用戶滲透率小于1%,個人應用不再有門檻;量子計算10年用戶滲透率高速增長結束,用戶滲透率在40%左右。
以2019年為例,如果天基量子計算商業(yè)構想在2019年投入應用,那么當年量子計算潛在市場規(guī)模在110億美元,2024年達到429.1億美元。生物制藥、化工、光伏、搜索、數(shù)字安全和機器學習是量子計算潛在市場規(guī)模最大的貢獻者,其中生物制藥、化工兩個行業(yè)因為體量龐大,且已行成外包研發(fā)的習慣,最有可能成為量子計算商業(yè)應用的溫床。
對天基量子計算公司而言,果斷轉型與尋找行業(yè)合伙人,這兩件事最為重要。而對于使用量子計算的公司而言,甩掉過去的品牌包袱,重塑生產鏈條最為重要。
真理是知識的詛咒
它一直都在那里,只是幾千年來我們從未發(fā)現(xiàn)
量子物理是物理學的一個重要分支,它是在微觀尺度上發(fā)現(xiàn)和解讀宇宙法則的科學。由于人類獨特的生物特性,我們主要依靠“視、聽、嗅、味、觸”這五感來和真實的物理世界產生交互。而在這五感中,又以“視、聽、觸”更為直接,這導致在過去幾千年來,面對未知領域的探索,我們主要關注的對象都是以“眼見為實,手觸為真”為核心的。基于這樣的認知,人類物理學從零開始建立了宏觀尺度上的經典力學理論大廈,讓人類得以窺見宇宙真理的一小部分。然而隨著人類探究宇宙真理的深入,讓人類知道了五感之外的世界,意識到“眼睛見不到的也可能是真實”,而這時,經典力學理論在解釋和描述微觀世界時愈發(fā)吃力,所以在20世紀初,量子物理伴隨著爭議登上歷史舞臺。
但就像宇宙刻意為人類創(chuàng)造了障礙一樣,在很長一段時間內,甚至當下,人類都不得不以自己能夠理解的方式去解讀量子物理,我們想象著如果自己足夠小,便可以看到微觀粒子的運動軌跡并發(fā)現(xiàn)新的宇宙法則,并為之付諸各種努力??上н@種嘗試非但沒有解決問題,反而帶來了更多的疑問?;蛟S這種思想理念只是包裹在科學外衣下的“物質可無限切割論”,所以物理學在這條道路上走得并不順利。工欲善其事必先利其器,目前量子力學的突破只能依靠于人類的大腦找到另一套解讀微觀世界的理念。
不過盡管理論上遭遇重重困難,但是在量子物理的應用上,卻已經給人類世界帶來了巨大的成就:半導體、電子元件、激光等,都已經初見成效。人類通過五感無法觀察并控制電的流向,波的律動以及能量的強弱。這些都需要利用微觀世界的物理法則加以控制,而這也是人類研究量子物理的現(xiàn)實意義之一。
粒子的能量和狀態(tài)
現(xiàn)在科技均以控制粒子能量大小為基礎
每一輪明顯的技術進步,都潛移默化的解決了上一個時代的若干難題。而這些難題在下一個時代的眼中,似乎是天經地義,習以為常的事情。所以今天當我們梳理電子科技時,很少會從工作原理的視角出發(fā),仿佛計算機才是一切的原點。但是在量子物理的視角下,計算的原理才是原點。截止目前,人類電子科技的一切都是基于“0和1”的二進制的運算,然而機器實現(xiàn)解讀0和1的原理,是利用了能量的大小。極簡化的去講,一個信號累計了大量的電子,它所聚集的能量就多,這代表1;而一個信號累計少量電子,它的能量就少,這代表0。人類利用信號攜帶能量的高低,實現(xiàn)了機器的運算,建立了今天宏偉的互聯(lián)網科技世界。然而到了量子計算時代,信息識別不再基于能量的大小,而取決于粒子的狀態(tài)。如前文所述,目前人類尚無法理解在粒子這個層面的微觀世界遵循何種物理法則,所以我們只能通過已知的實驗結果,去推算粒子在不同狀態(tài)下的概率。并利用工程手段,創(chuàng)造粒子變成某種狀態(tài)下的環(huán)境。進而實現(xiàn)用狀態(tài)代表不同的含義,完成運算。
目前常見的量子計算是基于電子自旋方向這種狀態(tài)上的運算,傳統(tǒng)邏輯框架認為,一個電子的旋轉方向是客觀現(xiàn)象,所以無論電子自旋方向如何,它只能各代表一個確定的狀態(tài),即1或者0。然而在量子理論下,一個電子自旋的方向,既可以是向上的,又可以是向下的。只要我們不去觀測,就永遠無法得知。所以一個量子比特(在本文語境下指電子),就可以同時實現(xiàn)0和1的雙重計算。在同樣的運算媒介(泛指芯片材料)上,量子計算的效率要遠高于傳統(tǒng)計算。如果最終粒子可控的狀態(tài)更加豐富,或許基于二進制的數(shù)碼帝國,就會迎來更深刻的變革,采取更復雜進制作為基礎計算框架。
為了人類微電子科技的延續(xù)
量子領域的研究是科技發(fā)展自身與人類追求的雙重結果
量子物理的研究首先是為了解決傳統(tǒng)力學體系在微觀系統(tǒng)中“失效”的問題,但是量子物理的現(xiàn)實應用卻給量子領域的研究帶來了更多意義。比如:摩爾定律的上限、芯片大小的極限、散熱問題、材料應用和量子化學等……
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