原創(chuàng) 上?？萍?上?？萍?上海

你是否好奇，一種新藥的研發(fā)周期從10年縮短到5年、電池續(xù)航提升一倍、AI訓(xùn)練成本被壓縮，這些看似“科幻”的想象如何成為現(xiàn)實(shí)？

近日，在“量子計(jì)算——從實(shí)驗(yàn)室走向場景落地”科技沙龍上，科學(xué)家和企業(yè)家圍繞具體場景，探討了量子計(jì)算在藥物研發(fā)、電力管理、新材料探索以及人工智能領(lǐng)域的場景應(yīng)用。

一場關(guān)于量子應(yīng)用的“想象力測試”正在進(jìn)行。今年6月，上海市科委發(fā)布《關(guān)于征集上海市量子計(jì)算應(yīng)用場景的通知》，向政府部門、企事業(yè)單位、新型研發(fā)機(jī)構(gòu)、企業(yè)、在滬外資企業(yè)等廣泛征集“可跑通、可推廣、有標(biāo)桿”的量子落地應(yīng)用案例。

上海量子科學(xué)研究中心副主任陸朝陽強(qiáng)調(diào)：“就像人類首次發(fā)射衛(wèi)星，第一步是能力驗(yàn)證。”當(dāng)前量子計(jì)算技術(shù)仍面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，但這一步跨越意義重大。從理論構(gòu)想到產(chǎn)業(yè)落地，量子計(jì)算正穩(wěn)步邁進(jìn)。

PART 01

藥物研發(fā)的加速器

研發(fā)一種新藥通常需十年以上時(shí)間和數(shù)十億美元成本，原因是傳統(tǒng)計(jì)算在模擬復(fù)雜生物分子相互作用時(shí)效率低下。復(fù)旦大學(xué)教授李曉鵬表示：“量子計(jì)算在藥物研發(fā)領(lǐng)域的最大優(yōu)勢是能高效模擬分子結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制，這種‘看清微觀世界’的能力是傳統(tǒng)計(jì)算無法企及的?！?/p>

量子計(jì)算能精確模擬藥物分子與靶點(diǎn)的相互作用，快速篩選出有潛在活性的藥物分子，將新藥從發(fā)現(xiàn)到上市的時(shí)間大幅縮短至5 - 8年。

借助高效量子化學(xué)計(jì)算，研究人員可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜大分子的結(jié)合能計(jì)算、結(jié)構(gòu)預(yù)測及反應(yīng)過程模擬，降低藥物研發(fā)成本并縮短周期。

同時(shí)，李曉鵬指出，量子計(jì)算機(jī)研制和量子算法開發(fā)仍是科學(xué)前沿問題，如提高量子計(jì)算門保真度、提升多電子模型的量子比特編碼效率、開發(fā)更高效的量子模擬算法等，科學(xué)家們正在逐步攻克。

PART 02

算力、電力、財(cái)力的精準(zhǔn)“智腦”

隨著國家建設(shè)發(fā)展，社會對算力、電力、財(cái)力系統(tǒng)的需求提高，系統(tǒng)復(fù)雜性顯著增加。量子計(jì)算機(jī)憑借處理復(fù)雜問題的能力，有望成為這些關(guān)鍵領(lǐng)域的重要支撐。上海光機(jī)所研究員呂旭東正推進(jìn)大規(guī)模高保真的中性原子量子計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)研發(fā)。

未來量子計(jì)算機(jī)有望成為電力系統(tǒng)的“精準(zhǔn)智腦”，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)時(shí)高效優(yōu)化調(diào)度，性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算方法，是破解未來能源難題的重要手段。電力優(yōu)化問題是多學(xué)科交叉的復(fù)雜領(lǐng)域，可應(yīng)用于電力系統(tǒng)全鏈條。通過量子計(jì)算優(yōu)化電力分配策略，可降低輸電損耗，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性與可靠性。

此外，國際地緣政治復(fù)雜，全球資本市場波動大，量子計(jì)算技術(shù)在金融領(lǐng)域的應(yīng)用可幫助金融系統(tǒng)快速精準(zhǔn)評估風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化資產(chǎn)配置和交易策略，提升金融系統(tǒng)效率與穩(wěn)定性，成為財(cái)力系統(tǒng)的強(qiáng)大“智腦”。

目前，國家電網(wǎng)等企業(yè)已與量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)合作，探索實(shí)際應(yīng)用場景。呂旭東表示，未來量子計(jì)算規(guī)模化應(yīng)用將提升國家能源安全、金融穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率。

PART 03

材料科學(xué)的“顯微鏡”

材料科學(xué)領(lǐng)域長期處于探索階段，科研人員需長時(shí)間試驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)新材料，傳統(tǒng)計(jì)算對材料微觀結(jié)構(gòu)模擬存在瓶頸。

李曉鵬說：“從磁懸浮到無耗散信息處理，對高效新材料的探索將‘用量子打敗量子’。”量子計(jì)算可準(zhǔn)確預(yù)測材料物理和化學(xué)性質(zhì)，快速篩選材料結(jié)構(gòu)和成分組合，加速材料性能優(yōu)化。

陸朝陽指出：“量子計(jì)算能準(zhǔn)確模擬材料中原子的量子行為，如同微觀‘顯微鏡’，可直接觀察材料內(nèi)部。”例如，高溫超導(dǎo)材料研究停滯，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)計(jì)算難以模擬電子間復(fù)雜的量子相互作用，而量子計(jì)算能精準(zhǔn)模擬這些效應(yīng)，為材料科學(xué)家提供結(jié)構(gòu)信息。

PART 04

人工智能的“超級引擎”

人工智能發(fā)展對算力需求呈指數(shù)級增長，傳統(tǒng)計(jì)算的局限性日益凸顯，難以支撐復(fù)雜的深度學(xué)習(xí)模型。

量子計(jì)算與人工智能的融合并非簡單增加算力，而是全新的智能范式。在深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練中，經(jīng)典計(jì)算機(jī)訓(xùn)練復(fù)雜策略優(yōu)化可能需數(shù)十小時(shí)甚至數(shù)天，而量子計(jì)算介入后，時(shí)間可能大幅縮短至分鐘甚至秒級。

李曉鵬還指出：“量子網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜，經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)模型可被量子模擬，而量子網(wǎng)絡(luò)模型不能被經(jīng)典計(jì)算有效模擬。量子計(jì)算具有優(yōu)越的泛化能力，在相同參數(shù)規(guī)模網(wǎng)絡(luò)比較中，量子模型表達(dá)能力和加密數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)?！?/p>

這種融合為智能產(chǎn)業(yè)提供了更廣闊的發(fā)展空間，人工智能將邁向真正的“智能”。

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作者：藍(lán)悅

原標(biāo)題：《量子計(jì)算的N種場景落地：當(dāng)未來之匙插入現(xiàn)實(shí)之門》

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