近年来，由于量子计算具有快速、廉价地解决大规模组合问题的潜力，因此在量子计算上投入了数十亿美元。最大的潜力可能是发现从量子解决方案中获益的其他新应用，下文就来让我们一起了解一下量子计算机的应用领域吧！

本文目录

1、量子计算机有什么用？

2、量子计算机应用于哪里？

3、2022年的五大技术趋势

量子计算机有什么用？

西班牙著名物理学家胡安·伊格纳西奥·西拉克指出，量子计算机领域的进步为金融、医药等领域的革新提供了一片充满可能性的蓝海。

1、促进新药和新材料研发

凭借其极高的处理能力，量子计算机将能够通过量子模拟同时研究多个分子、蛋白质和化学物质——标准计算机目前无法做到这一点，从而使科学家们能比现在更快、更高效地开发新药。

例如，瑞士制药公司罗氏希望借助量子模拟来加速药物和疫苗的开发进程，以应对新冠肺炎、流感、癌症等疾病，甚至有可能治愈阿尔茨海默病。此外，量子模拟还可以取代实验室实验，降低研究成本，甚至可以最大限度地减少对人体和动物试验的需求。

此外，2021年初，德国制药公司勃林格殷格翰宣布与谷歌量子人工智能合作，共同研究和实施量子计算在药物研发中的应用，特别是在分子动力学模拟方面。

另据西班牙《世界报》网站11月16日报道，伊格纳西奥·西拉克表示，可以利用量子计算机研发在今天看来不可能实现的化合物，如能源密集程度较低的肥料等。如IBM等公司正在使用量子计算机塑造新分子，以“模拟大自然将土壤中的氮转化为富含硝酸盐肥料的能力，进而减少化肥对环境的影响”；而谷歌公司正在与大众集团的信息技术部门合作，利用量子计算机帮助后者研发新材料，特别是电动汽车用高性能电池。

2、在金融领域“大显身手”

量子计算机可以为金融业带来巨大的潜在利益——从更深入的分析到实现更快的交易等等。事实上，许多主要金融机构正在想方设法借助量子计算促进贸易、交易和数据传输速度。

比如，IBM和摩根大通等银行一直在试验量子技术，希望借此优化交易策略、投资组合、更好地进行资产定价以及风险分析等。此外，去年西班牙金融量子计算技术研发商Multiverse Computing宣布与美国量子计算初创公司IonQ建立合作伙伴关系，将使金融服务机构能够使用IonQ量子云平台，比之前更准确、更快速地进行风险估值、投资组合优化、资产管理、欺诈检测模拟等。

量子计算机在金融领域的另一个潜在应用是金融建模，对于世界各地的金融机构来说，能更好地进行金融建模意味着更低的处理成本和更快的交易速度，这是一种双赢。

3、助应对气变“一臂之力”

越来越多专家把注意力转向利用量子计算机解决我们这个时代最大的挑战之一：气候变化。

首先，量子计算机的整体能耗将低于传统计算机。例如，D-Wave的2000Q量子计算机的能耗比IBM的“顶点”（Summit）超级计算机低4个数量级，后者是世界上最强大的计算系统之一。同样地，美国橡树岭国家实验室的科学家计算出，量子计算机有可能将能源使用量降低100多万千瓦时。

此外，专家预测，量子模拟还有助于各国实现联合国的可持续发展目标。

例如，量子计算机可以加速发现新的二氧化碳催化剂，确保二氧化碳更有效地循环，同时产生有用的氢气、一氧化碳等气体。同时，量子模拟也有助于造出更高效的电池、更好的太阳能电池或风力涡轮机材料，甚至是用于实现碳捕获技术的、吸收性更强的催化剂。在农业方面，量子模拟可以显著降低制造肥料所耗费的电能，而肥料占全球能源耗费的比例高达2%。

4、量子安全应予以重视

《福布斯》杂志网站在报道中指出，尽管量子计算机会给人类带来巨大的好处，但同时也可能会带来风险。

比如在信息安全领域，量子计算机将有能力突破目前人们保护信息时广泛依赖的公钥加密，这意味着数据无论现在多么安全，未来在量子计算机面前可能都不堪一击。对于任何需要保护敏感信息的组织来说，这是一场灾难。

尽管各国政府和企业对量子计算机投入了大量资金，但对量子安全的投入却很少，而量子安全对于我们迈入量子时代至关重要。幸运的是，美国国家标准与技术研究院（NIST）目前正在对后量子密码术进行标准化。据NIST称，新标准将于今年年底公布。

虽然量子计算机为我们的未来描绘出了一副美好的蓝图，但伊格纳西奥·西拉克明确表示，必须摒弃量子计算机投入实用指日可待的想法。他说：“我们确实已经研制出了第一批原型机，但其规模仍然非常小，且功能并不强大，只是跨出了第一步。”

量子计算机应用于哪里？

1、航空

量子技术有潜力实现更复杂的计算机模拟，比如在航空领域。协助安排飞机的航线和调度所节省的时间和成本相当可观。空中客车和洛克希德马丁等大型企业正在积极探索和投资该领域，以利用该技术的计算能力和优化可能性。近日，本源量子也发布了国内第一款量子计算流体力学仿真软件“本源量禹”(OriginQ QCFD)

2、数据分析

量子计算和量子力学具有解决大规模问题的能力。由于使用了数据集和拓扑分析(一个几何形式以某种方式起作用的研究领域)，它解释了当今普通计算机无法实现的计算。通过使用量子计算，可以简化为非常基本的计算。

NASA正在探索使用量子计算来处理它收集的有关宇宙的大量数据，并建立更好、更安全的太空飞行方法。

3、预测

预测各种场景需要大型复杂的数据集。例如，传统的天气建模受到传统计算机可以处理的输入数量的限制。如果包含太多因素，模型将需要比天气预报更长的时间来完成。

天气以某种形式影响了美国大约30%的GDP，中国每年因为气象灾害造成大量经济损失，因此能够更准确地预测天气将对经济极为有利。

4、公用事业管理

未来的超级计算将对能源和公用事业行业产生重大影响。量子电网以及网络安全、负载模式跟踪、泄漏检测以及消费者和工人分析，将改变数十亿人用电和用水的方式，以及公用事业公司管理这些宝贵资源的方式。

5、密码学

高等密码学将受到量子计算的影响。使用非常大的质数分解(300位以上)的加密在今天的机器上是不可能破解的。通过使用量子计算机，就能够以相当快的速度破解传统加密。

6、模式匹配

在数据中寻找模式并利用它们来预测未来的趋势是非常有益的。大众汽车正在研究如何使用量子计算提前45分钟通知司机交通状况。量子计算机将使匹配交通模式和预测像今天交通一样复杂的系统的行为成为可能。

7、医学研究

人的身体可能有数十亿种反应方式，当你认为这可能是一种给数十亿人服用的药物时，这个数字会呈指数增长，因为每个人的基因组成都有微小的变化。今天，一家制药公司可能需要长达10年的时间和数十亿美元的才能开发一种新药物并将其推向市场。量子计算可以显着降低成本和上市时间，使预先批准的药物更容易用于新用途，并允许计算化学家更快地产生可能会针对各种疾病治疗的新发现。

8、供应链管理

供应链有望成为量子计算将产生影响的领域。如果说疫情教会了我们什么，那就是全球生产网络本质上是复杂和危险的。由于量子计算，公司将能够以更少的中断来管理供应网络。

9、药物研发

量子计算是基于非二进制概念的，这些概念与自然界中的概念更为相似。量子计算机可以更快地为具有特定基因组、年龄和环境的人创建定制药物。这个自然问题有非常多的变化，需要一个新的处理模型。

10、欺诈识别

量子计算革命已经到来，但我们在理解这项技术可以实现什么方面还有很长的路要走。量子设备令人难以置信的处理能力可以将优化、随机检查和机器学习推向新的高度。这意味着风险更小，识别金融和网络安全欺诈的能力更强。这意味着在评估患者、处理供应链以及跨部门的更多方面有更高的效率！

11、自动驾驶汽车

特斯拉等汽车制造商以及苹果和谷歌等互联网巨头都在研发自动驾驶汽车。它不仅会提高大多数人的生活水平，而且还会降低污染、减少交通并提供一系列其他优势。

此外，谷歌和大众正在使用量子计算机来改进电池、运输和自动驾驶技术。大众汽车已经改善了北京10000辆出租车的交通流量，量子计算有望带来更大的好处。

2022年的五大技术趋势

1、AI无处不在

由AI——通常是机器学习算法驱动的设备，将以越来越创新的方式帮助我们。比如，智能汽车会使用面部识别算法检测司机是否注意路况，并在司机感觉疲惫和劳累时发出提醒；智能手机使用AI算法来做所有事情，从保持通话质量到帮助我们拍摄更好的照片等等；甚至即将面世的智能厕所也是如此——它能够通过分析粪便样本，帮助诊断肠胃问题！

AI已经渗透到我们日常生活中的各种工具中——从语音助手到语言翻译，以及允许我们从图片、手写笔记中提取结构化数据的工具。AI还为许多流程自动化提供动力，纾解管理、物流、会计和人力资源部门员工的工作量和压力。

2022年，AI、物联网和新兴的超高速网络（如5G）等协同工作，将大大增加我们各方面的能力，而不断增长的数据量、更快的网络和处理器速度等因素融合在一起，对社会产生的影响远远超过单个因素带来的影响。

2、无代码接口更流行

近年来，出现了一个新兴行业，其目标是让更多社会成员能够享受技术发展的成果，用上技术主导创新所需的技能和工具。

无代码接口会变得更加流行！由埃隆·马斯克创立、微软等公司资助的OpenAI今年8月份公布了Codex，这是一种可将人类口语翻译成代码的编程模型。它可将英语翻译成代码，旨在消减专业程序员的工作量，帮助业余爱好者编码。

2022年，这类技术将越来越成熟。现成的AI解决方案将适用于从市场营销到人力资源、项目管理以及生产过程的规划设计等各个方面。

3、数字化和虚拟化趋势加剧

2022年，整个社会将朝着数字化和虚拟化方向加速迈进，“元宇宙”将距离我们的生活越来越近。

日前，脸书改名Meta（元宇宙MetaVerse的前缀），聚焦元宇宙业务，引发极大关注。微软、苹果等相继宣布进军元宇宙，让元宇宙在媒体上“刷屏”。元宇宙是与我们生活的物理世界平行存在的数字世界。随着数字化技术的不断发展，元宇宙将以越来越高的精确度模拟现实世界，使我们在数字领域拥有更具沉浸感、说服力和终极价值感的体验。虽然许多人都曾通过耳机体验过某种沉浸式的虚拟现实，但即将上市的一系列新设备将极大地改善这种体验，提供触觉甚至气味反馈。

比如，爱立信公司在新冠疫情期间为在家工作的员工提供了虚拟现实耳机，还正在开发所谓的“感知互联网”。该公司此前发布报告称，消费者们期待2030年能出现感知互联网，届时，消费者很难将虚拟体验与现实区分开来。在《黑客帝国》新电影即将上映之际，2022年我们将离《黑客帝国》所描述的世界更近一些。

4、监管AI呼声日益高涨

脸书的AI工具最近将《每日邮报》视频中的黑人识别为“灵长类动物”，随后该公司发言人为这一“不可接受的错误”道歉。其实这不是AI第一次出问题。去年，面部识别系统导致底特律的两名黑人男子被错误逮捕。

鉴于此，近几年来，透明和可解释的AI越来越流行。各国政府也清楚地认识到需要一个监管框架。欧盟拟议立法禁止政府和相关部门使用AI创建社会评分系统以及在公共场所使用面部识别工具，还列出了一个潜在危险影响列表，包括“利用漏洞”和“造成身体或心理伤害”等，AI解决方案提供商必须证明其系统不会造成这些影响才能被允许出售。

但谷歌首席执行官桑达尔·皮查伊表示，虽然他认识到有必要对AI予以监管，但为了确保创新不被扼杀，“需要一个平衡点”。

随着越来越多人意识到AI和其他技术趋势对社会可能带来的积极和消极影响，如何找到皮查伊所说的“平衡点”，将成为2022年的热门话题。

5、可持续能源越来越“受宠”

国际能源署（IEA）估计，与前一年相比，2020年可再生能源的生产和使用量增加了40%，并预测这一增长将持续到2022年。此外，陆上和海上风能、太阳能、潮汐能等各种可再生能源的发电成本下降了7%—16%。令人兴奋的新兴能源，如生物燃料、液氢，甚至核聚变，也正在变得更加可行。

据世界核新闻网站报道，美国Helion能源公司6月22日宣布，其第六台原型聚变发生器Trenta已达到超过1亿摄氏度的高温，成为全球首家实现这一里程碑的私营聚变研究企业，预计该公司最新的聚变发电机原型将在2022年上线。

此外，“绿氢”能源领域也有望为整个世界增添更多绿色。2020年，“绿氢”成为多国首选的未来绿色燃料，一年内全球宣布了总额超过1500亿美元的“绿氢”项目。预计这一趋势将在2022年得到进一步彰显。

总结：尽管量子计算还处于起步阶段，但量子计算还是激发了计算机科学家的敬畏之情、商界领袖的困惑和密码学专家的恐惧。BCG估计，在未来三到五年内，量子计算可能创造50亿至100亿美元。