观星者:量子计算及商业应用方向研究报告
2019.04.27 15:49
商业模式演化核心逻辑:
量子计算元年,商业发展集中在B端应用层;5年后用户渗透率小于1%,个人应用不再有门槛;量子计算10年用户渗透率高速增长结束,用户渗透率在40%左右。
以2019年为例,如果天基量子计算商业构想在2019年投入应用,那么当年量子计算潜在市场规模在110亿美元,2024年达到429.1亿美元。生物制药、化工、光伏、搜索、数字安全和机器学习是量子计算潜在市场规模最大的贡献者,其中生物制药、化工两个行业因为体量庞大,且已行成外包研发的习惯,最有可能成为量子计算商业应用的温床。
对天基量子计算公司而言,果断转型与寻找行业合伙人,这两件事最为重要。而对于使用量子计算的公司而言,甩掉过去的品牌包袱,重塑生产链条最为重要。
真理是知识的诅咒
它一直都在那里,只是几千年来我们从未发现
量子物理是物理学的一个重要分支,它是在微观尺度上发现和解读宇宙法则的科学。由于人类独特的生物特性,我们主要依靠“视、听、嗅、味、触”这五感来和真实的物理世界产生交互。而在这五感中,又以“视、听、触”更为直接,这导致在过去几千年来,面对未知领域的探索,我们主要关注的对象都是以“眼见为实,手触为真”为核心的。基于这样的认知,人类物理学从零开始建立了宏观尺度上的经典力学理论大厦,让人类得以窥见宇宙真理的一小部分。然而随着人类探究宇宙真理的深入,让人类知道了五感之外的世界,意识到“眼睛见不到的也可能是真实”,而这时,经典力学理论在解释和描述微观世界时愈发吃力,所以在20世纪初,量子物理伴随着争议登上历史舞台。
但就像宇宙刻意为人类创造了障碍一样,在很长一段时间内,甚至当下,人类都不得不以自己能够理解的方式去解读量子物理,我们想象着如果自己足够小,便可以看到微观粒子的运动轨迹并发现新的宇宙法则,并为之付诸各种努力。可惜这种尝试非但没有解决问题,反而带来了更多的疑问。或许这种思想理念只是包裹在科学外衣下的“物质可无限切割论”,所以物理学在这条道路上走得并不顺利。工欲善其事必先利其器,目前量子力学的突破只能依靠于人类的大脑找到另一套解读微观世界的理念。
不过尽管理论上遭遇重重困难,但是在量子物理的应用上,却已经给人类世界带来了巨大的成就:半导体、电子元件、激光等,都已经初见成效。人类通过五感无法观察并控制电的流向,波的律动以及能量的强弱。这些都需要利用微观世界的物理法则加以控制,而这也是人类研究量子物理的现实意义之一。
粒子的能量和状态
现在科技均以控制粒子能量大小为基础
每一轮明显的技术进步,都潜移默化的解决了上一个时代的若干难题。而这些难题在下一个时代的眼中,似乎是天经地义,习以为常的事情。所以今天当我们梳理电子科技时,很少会从工作原理的视角出发,仿佛计算机才是一切的原点。但是在量子物理的视角下,计算的原理才是原点。截止目前,人类电子科技的一切都是基于“0和1”的二进制的运算,然而机器实现解读0和1的原理,是利用了能量的大小。极简化的去讲,一个信号累计了大量的电子,它所聚集的能量就多,这代表1;而一个信号累计少量电子,它的能量就少,这代表0。人类利用信号携带能量的高低,实现了机器的运算,建立了今天宏伟的互联网科技世界。然而到了量子计算时代,信息识别不再基于能量的大小,而取决于粒子的状态。如前文所述,目前人类尚无法理解在粒子这个层面的微观世界遵循何种物理法则,所以我们只能通过已知的实验结果,去推算粒子在不同状态下的概率。并利用工程手段,创造粒子变成某种状态下的环境。进而实现用状态代表不同的含义,完成运算。
目前常见的量子计算是基于电子自旋方向这种状态上的运算,传统逻辑框架认为,一个电子的旋转方向是客观现象,所以无论电子自旋方向如何,它只能各代表一个确定的状态,即1或者0。然而在量子理论下,一个电子自旋的方向,既可以是向上的,又可以是向下的。只要我们不去观测,就永远无法得知。所以一个量子比特(在本文语境下指电子),就可以同时实现0和1的双重计算。在同样的运算媒介(泛指芯片材料)上,量子计算的效率要远高于传统计算。如果最终粒子可控的状态更加丰富,或许基于二进制的数码帝国,就会迎来更深刻的变革,采取更复杂进制作为基础计算框架。
为了人类微电子科技的延续
量子领域的研究是科技发展自身与人类追求的双重结果
量子物理的研究首先是为了解决传统力学体系在微观系统中“失效”的问题,但是量子物理的现实应用却给量子领域的研究带来了更多意义。比如:摩尔定律的上限、芯片大小的极限、散热问题、材料应用和量子化学等……
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