量子计算首进AIR项目 摩尔定律将遭降维打击？

近日，阿里巴巴创新研究计划AIR启动2020年项目征集。项目官网显示，阿里今年开放了12个前沿领域的科研合作，量子技术首次位列其中。根据公开信息，阿里巴巴达摩院在2017年成立量子实验室开展技术攻坚。阿里巴巴表示，将继续向全球顶级高校和科研机构开放经济体的全场景资源。

据了解，AIR计划已实施三年，已与全球100多所高校开展500多项学术合作，产生学术论文300多篇、国际竞赛冠军30多项。全球Top100高校有近30所参与AIR计划，国内“985”高校也有六成以上是阿里的合作伙伴。AIR计划还凝聚了众多国际学术大牛，包括10多位IEEE Fellow和TR35荣誉获得者。

近年来，一直处于科技前沿的阿里达摩院，俨然已成为中国量子计算研究的领头羊之一。2015年，阿里巴巴和中科院进行合作。2017年，密西根大学教授施尧耕加入阿里巴巴，加速了阿里在量子计算上的发展;同年，阿里巴巴宣布其与中科院联合打造的量子云平台上线。

今年以来，阿里布局量子计算明显加速：年初，阿里达摩院公布2020十大科技趋势，明确表示量子计算进入攻坚期;3月，阿里巴巴达摩院南湖项目正式开工，总投资约200亿元，主要研究方向包括量子计算;此次广发英雄帖，首次将量子计算纳入项目范围，则是阿里今年在该领域的再次重磅加码。

摩尔定律或将失效 量子计算攻坚迫在眉睫

在过去几十年时间里，摩尔定律(集成电路上可容纳的元器件数目约每24个月增加一倍)不断推动传统计算机算力的升级，但未来随着晶体管间距接近1nm传统的技术演进接近其物理极限，量子隧穿效应则不可避免，无法再通过PN结控制电路通断来实现逻辑，这时就不得不考虑利用量子特性、以全新的方法去实现更强的算力、更低的功耗。

目前，集成电路的发展已经进入第二阶段，台积电已经开始试产基于5nm FinFET工艺的晶体管，PPA指标相比7nm进一步，即将跨入3nm左右的技术节点，因而跳出摩尔定律，尽早实现量子计算的商业化，成为了各国乃至各大高科企业迫在眉睫的问题。

实际上，量子计算概念提出已久，因其原理的颠覆性以及算力增长的爆炸性，一度被认为是对传统计算机的“降维打击”，华为创始人任正非甚至曾放话称“区块链在量子计算面前一钱不值”。

公开资料显示，量子计算机是基于量子力学原理构建的计算机。量子态叠加原理使得量子计算机每个量子比特(qubit)能够同时表示二进制中的0和1，从而相较经典计算机算力发生爆发式增长，形成“量子优越性”。

具体来说，在解决实际问题的过程中，CPU采用“串行”计算，即将一个问题的若干部分按照顺序依次进行运算;GPU 采用“并行”计算，即将一个问题拆成若干个小问题后，同时对每个小问题的一部分进行运算;QPU则利用量子叠加性快速遍历问题的各种可能性并找到正确答案。

形象地说，CPU算力随比特数n的增长呈线性n增长，GPU算力随比特数n的增长呈平方次n×n增长，QPU(量子处理单元)算力随比特数n的增长呈幂指数2n增长。

政府加码、大厂争先落子 量子计算或引爆千亿市场

美国是量子计算布局里较早也是较积极的玩家之一。2019年，美国政府发布未来工业发展计划，将量子信息等四大关键技术视为未来科技和产业发展的“基础设施”，认为发展量子信息科学能够保持美国在全球产业变革中的主导地位。

政策上的持续加码，让美国在全球量子计算研发上占据主导地位。公司方面，谷歌、IBM、微软、亚马逊等本土科技企业均已在该领域获得部分成果。

其中，谷歌量子计算硬件方面代表了目前全球最高水平之一，于去年10月宣布实现了“量子优越性”，为目前全球量子计算机经过实测的最强算力，同时给量子计算带来了真正意义上的“高光时刻”。

与此同时，德国、英国、日本等国也相继出台了量子计算领域的发展规划，中国政府也在积极推动量子计算技术，先后启动“自然科学基金”、“863”计划和重大专项等科研项目，多次提及量子计算的战略地位，支持量子计算的技术研发和产业化落地。

不过，目前来看，量子计算在真正商业化之前，还有较长的路要走。大多数专家认为，未来10-15年内量子计算机有望实现商业应用。波士顿咨询测算，在不考虑量子纠错算法的情况下，2035年全球量子计算市场规模为20亿美元，2050年将达到600亿美元;在考虑量子纠错算法的情况下，2035年全球量子计算市场规模为2600亿美元，2050年将达到2950亿美元。

中金公司认为，中短期内，量子计算机在达到商业应用程度后，小型化问题依然难以解决，通过云计算提供服务是其可能的形态。而这也是谷歌、IBM、微软、亚马逊、阿里巴巴等全球科技巨头率先推出量子云服务平台的原因之一。

结合行业内专家观点，中金公司总结称，量子计算将在新药开发、密码、人工智能有广阔应用场景。