量子计算正日益被视为一项变革性技术，有望在不久的将来成为人工智能发展不可或缺的关键组成部分。 日前摩根士丹利发布的专题报告《量子计算——它将如何影响人工智能》，深入探讨了量子计算将如何重塑人工智能的未来，强调它并非要取代当前的经典计算范式，而是作为其强大的补充，共同推动多个商业领域的颠覆性创新。

01 量子计算对人工智能的影响

报告指出，随着微软“Majorana 1”、谷歌“Willow”等量子芯片的问世，我们正迎来计算能力的一次里程碑式飞跃。

这些芯片能够利用量子力学的独特规律，以远超当今超级计算机的速度执行计算任务，这一“量子飞跃”预示着人工智能领域将迎来前所未有的突破，解决目前经典计算难以企及的复杂问题，并以更高的精度和速度进行预测，从而彻底改变我们处理复杂信息、开发智能系统的方式。

四种量子 AI/ML 开发范式

报告特别强调了量子计算与人工智能之间强大的协同增效关系，将其视为一种“合作”而非“竞争”。量子芯片被设计为高效的“量子加速器”，能够与现有的人工智能系统协同工作，从而解锁全新的能力，将人工智能的潜力放大到经典计算无法触及的范围。

这种结合的核心在于，量子计算能够通过引入非确定性和概率元素，即叠加和纠缠，使人工智能的“思考”速度更快，并实现更直观的推理能力。

二者相结合与当前人工智能主要依赖于复杂模式识别的范式形成鲜明对比，预示着 AI 在理解和处理不确定性信息方面将取得质的飞跃，甚至能够模拟更接近人类的直觉式思维。

量子计算与人工智能组成的“活力二人组”

此外，量子人工智能模型有望带来显著的计算成本和能耗降低，这对于当前日益增长的人工智能计算需求而言，具有重要意义。报告指出，量子模型所需的参数更少，这意味着在处理某些任务时，它能以更高效、更环保的方式运行，从而为人工智能的可持续发展提供新的解决方案，并有助于缓解当前行业面临的巨大能源挑战。

总体而言，量子计算的崛起不仅将提升人工智能的计算性能，更将从根本上改变其运作方式和能力边界，使其在处理复杂问题、实现高级推理以及提升可持续性方面达到新的高度，共同描绘了人工智能领域充满突破性创新的未来图景。

02 量子技术三大核心领域

量子技术作为一项前沿科学，目前正朝着三大核心领域稳步发展，共同构建了未来科技的“量子三联体”（The Quantum Triplet），即量子计算、量子通信和量子传感，它们各自拥有独特优势和广阔应用前景。

量子三联体

■  量子计算：核心在于利用量子比特进行计算。与经典计算机依赖二进制位的“开”或“关”状态不同，量子比特能够同时存在于多种状态（即叠加态），这种特性使得量子计算机在处理特定类型的复杂问题时，能够实现指数级的加速和前所未有的并行处理能力。报告指出，量子计算的潜在应用极为广泛，例如有望突破当前的加密技术，或者在药物发现领域带来革命性的进展，加速新药的研发进程。虽然量子计算目前仍处于发展早期，尚未完全成熟，但其颠覆性的潜力已然显现。

■  量子通信：专注于利用量子效应来构建绝对安全的通信网络。其关键特性在于，任何试图窃听或干扰量子通信的行为都会被立即察觉，从而确保信息的传输无法被截获。报告强调，量子通信在金融领域的应用前景尤为突出，例如银行可以利用量子密钥分发技术来保障高度敏感的交易安全。目前，全球范围内正在积极试点量子光纤网络和量子卫星通信，这些努力预示着一个能够有效抵御窃听、保障数据隐私的全新通信时代即将到来。

■  量子传感：致力于利用量子力学原理来实现更高精度、更灵敏的测量。量子传感器能够探测到传统传感器难以捕捉的微弱信号和细微变化，报告列举了其在物理学研究中的重要应用，例如用于设计更精确的引力波探测器、提升雷达系统的性能，以及开发先进的光学量子传感器。此外，量子传感在计量学、高分辨率成像技术以及下一代全球定位系统（GPS）等领域也展现出巨大的潜力，有望在多个行业带来测量精度上的革命性飞跃。   由量子计算、量子通信和量子传感组成的“量子三联体”，共同描绘了量子技术在不同维度上如何赋能未来科技发展的宏伟蓝图，它们将分别在突破计算极限、保障信息安全以及提升测量精度方面发挥核心作用，共同推动人类社会迈向一个由量子技术驱动的新时代。

03 市场与投资展望

尽管目前仍处于发展的早期阶段，但在科技投资的浪潮中，量子计算市场正以其巨大的增长潜力吸引着全球的目光。

报告指出，量子计算市场尽管当前体量尚小，但正处于爆发性增长的临界点。2024 年，该行业的估值仅为约 5 亿美元，但这只是冰山一角。根据 IQM 的预测，到 2030 年，市场规模有望跃升至 220 亿美元；而麦肯锡的展望更为激进，预计到 2035 年将达到惊人的 1.3 万亿美元。即使是相对保守的 Rigetti，也预测到 2040 年市场将扩张至 300 亿美元。这些预测尽管数值各异，但都共同指向了一个明确的信号：量子技术拥有万亿级的巨大市场潜力，预示着一个由颠覆性创新驱动的投资新纪元。

按垂直行业划分的量子计算采用者

推动这一市场爆发式增长的，是量子技术在多个关键领域的具体且具有变革性的驱动用例。

■  电池材料开发：量子计算展现出独特优势。它能以前所未有的精度模拟分子和材料的复杂行为，从而加速新型高效电池材料的发现与优化，这对于电动汽车的普及和全球能源存储解决方案的进步至关重要。

■  交通和物流领域：量子计算的潜力体现在导航优化和供应链优化上。量子算法能够处理传统计算难以应对的超大规模组合优化问题，这意味着可以为复杂的交通网络规划出最节能、最高效的路线，并在全球复杂的供应链中实现实时的、端到端的优化，从而显著提升效率、降低成本并增强系统韧性。

■  自动驾驶的成像和传感技术将迎来量子赋能：量子传感器凭借其卓越的灵敏度和精度，能够提供更清晰、更可靠的环境感知数据，即便在恶劣天气条件下也能有效识别障碍物并进行精确测绘，从而大幅提升自动驾驶系统的安全性和可靠性。

■  量子安全通信是信息时代不可或缺的保障：通过利用量子密钥分发等技术，量子通信能够提供理论上绝对安全的通信信道，任何未经授权的窃听行为都将被立即察觉，对于金融机构、政府部门以及任何需要传输高度敏感数据的领域而言，这意味着前所未有的数据安全保障。   当然依照惯例，报告也审慎地提醒投资者，投资量子计算领域虽然蕴含着巨大的增长潜力，但也伴随着显著的不确定性和风险。因此，投资者在考量进入这一前沿领域时，必须充分理解并权衡其巨大的长期回报潜力与相应的技术及市场风险。

04 主要参与者和竞争格局

在量子技术这一前沿领域，一场全球性的竞争已然全面铺开，科技巨头与新兴力量纷纷登场，共同塑造着未来的竞争版图。

全球超大规模科技公司在这场量子竞赛中扮演着核心驱动者的角色，正以前所未有的姿态投入巨额资源。

谷歌凭借其先进的“Willow”量子芯片，微软携“Majorana 1”强势入局，而诸如 IBM 和亚马逊等行业领军者也都在不遗余力地推动量子技术的研发与应用。这些科技巨擘凭借其雄厚的资本实力和顶尖的科研团队，不断推出创新性的量子硬件和软件解决方案，其目标明确，就是要抢占这一颠覆性科技的战略制高点。这些巨头的积极参与，不仅彰显了量子技术在未来全球科技战略中的核心地位，也预示着该领域将持续获得巨大的投资和广泛的关注。

值得深入分析的是，美国和中国在这场量子技术竞赛中展现出独特的竞争态势，两国采取了差异化的创新路径。

报告强调，美国在量子计算硬件领域表现出明显的领先优势，其科研机构和私营企业在开发更强大、更稳定的量子处理器方面取得了突破性进展，引领着通用量子计算机的发展方向。与此同时，中国则在量子通信和量子网络领域取得了显著成就，尤其在量子加密技术和实现远距离量子信息传输方面，达到了世界领先水平。

量子技术累计投资方面，中国领先

这种差异化的竞争格局，不仅反映了两国在国家战略重点上的不同侧重，也凸显了量子技术作为一个多维度、多路径发展的复杂体系，竞争并非局限于单一赛道。

此外，报告还描绘了行业内其他重要参与者和合作动态，共同构建了多元而富有活力的竞争图景。例如，IBM 作为量子计算领域的先行者，长期以来致力于构建实用型量子计算机并积极培育全球量子生态系统；专注于离子阱量子计算的上市公司 IonQ，正积极将其独特的量子硬件技术推向商业化应用；高性能计算和人工智能芯片巨头 Nvidia，则通过其强大的 GPU 平台和软件工具，深度融入到量子算法的开发和量子计算的模拟仿真中，为行业发展提供计算基石；由霍尼韦尔量子解决方案与剑桥量子计算合并而成的 Quantinuum，则专注于提供集成化的量子硬件与软件解决方案，致力于加速量子技术的商业化进程。

英伟达 CUDA-Q

这些多元主体之间的紧密合作与激烈竞争，共同推动着量子技术以前所未有的速度向前发展，预示着未来将有更多颠覆性的创新成果不断涌现，持续改变科技世界的面貌。

05 挑战

尽管量子技术承载着改变未来的巨大希望，但报告也坦率地指出了当前该领域所面临的一系列严峻挑战，这些障碍必须被克服，才能使其潜力得以充分释放

首先，量子计算目前仍处于深度的研究与开发阶段，尚未达到广泛商业应用和经济效益的门槛。报告强调，尽管理论上量子技术具备强大能力，但其当前的实现成本极其高昂，且在许多问题上，其效率和成本效益尚无法与成熟的经典计算方法相提并论。这意味着，在实现大规模商业化和普及应用之前，量子计算仍需在技术成熟度和经济可行性方面取得突破性的进展。

量子计算行业参与者的路线图和成就

其次，硬件的固有局限性构成了量子计算发展的核心瓶颈。报告详细阐述了量子比特的脆弱性，它们对外部环境干扰极其敏感，导致关键的量子相干性（即量子态的稳定性）难以维持。为了保护这些脆弱的量子态并纠正计算过程中可能出现的错误（所谓的“量子纠错”），需要极其复杂且专业的硬件设施，这不仅大幅增加了量子计算机的构建难度，也使其制造成本居高不下。目前，大多数现有的量子计算机仅能处理相对小规模的任务，距离构建能够解决实际大规模复杂问题的容错量子系统，仍有相对漫长的探索期。

再者，量子机器学习算法的开发尚处于初级阶段，如何有效利用量子计算的独特优势来应对不同类型的人工智能任务，仍然是一个需要深入探索的未知领域。这表明，即便在硬件层面取得进展，如果没有匹配的、能够充分发挥量子能力的高效算法，量子计算的潜力也难以完全释放。将量子计算的理论能力转化为实际可行的、能在人工智能应用中带来显著性能提升的算法，是当前研究人员面临的一项重大挑战。

最后，报告还强调了当前量子计算领域缺乏统一明确的性能评估基准。由于不同类型的量子处理器和技术路线（如超导、光量子、离子阱、拓扑量子比特等）百花齐放，但业界尚未建立起一套普遍接受的标准来客观地评估和比较它们的性能、可靠性和未来潜力。这种标准的缺失给研究人员、开发者和潜在用户带来了困惑，不仅阻碍了技术路线的整合与标准化进程，也使得评估投资和研发方向的风险变得更为复杂。

综上所述，尽管量子技术前景广阔，但它必须首先直面并克服技术成熟度不足、硬件实现困难、应用算法不完善以及行业标准缺失等多方面的严峻挑战。这些挑战都需要全球范围内的持续研究投入和协同努力，才能最终将量子计算的理论潜力转化为改变世界的实际力量。

 

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文章改编转载自微信公众号：量子前哨

点击原文链接获取完整报告：https://mp.weixin.qq.com/s/qYF4-cpUM_8PnTOfb3P8fQ

量子计算正日益被视为一项变革性技术，有望在不久的将来成为人工智能发展不可或缺的关键组成部分。 日前摩根士丹利发布的专题报告《量子计算——它将如何影响人工智能》，深入探讨了量子计算将如何重塑人工智能的未来，强调它并非要取代当前的经典计算范式，而是作为其强大的补充，共同推动多个商业领域的颠覆性创新。

01 量子计算对人工智能的影响

报告指出，随着微软“Majorana 1”、谷歌“Willow”等量子芯片的问世，我们正迎来计算能力的一次里程碑式飞跃。

这些芯片能够利用量子力学的独特规律，以远超当今超级计算机的速度执行计算任务，这一“量子飞跃”预示着人工智能领域将迎来前所未有的突破，解决目前经典计算难以企及的复杂问题，并以更高的精度和速度进行预测，从而彻底改变我们处理复杂信息、开发智能系统的方式。

四种量子 AI/ML 开发范式

报告特别强调了量子计算与人工智能之间强大的协同增效关系，将其视为一种“合作”而非“竞争”。量子芯片被设计为高效的“量子加速器”，能够与现有的人工智能系统协同工作，从而解锁全新的能力，将人工智能的潜力放大到经典计算无法触及的范围。

这种结合的核心在于，量子计算能够通过引入非确定性和概率元素，即叠加和纠缠，使人工智能的“思考”速度更快，并实现更直观的推理能力。

二者相结合与当前人工智能主要依赖于复杂模式识别的范式形成鲜明对比，预示着 AI 在理解和处理不确定性信息方面将取得质的飞跃，甚至能够模拟更接近人类的直觉式思维。

量子计算与人工智能组成的“活力二人组”

此外，量子人工智能模型有望带来显著的计算成本和能耗降低，这对于当前日益增长的人工智能计算需求而言，具有重要意义。报告指出，量子模型所需的参数更少，这意味着在处理某些任务时，它能以更高效、更环保的方式运行，从而为人工智能的可持续发展提供新的解决方案，并有助于缓解当前行业面临的巨大能源挑战。

总体而言，量子计算的崛起不仅将提升人工智能的计算性能，更将从根本上改变其运作方式和能力边界，使其在处理复杂问题、实现高级推理以及提升可持续性方面达到新的高度，共同描绘了人工智能领域充满突破性创新的未来图景。

02 量子技术三大核心领域

量子技术作为一项前沿科学，目前正朝着三大核心领域稳步发展，共同构建了未来科技的“量子三联体”（The Quantum Triplet），即量子计算、量子通信和量子传感，它们各自拥有独特优势和广阔应用前景。

量子三联体

■  量子计算：核心在于利用量子比特进行计算。与经典计算机依赖二进制位的“开”或“关”状态不同，量子比特能够同时存在于多种状态（即叠加态），这种特性使得量子计算机在处理特定类型的复杂问题时，能够实现指数级的加速和前所未有的并行处理能力。报告指出，量子计算的潜在应用极为广泛，例如有望突破当前的加密技术，或者在药物发现领域带来革命性的进展，加速新药的研发进程。虽然量子计算目前仍处于发展早期，尚未完全成熟，但其颠覆性的潜力已然显现。

■  量子通信：专注于利用量子效应来构建绝对安全的通信网络。其关键特性在于，任何试图窃听或干扰量子通信的行为都会被立即察觉，从而确保信息的传输无法被截获。报告强调，量子通信在金融领域的应用前景尤为突出，例如银行可以利用量子密钥分发技术来保障高度敏感的交易安全。目前，全球范围内正在积极试点量子光纤网络和量子卫星通信，这些努力预示着一个能够有效抵御窃听、保障数据隐私的全新通信时代即将到来。

■  量子传感：致力于利用量子力学原理来实现更高精度、更灵敏的测量。量子传感器能够探测到传统传感器难以捕捉的微弱信号和细微变化，报告列举了其在物理学研究中的重要应用，例如用于设计更精确的引力波探测器、提升雷达系统的性能，以及开发先进的光学量子传感器。此外，量子传感在计量学、高分辨率成像技术以及下一代全球定位系统（GPS）等领域也展现出巨大的潜力，有望在多个行业带来测量精度上的革命性飞跃。   由量子计算、量子通信和量子传感组成的“量子三联体”，共同描绘了量子技术在不同维度上如何赋能未来科技发展的宏伟蓝图，它们将分别在突破计算极限、保障信息安全以及提升测量精度方面发挥核心作用，共同推动人类社会迈向一个由量子技术驱动的新时代。

03 市场与投资展望

尽管目前仍处于发展的早期阶段，但在科技投资的浪潮中，量子计算市场正以其巨大的增长潜力吸引着全球的目光。

报告指出，量子计算市场尽管当前体量尚小，但正处于爆发性增长的临界点。2024 年，该行业的估值仅为约 5 亿美元，但这只是冰山一角。根据 IQM 的预测，到 2030 年，市场规模有望跃升至 220 亿美元；而麦肯锡的展望更为激进，预计到 2035 年将达到惊人的 1.3 万亿美元。即使是相对保守的 Rigetti，也预测到 2040 年市场将扩张至 300 亿美元。这些预测尽管数值各异，但都共同指向了一个明确的信号：量子技术拥有万亿级的巨大市场潜力，预示着一个由颠覆性创新驱动的投资新纪元。

按垂直行业划分的量子计算采用者

推动这一市场爆发式增长的，是量子技术在多个关键领域的具体且具有变革性的驱动用例。

■  电池材料开发：量子计算展现出独特优势。它能以前所未有的精度模拟分子和材料的复杂行为，从而加速新型高效电池材料的发现与优化，这对于电动汽车的普及和全球能源存储解决方案的进步至关重要。

■  交通和物流领域：量子计算的潜力体现在导航优化和供应链优化上。量子算法能够处理传统计算难以应对的超大规模组合优化问题，这意味着可以为复杂的交通网络规划出最节能、最高效的路线，并在全球复杂的供应链中实现实时的、端到端的优化，从而显著提升效率、降低成本并增强系统韧性。

■  自动驾驶的成像和传感技术将迎来量子赋能：量子传感器凭借其卓越的灵敏度和精度，能够提供更清晰、更可靠的环境感知数据，即便在恶劣天气条件下也能有效识别障碍物并进行精确测绘，从而大幅提升自动驾驶系统的安全性和可靠性。

■  量子安全通信是信息时代不可或缺的保障：通过利用量子密钥分发等技术，量子通信能够提供理论上绝对安全的通信信道，任何未经授权的窃听行为都将被立即察觉，对于金融机构、政府部门以及任何需要传输高度敏感数据的领域而言，这意味着前所未有的数据安全保障。   当然依照惯例，报告也审慎地提醒投资者，投资量子计算领域虽然蕴含着巨大的增长潜力，但也伴随着显著的不确定性和风险。因此，投资者在考量进入这一前沿领域时，必须充分理解并权衡其巨大的长期回报潜力与相应的技术及市场风险。

04 主要参与者和竞争格局

在量子技术这一前沿领域，一场全球性的竞争已然全面铺开，科技巨头与新兴力量纷纷登场，共同塑造着未来的竞争版图。

全球超大规模科技公司在这场量子竞赛中扮演着核心驱动者的角色，正以前所未有的姿态投入巨额资源。

谷歌凭借其先进的“Willow”量子芯片，微软携“Majorana 1”强势入局，而诸如 IBM 和亚马逊等行业领军者也都在不遗余力地推动量子技术的研发与应用。这些科技巨擘凭借其雄厚的资本实力和顶尖的科研团队，不断推出创新性的量子硬件和软件解决方案，其目标明确，就是要抢占这一颠覆性科技的战略制高点。这些巨头的积极参与，不仅彰显了量子技术在未来全球科技战略中的核心地位，也预示着该领域将持续获得巨大的投资和广泛的关注。

值得深入分析的是，美国和中国在这场量子技术竞赛中展现出独特的竞争态势，两国采取了差异化的创新路径。

报告强调，美国在量子计算硬件领域表现出明显的领先优势，其科研机构和私营企业在开发更强大、更稳定的量子处理器方面取得了突破性进展，引领着通用量子计算机的发展方向。与此同时，中国则在量子通信和量子网络领域取得了显著成就，尤其在量子加密技术和实现远距离量子信息传输方面，达到了世界领先水平。

量子技术累计投资方面，中国领先

这种差异化的竞争格局，不仅反映了两国在国家战略重点上的不同侧重，也凸显了量子技术作为一个多维度、多路径发展的复杂体系，竞争并非局限于单一赛道。

此外，报告还描绘了行业内其他重要参与者和合作动态，共同构建了多元而富有活力的竞争图景。例如，IBM 作为量子计算领域的先行者，长期以来致力于构建实用型量子计算机并积极培育全球量子生态系统；专注于离子阱量子计算的上市公司 IonQ，正积极将其独特的量子硬件技术推向商业化应用；高性能计算和人工智能芯片巨头 Nvidia，则通过其强大的 GPU 平台和软件工具，深度融入到量子算法的开发和量子计算的模拟仿真中，为行业发展提供计算基石；由霍尼韦尔量子解决方案与剑桥量子计算合并而成的 Quantinuum，则专注于提供集成化的量子硬件与软件解决方案，致力于加速量子技术的商业化进程。

英伟达 CUDA-Q

这些多元主体之间的紧密合作与激烈竞争，共同推动着量子技术以前所未有的速度向前发展，预示着未来将有更多颠覆性的创新成果不断涌现，持续改变科技世界的面貌。

05 挑战

尽管量子技术承载着改变未来的巨大希望，但报告也坦率地指出了当前该领域所面临的一系列严峻挑战，这些障碍必须被克服，才能使其潜力得以充分释放

首先，量子计算目前仍处于深度的研究与开发阶段，尚未达到广泛商业应用和经济效益的门槛。报告强调，尽管理论上量子技术具备强大能力，但其当前的实现成本极其高昂，且在许多问题上，其效率和成本效益尚无法与成熟的经典计算方法相提并论。这意味着，在实现大规模商业化和普及应用之前，量子计算仍需在技术成熟度和经济可行性方面取得突破性的进展。

量子计算行业参与者的路线图和成就

其次，硬件的固有局限性构成了量子计算发展的核心瓶颈。报告详细阐述了量子比特的脆弱性，它们对外部环境干扰极其敏感，导致关键的量子相干性（即量子态的稳定性）难以维持。为了保护这些脆弱的量子态并纠正计算过程中可能出现的错误（所谓的“量子纠错”），需要极其复杂且专业的硬件设施，这不仅大幅增加了量子计算机的构建难度，也使其制造成本居高不下。目前，大多数现有的量子计算机仅能处理相对小规模的任务，距离构建能够解决实际大规模复杂问题的容错量子系统，仍有相对漫长的探索期。

再者，量子机器学习算法的开发尚处于初级阶段，如何有效利用量子计算的独特优势来应对不同类型的人工智能任务，仍然是一个需要深入探索的未知领域。这表明，即便在硬件层面取得进展，如果没有匹配的、能够充分发挥量子能力的高效算法，量子计算的潜力也难以完全释放。将量子计算的理论能力转化为实际可行的、能在人工智能应用中带来显著性能提升的算法，是当前研究人员面临的一项重大挑战。

最后，报告还强调了当前量子计算领域缺乏统一明确的性能评估基准。由于不同类型的量子处理器和技术路线（如超导、光量子、离子阱、拓扑量子比特等）百花齐放，但业界尚未建立起一套普遍接受的标准来客观地评估和比较它们的性能、可靠性和未来潜力。这种标准的缺失给研究人员、开发者和潜在用户带来了困惑，不仅阻碍了技术路线的整合与标准化进程，也使得评估投资和研发方向的风险变得更为复杂。

综上所述，尽管量子技术前景广阔，但它必须首先直面并克服技术成熟度不足、硬件实现困难、应用算法不完善以及行业标准缺失等多方面的严峻挑战。这些挑战都需要全球范围内的持续研究投入和协同努力，才能最终将量子计算的理论潜力转化为改变世界的实际力量。

 

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文章改编转载自微信公众号：量子前哨

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