2023年12月11日中央經(jīng)濟(jì)工作會議上強(qiáng)調(diào)，要以科技創(chuàng)新引領(lǐng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，“開辟量子、生命科學(xué)等未來產(chǎn)業(yè)新賽道”。量子計算是一種新型算力，是方興未艾的第二次量子信息技術(shù)革命的產(chǎn)物，對滿足人類日益增長的算力需求具有十分重大的意義，也是世界各國爭奪未來產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的重要戰(zhàn)場。

12月21日下午，上海市工程師學(xué)會、長三角國家技術(shù)創(chuàng)新中心、上海技術(shù)交易所在上?？茖W(xué)會堂共同舉辦了一場以“量子計算在材料行業(yè)的應(yīng)用探索”為主題的量子計算應(yīng)用思享會。與會專家就量子計算技術(shù)在化學(xué)、新材料研發(fā)上潛在應(yīng)用的必要性、可行性進(jìn)行了熱烈研討。

國儀量子量子計算事業(yè)部總經(jīng)理吳亞作了題為《量子計算硬件發(fā)展情況介紹》的報告，微觀紀(jì)元創(chuàng)始人兼CEO呂川博士作了題為《量子計算在化學(xué)模擬中的應(yīng)用》的報告，中國科學(xué)院上海查新中心副主任陳大明作了題為《從材料到生物醫(yī)藥需求看量子計算的潛在應(yīng)用》的報告。上海工業(yè)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合會專家委員會副主任張培璋、上海市新材料協(xié)會秘書長何扣寶等10余名專家學(xué)者進(jìn)行了交流。

量子計算具有強(qiáng)大的計算潛力

“經(jīng)典計算中的摩爾定律面臨失效。”吳亞說，摩爾定律是指集成電路中的晶體管數(shù)量每隔18—24個月翻一番，同時芯片的成本也會相應(yīng)降低一半。這個定律自提出以來一直在過去幾十年中得到驗(yàn)證，但隨著時間推移，芯片制程逐漸遇到瓶頸，摩爾定律逐漸開始失效，行業(yè)應(yīng)用對計算能力的要求逼近經(jīng)典極限。

他說，算力的發(fā)展與變遷是從傳統(tǒng)計算機(jī)到高性能計算機(jī)，再到量子計算機(jī)。微觀世界中，物質(zhì)和能量的變化趨于不連續(xù)，這種不連續(xù)的最小量對應(yīng)一個“量子”。若一個量子計算機(jī)可以同時操縱N個量子比特，那它就可以同時操縱2^N個狀態(tài)，其中每個狀態(tài)都是一個N位的經(jīng)典比特。當(dāng)N為300時，N個量子比特所能同時表示的狀態(tài)數(shù)量超過已知宇宙中原子數(shù)目的總和。因此，量子計算在計算上將有指數(shù)級的速度。

當(dāng)前，量子計算機(jī)主流技術(shù)路線為超導(dǎo)量子計算機(jī)與離子阱量子計算機(jī)。超導(dǎo)量子計算機(jī)的優(yōu)勢主要是與傳統(tǒng)芯片工藝的相似性，以及誤差率相對較低、邏輯操作速度較快等；其劣勢主要是接近絕對零度、冷卻系統(tǒng)復(fù)雜等。離子阱量子計算機(jī)的優(yōu)勢主要是離子比特具有較長的量子相干時間，以及可通過逐步增加離子數(shù)目來擴(kuò)展等；其劣勢是需要非常穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以及阱內(nèi)量子數(shù)量需要持續(xù)突破。

吳亞介紹了國儀量子的離子阱量子計算機(jī)ION I，它囚禁一維離子晶體數(shù)量超過100個，可以實(shí)現(xiàn)12個離子的全操控。最大離子囚禁數(shù)量、全操控離子數(shù)量以及囚禁離子時間等核心指標(biāo)均處于世界前列。在小規(guī)模量子比特門操控保真度、退相干時間等核心指標(biāo)上，已基本實(shí)現(xiàn)超越。

長三角量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用實(shí)踐要協(xié)同創(chuàng)新

會議強(qiáng)調(diào)，隨著量子計算機(jī)開發(fā)不斷進(jìn)展，量子計算的行業(yè)應(yīng)用也提到日程上來。國際上，跨國公司已經(jīng)在化工、材料、生物醫(yī)藥、新能源、金融、物流等領(lǐng)域開展了量子計算實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目實(shí)踐，以搶占未來產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)和話語權(quán)。長三角量子產(chǎn)業(yè)技術(shù)要協(xié)同創(chuàng)新，建設(shè)世界級量子研究中心和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高地。

呂川博士從“微觀紀(jì)元”的發(fā)展談長三角協(xié)同創(chuàng)新的重要性。合肥微觀紀(jì)元數(shù)字科技有限公司成立于2022年，同年成立了上海觀元知止數(shù)字科技有限公司，主要結(jié)合場景應(yīng)用進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。他們已成功服務(wù)多家藥企與高校院所，在小分子藥物設(shè)計、PROTAC、mRNA、抗體/抗原、酶設(shè)計優(yōu)化等方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，參與了多項(xiàng)國家級省部級科研重點(diǎn)研發(fā)計劃。

他說，在當(dāng)前的帶噪聲的中型量子計算機(jī)（NISQ）階段，量子計算機(jī)并不能解決通用的問題，然而在一些特定領(lǐng)域則可能展現(xiàn)其計算能力的優(yōu)越性，與經(jīng)典計算機(jī)結(jié)合，分別發(fā)揮各自的優(yōu)勢，能夠形成更優(yōu)化的算力資源。

微觀紀(jì)元團(tuán)隊(duì)利用量子編碼技術(shù)，成功揭示了化學(xué)體系的量子糾纏結(jié)構(gòu)，發(fā)展出一套穩(wěn)定子算法，先后精確計算出氫氣分子、苯分子等基團(tuán)的基態(tài)曲線，取得了量子計算在量子化學(xué)領(lǐng)域國際領(lǐng)先的應(yīng)用成果。該成果應(yīng)用于微觀紀(jì)元團(tuán)隊(duì)開發(fā)的小分子化學(xué)藥物篩選管線，以及與合肥阿法納公司合作的mRNA研究計算管線，能夠提高小分子化學(xué)藥物、mRNA抗體抗原藥物等設(shè)計計算過程的精準(zhǔn)度，提升藥物設(shè)計成功概率。

在小分子化藥設(shè)計方面，微觀紀(jì)元與深圳埃格林醫(yī)藥有限公司密切合作。埃格林提供病癥靶點(diǎn)，微觀紀(jì)元使用其具有量子計算功能的藥物篩選管線加速藥物發(fā)現(xiàn)流程。雙方共同研發(fā)的藥物目前已經(jīng)推進(jìn)到了臨床階段，推進(jìn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)藥物研發(fā)流程。

微觀紀(jì)元與國內(nèi)領(lǐng)先的mRNA藥物研發(fā)商合肥阿法納生物科技有限公司形成了更為緊密的合作模式。2023年9月24日，在量子產(chǎn)業(yè)大會上，微觀紀(jì)元與阿法納攜手發(fā)布了國內(nèi)首個、國際第二個結(jié)合人工智能與量子計算的mRNA藥物設(shè)計平臺。

量子計算的潛在應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛

陳大明的報告列舉了大量國際上的量子應(yīng)用案例，包括德國量子技術(shù)與應(yīng)用聯(lián)盟采用混合策略，讓量子計算輔助更精準(zhǔn)的計算。

奔馳與IBM合作，在下一代鋰硫電池研發(fā)方面，用量子計算進(jìn)行分子模擬的主要目的是找到化合物的“基態(tài)”——最穩(wěn)定的構(gòu)型。

陳大明分析量子計算大量應(yīng)用案例后指出，新藥開發(fā)中的模擬、優(yōu)化與學(xué)習(xí)結(jié)合需要量子計算技術(shù)支撐。為此，許多大企業(yè)在量子生命科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了國際布局?？死蛱m診所部署首臺生命健康專用的量子計算機(jī)IBMQuantum System One，用于藥物篩選、疾病的量子增強(qiáng)預(yù)測模型、組學(xué)數(shù)據(jù)分析、量子人工智能應(yīng)用。諾和諾德基金會2022年宣布投入2億美元制造的量子計算機(jī)用于開發(fā)新藥，并為氣候變化提供洞見。

陳大明說，展望未來，混合計算加新算法開發(fā)，等同于提升分子計算能力，升級量子計算創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)生態(tài)，以及量子計算機(jī)開發(fā)的進(jìn)步。

討論環(huán)節(jié)由上海科學(xué)院原院長孫正心研究員主持。與會專家對如何開展量子計算應(yīng)用的方式、應(yīng)用場景的開發(fā)、產(chǎn)學(xué)研合作的模式等主題展開熱烈討論。專家指出，當(dāng)前量子計算機(jī)的開發(fā)還沒有完全成熟，量子計算的實(shí)際應(yīng)用還存在諸多瓶頸和困難，因此量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展和在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，還有很長的道路；這是我們國家在未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展中參與國際競爭的重要賽道，絕不能等、靠，必須通力合作、砥礪前行、長期堅持，未來要在這個賽道上勝出，只有立即行動。

與會的張培璋、何扣寶，以及中國石化上海石油化工研究院研究員王傳明、上海大學(xué)材料基因組工程研究院教授陸文聰、上海市制造業(yè)創(chuàng)意促進(jìn)中心副主任王晶、復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院研究員李穎洲、華東理工大學(xué)副研究員高粱、華誼上?；ぱ芯吭河袡C(jī)化工研究所副總工沈安、長三角國家創(chuàng)新中心高級經(jīng)理王歡等專家提出了寶貴建議。