前沿科技行业2：量子计算能延续摩尔定律的神话吗？

请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 证券研究报告 2020 年 5 月 12 日 主题研究 前沿科技#2：量子计算能延续摩尔定律的神话吗？ 观点聚焦 投资建议 我们认为量子计算是重要的前沿科技之一，是延续接近物理极限的摩尔定律继续发展的重要路径。量子计算的特别之处是其计算能力随着能够支持的量子比特数的增长呈幂指数 2n 增长。目前制约技术成熟的要素包括硬件和算法两方面。科学家1认为量子计算有望在新药开发、破解密码、以及搜索等人工智能应用上得到商用。全球来看，2019 年宣布达到“量子优越性”的谷歌、IBM、微软，以及美国初创公司 IonQ、Rigetti 在量子计算上较为领先。阿里达摩院、本源量子、量旋科技等中国公司也在积极布局。 理由 量子计算是延续摩尔定律神话的路径之一，算力随量子比特数呈幂指数 2n 增长。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）是过去 50 年推动全球劳动生产率不断提升的要素之一。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，量子计算被认为是延续摩尔定律的路径之一。量子计算机不同于经典计算机，是一种基于量子力学原理构建的计算机，使用的量子比特利用量子态叠加原理能够同时表示 0 和 1，使得量子计算机相较经典计算机算力发生爆发式增长，形成“量子优越性”。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，量子计算机(QPU)算力随比特数 n 的增长呈幂指数 2n 增长。 目前制约技术成熟的因素包括量子比特数、相干时间和合适的算法。量子比特数和相干时间是决定量子计算机性能的两个硬件指标。量子比特数越高意味着量子计算机能够支持更大数字参与运算，单次运算处理的信息量越大。目前量子比特数最高为 70+位。科学家2认为量子比特位数达到 100-1,000 后才有望达到商用要求。相干时间代表了量子比特维持量子叠加态的时间，相干时间越长意味着能够对其进行更为复杂的运算，支持更复杂的算法。目前超导量子计算机最长相干时间为 100μs。科学家3认为相干时间至少要达到 300μs 以上才能满足商用需求。量子算法决定了量子计算机解决问题的范围。目前仅有 Shor、Grove 等少量量子算法可以解决破解密码里常用的质因数分解、无序库搜索等问题，可用于人工智能的量子算法依然较少。大多数专家4认为，根以往的发展规律，未来 10-15 年内量子计算机有望实现商业应用。 量子计算在新药开发、密码、人工智能有广阔应用场景。1）新药开发：量子计算相较经典计算的优势是能够直接模拟分子中量子化的原子，从而克服经典计算模拟大分子效率较低的问题，提高药物研发效率；2）密码：Shor 量子算法相较经典质因数分解算法具有并行优势，可以将大数质因数分解时间压缩至较短，威胁以 RSA 等非对称加密算法为基础的传统互联网技术，可能引发社会讨论；3）人工智能：量子计算具有并行计算等优势，人工智能需要涉及大量数据，两者具有天然耦合性，科学家5预测量子计算有望加速人工智能发展。 竞争格局：谷歌、IBM、微软等全球领先，阿里达摩院、本源量子、量旋科技等中国企业积极追赶。美国是全球量子计算布局里较早也是较积极的国家。中国也积极推动量子计算技术，相继出台多项政策支持其产业化落地。从专利上看，谷歌、IBM、微软等美国公司在量子计算领域布局遥遥领先，本源量子等中国公司也有一定技术积累。 风险 量子计算机硬件/算法进展不及预期。 黄乐平 分析员 SAC 执证编号：S0080518070001 SFC CE Ref：AUZ066 leping.huang@cicc.com.cn 闫慧辰 分析员 SAC 执证编号：S0080518120002 huichen.yan@cicc.com.cn 成乔升 联系人 SAC 执证编号：S0080118100006 qiaosheng.cheng@cicc.com.cn 韦昕 联系人 SAC 执证编号：S0080119110024 xin.wei@cicc.com.cn 相关研究报告 • 科技 | 前沿科技#1：脑机接口从科幻到现实 (2020.05.09) 资料来源：万得资讯、彭博资讯、中金公司研究部 1 https://www.weforum.org/events/world-economic-forum-annual-meeting-2020/sessions/the-quantum-potential 2 https://www.technologyreview.com/2020/02/26/916744/quantum-computer-race-ibm-google/ 3 http://news.hexun.com/2020-04-02/200865296.html 4 http://news.hexun.com/2020-04-02/200865296.html 5 https://www.weforum.org/events/world-economic-forum-annual-meeting-2020/sessions/the-quantum-potential 中金公司研究部：2020 年 5 月 12 日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 目录 什么是量子计算？ ................................................................................................................................................................ 4 量子计算可能是延续摩尔定律神话的一条发展路径 ........................................................................................................... 4 全球竞争格局：各国政府大力支持，目前美国企业处于领先地位 ................................................................................... 6 量子计算有望在 10-15 年内实现商用，并通过云计算形式提供服务 ................................................................................ 8 量子计算的技术瓶颈：硬件和算法均仍需努力 ................................................................................................................. 11 量子计算会改变哪些行业