根据国防高级研究计划局 (DARPA) 未充分开发的实用规模量子计算系统 (US2QC) 计划，微软和PsiQuantum已成为该机构的领跑者。该计划旨在确定不太传统的量子计算方法是否能够比当前预测更快地实现公用事业规模运营（即计算收益超过所涉及成本的状态）。 最初，参与公司的任务是提出创新设计概念，旨在创建公用事业规模的量子计算机。据该机构称，该计划现已进入下一阶段，微软和 PsiQuantum 被选中进一步提升他们的概念。US2QC 的直接目标是开发和维护容错原型的系统设计。该原型本质上是一台较小规模的量子计算机，至关重要，因为它旨在证明按计划构建和运行公用事业规模量子计算机的可行性。 根据声明，原型的设计必须概述所有必要的组件和子系统，以及它们的最低性能要求。为了确保这些设计的可行性和潜力，由 DARPA 领导的政府团队（包括顶级技术专家）将进行严格的评估过程。 DARPA 微系统技术办公室 US2QC 项目经理 Joe Altepeter 博士表示：“我们非常兴奋，多个表演者的设计展示了实现真正公用事业规模系统的可行途径。” 今年年初，DARPA在初始阶段选择了三家公司来展示他们的新颖方法： 原子计算公司总部位于加利福尼亚州伯克利，基于大型光捕获原子阵列构建高度可扩展的量子计算机。 位于华盛顿州雷德蒙德的微软公司正在构建一个基于拓扑量子位架构的工业规模量子系统，该公司理论上将使他们的机器足够小，可以放入壁橱中，足够快，可以在实际时间范围内解决问题，并且有能力控制超过一百万个量子比特。 位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的 PsiQuantum 公司正在使用硅基光子学来创建基于光子量子位的晶格状结构的纠错量子计算机。 微软和 PsiQuantum 目前都处于这一探索的最前沿，该项目将持续到 2025 年 3 月。 Altepeter 博士强调，我们将持续致力于探索这些技术是否能够实现实现具有真正科学和工业实用性的量子计算机所需的重大进步。 “这些研究人员正在非常努力地工作，提出了可靠的技术描述和详细的研究计划，”阿尔特彼得说。
量子界有理由庆祝 2023 年的一些重要里程碑，同时以乐观甚至有点担忧的态度展望未来。 以下是生态系统中一些最著名的专家和思想领袖（包括来自 Quantinuum、Terra Quantum、IQM Computers、Keysight 和 D-Wave 的官员）贡献的对 2023 年的反思和对 2024 年的预测的集合。 QUANTINUUM 和 TERRA QUANTUM 2023 年观察结果 “量子优势是量子计算难以捉摸的目标，一些公司和研究人员在 2023 年已经声称要实现量子优势，但这些说法都是基于非常狭隘和人为的问题，没有实际意义或价值。我们真正需要的是实用的量子优势，这意味着使用在尺寸、重量、功耗和成本方面可行且负担得起的量子设备来解决对科学、工业和社会至关重要的问题。” – Ilyas Khan，Quantinuum 创始人兼首席产品官 “2023 年，我们看到了量子计算生态系统的发展，更多的参与者进入该领域，学术界、工业界和政府之间形成了更多的合作。美国能源部宣布为五个新的量子信息科学研究中心提供 6.25 亿美元的资助。这些举措反映了世界各地对量子计算日益增长的兴趣和投资。” – Raj Hazra，Quantinuum 总裁兼首席执行官 “2023年，全球学术和商业组织积极建设量子通信网络，范围从几英里到一百多英里。芝加哥、纽约布鲁克林和中国合肥等地的研究团队孜孜不倦地研究建立这一突破性通信网络所需的各种组件。2023年6月，Terra Quantum实现了量子通信领域的突破性壮举：量子数据传输速度和覆盖距离均创下新的世界纪录。使用光纤网络，该团队成功地将量子加密数据发送了令人印象深刻的 1,032 公里（640 英里），超过了之前生成安全、即用型量子密钥的记录 10,000 多倍。” – Terra Quantum 首席产品官 Florian Neukart 2024 年预测 “得益于强大的错误缓解技术和可扩展性实验，量子硬件可能开始为全行业应用做好准备。此外，由于受量子启发的方法，人工智能将得到巨大的推动，这将带来进一步的存储效率、速度和准确性。Multiverse 是这些技术的先驱，并将继续开发大型语言模型的量子应用。” – Román Orús 教授，博士，多元宇宙计算联合创始人兼首席科学官 “到 2024 年，我们预计量子技术将在现实场景中得到更多采用和集成，以及不同利益相关者之间更多的协作和标准化。我们还预计经典系统和量子系统的共存会带来更多挑战和机遇，例如互操作性、兼容性和安全性。” – Raj Hazra，Quantinuum 总裁兼首席执行官 “到 2024 年，我认为我们将看到人们不再关注量子比特竞赛，而是以更广泛的视角看待量子计算扩展其他技术能力的能力。在接下来的 12 个月内，量子硬件公司将实现经典和量子硬件和软件之间更紧密的集成，以实现每种技术的最高性能。越来越明显的是，量子计算是通向基于量子力学非局域、非因果和非确定性性质的通用人工智能的门户。” ——Terra Quantum 首席执行官兼创始人 Markus Pflitsch IQM 量子计算机 “在接下来的一年里，我预计量子计算将继续引起企业越来越多的关注。但更重要的是，明年企业必须评估他们的数据并确定哪些信息具有真正价值，以便尽快开始过渡到后量子密码学。” – Toni Pesonen，IQM 量子计算机 IT 和网络安全主管 “展望 2024 年，我们不太可能在量子网络安全领域看到重大突破，特别是在密码破译方面。然而，向量子安全加密的转变将需要投入大量的时间和资源，并且从长远来看，确保敏感数据的安全至关重要。这为组织和机构提供了一个机会，让他们可以专注于自我教育并调整其加密系统以实现量子安全。就其他安全应用而言，可能会发现更多使用量子计算进行欺诈检测的用例。 “虽然量子网络安全的进展可能缓慢，但在其他领域我们更接近实现量子优势。其中一个领域是机器学习，其中量子计算可以为复杂问题提供显着的加速。我们已经看到这一点在生产流程优化等项目中得到了测试。量子计算显示出前景的另一个领域是化学问题的模拟。这已经应用于电池开发等项目。 “进入 2024 年，我们预计将看到更多概念验证用例的发布，以及量子计算在各个行业的更广泛采用。这需要最终用户和量子专家之间的合作，以确定用例并开发利用量子计算独特功能的解决方案。总的来说，虽然这些领域的进展需要时间，但量子计算的潜在好处使其成为未来几年令人兴奋且充满希望的领域。” — Jan Goetz 博士，IQM 联合创始人兼首席执行官 KEYSIGHT 从理论到现实：量子势 量子技术使我们能够利用量子力学的基本定律来解决当今极具挑战性或不可能的问题。借助量子技术，复杂的模拟和计算、安全通信以及更强大的成像和传感器技术将成为可能。 探索量子领域：弥合人才差距 量子技术正在超越学术领域，进入初创企业、高科技公司和军队。这将催生更多的量子中心、孵化器以及地方和国家生态系统，所有这些都试图建立一支能够抓住量子机会的劳动力队伍。解决人才缺口对于在未来几年和几十年内实现量子潜力至关重要。 从实验室到报告厅：教育的巨大飞跃 量子人才的短缺将为高等教育创造机会，提供新的项目来帮助培训未来的量子劳动力。到 2030 年，量子课程将变得司空见惯。这些项目将涉及行业合作伙伴，以便学生能够获得最新的量子控制和读出技术并获得正确的技术技能。此外，商学院将提供量子课程，为下一代企业家进入量子生态系统做好准备。 量子民主化：量子即服务 (QaaS) 的出现 由于开发量子实验室的成本和资源负担巨大，这将催生更多的量子即服务（QaaS）提供商。对量子处理器的远程云访问、设备表征的测试台以及提供制造服务的代工厂都是可用服务的示例，这些服务反过来将有助于吸引初创公司进入量子生态系统。随着时间的推移，QaaS 提供商将帮助标准化设备操作、表征和制造，从而实现量子处理器和量子位相邻支持技术的基准测试。 包容性创新：量子社区倡导性别平等 量子有潜力成为第一个实现性别平等的技术领域。这将是我们持续共同努力吸引女性并确保多元化劳动力成为常态而不是例外的结果。 知识差距将阻碍量子的进步 量子研究和开发将继续吸引政府、学术界和工业界的投资，然而，知识差距和最先进技术的可用性将限制进展速度。例如，如果由于缺乏先进和专用的洁净室设施而导致缺乏生产高质量量子处理器单元（QPU）的能力，这将减慢进展。 — Philip Krantz 博士，KEYSIGHT量子工程解决方案 EDA 转向人工智能：从复杂到清晰 AI 和 ML 技术在 EDA 中的应用仍处于早期采用阶段，设计工程师正在探索用例以简化复杂问题。这种智能在模型开发和仿真验证中特别有价值，有助于处理大量数据。到 2024 年，组织将越来越多地采用硅和 III-V 半导体工艺技术的器件建模技术，以及即将推出的标准（例如 6G）的系统建模技术，该领域的研究正在进行中。 下一代量子设计：优化系统性能 量子计算正在快速发展，并且正在从主要免费的研究工具过渡到量子设计的商业产品和工作流程。下一代量子设计将需要更加集成的仿真工作流程，为开发人员提供快速、准确的功能来优化系统性能。 — Niels Faché，KEYSIGHT EDA 副总裁兼总经理 D-Wave D-Wave 总裁兼首席执行官艾伦·巴拉茨 (Alan Baratz) 量子霸权 预测：该行业将在 2024 年实现经过验证的、可辩护的量子霸权结果。持续的科学和技术进步表明，我们在实现量子霸权的道路上已经走得很远。2024 年将是量子技术绝对超越经典技术的一年。将有明确的证据表明量子有能力解决以前经典计算无法解决的复杂计算问题，并且量子将更快、更好且功耗更低地解决该问题。我们一直在追求的突破即将到来。 政府迅速采用量子技术 预测：鉴于《国家量子计划》和《国防授权法案》等立法的预期通过，美国政府对退火量子计算的使用将呈爆炸式增长。到 2024 年，量子沙箱和测试台项目将迅速增加，并指示使用所有类型的量子技术，包括退火、混合和门模型。这些项目将侧重于近期应用程序开发，以解决现实世界的公共部门问题，从公共交通车辆路线到电网弹性。 预测：随着美国及其盟友积极推动近期应用开发，全球量子竞赛将继续升温。虽然美国现在开始加速近期应用，但澳大利亚、日本、英国和欧盟等其他政府一直在加快采取行动，将量子引入解决公共部门的挑战。这项工作将在 2024 年大幅扩大。公共部门最关注的领域可能是可持续发展、运输和物流、供应链和医疗保健。 业务影响和工作的未来 预测：量子计算将通过生产应用在日常业务运营中显示出经过验证的价值和实用性。随着 2023 年的临近，企业开始使用量子混合应用投入生产，因此看到企业每天使用量子解决方案来应对普遍存在的业务挑战（例如员工调度、车辆路线和供应链优化）并不奇怪。随着时间的推移，它将成为每个现代 IT 基础设施的一部分，首先是退火量子计算的集成。 预测：经济学家预计 2024 年将出现小幅衰退，组织将寻求量子计算等新技术来应对逆境并增强业务弹性。量子技术可以加速各种常见组织流程的问题解决和决策，例如供应链管理、制造效率、物流规划和员工调度。在充满挑战的经济环境中，量子提高运营效率的能力至关重要。
新一代项目与电网互联的平均等待时间继续上升，2022年完成的项目从互联请求到商业运营的中间时间达到五年。风能和太阳能项目的等待时间甚至更长。这些延迟大大增加了与电网脱碳相关的成本和时间表。在这篇评论中，我们讨论了减少互联延迟的政策前景。联邦能源管理委员会2023号命令是解决过去二十年中出现的问题的良好第一步。它应该在一定程度上减少成本的不确定性，也减少投机项目的数量。然而，问题依然存在。考虑到互联互通和电网投资的公共利益性质，网络升级的成本应如何在所有电网用户（电网供需双方）之间分担？目前承担新发电机并网所有成本的做法不可能是最优的。如何使互联过程更具前瞻性和主动性，从实现某些长期稳定和可靠性目标的前提出发，同时推动美国走上零碳电网的道路？与这个问题相关的是如何最好地将输电规划与新项目连接到电网的过程联系起来的问题。
区域和全球安全状况的恶化给和平带来了一层风险。第二个，可能更重要的层面是正在发生的环境危机。虽然在理解环境危机的某些方面，如气候变化和资源稀缺，如何与日益加剧的不安全因素相互作用方面取得了实质性进展，但在知识方面仍存在重大差距。
与气候和水有关的信息操纵会造成安全风险，加剧两极分化，削弱对气候科学、民主原则和价值观的信任。关于气候变化、水资源短缺和跨界流域水资源的原因和影响的信息操纵运动的广泛使用，对产生政治意愿以寻找和实施解决这些挑战的环境产生了负面影响。
欧盟经受住了疫情、战争爆发以及随后对就业、能源价格和利率的冲击。现在，它面临着一项更大的任务：当挑战仍然巨大，但危机的冲击正在消退时，如何保持势头。2024年，政策制定者需要控制预算赤字，投资于绿色转型，并继续追求难以捉摸的“经济软着陆”。随着欧洲央行的存款利率达到创纪录的4%，而根据欧盟的财政规则，超过一半的欧盟将出现过度赤字，过渡将是棘手的。欧洲央行采取行动降低通胀，而欧盟则加班加点，以摆脱对俄罗斯天然气的依赖，并在反击莫斯科入侵的第二年增加对乌克兰的支持。现在价格更加平衡，但经济前景却并非如此。增长疲软和投资不足有可能破坏过去一年来之不易的成功。为了确保其未来，欧盟需要投入资金，在未来几年逐步淘汰化石燃料，以减少碳排放。正如让·皮萨尼·费里在法国政府委托撰写的一份具有里程碑意义的报告中所写，这意味着公共和私人投资加起来占国内生产总值的2%至2.5%。正如Jean、Jeromin Zettelmeyer和Zsolt Darvas所明确表示的那样，欧盟也需要认真对待使其财政规则符合目的。正如Heather Grabbe所指出的，欧盟不仅必须致力于维护和平，还必须致力于与乌克兰和其他未来成员国共同建设未来。此外，社会进化将发挥重要作用——当男性在追求性别公平方面不发挥积极作用时，整个社会都会失败。勃鲁盖尔将继续向政策制定者施压，要求他们在未来一年拿出最好的想法。虽然迫在眉睫的选举和持续的障碍将使欧洲面临考验，但也有机会迎接挑战。收听丽贝卡·克里斯蒂（Rebecca Christie）、希瑟·格拉布（Heather Grabbe）、让·皮萨尼·费里（Jean Pisani-Ferry）、Fiona·斯科特·莫顿（Fiona Scott Morton）和杰罗明·泽特尔梅耶（Jeromin Zettelmeyer）的最新播客，“回顾一年”。
