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作者：六千
劉慈欣在《時間移民》中描繪過這樣一個場景“大使把那個來自大廳時代的量子芯片高高舉起，把全人類的知識高高舉起”，在書中這枚量子芯片承載了地球文明的延續(xù)，這樣的設(shè)定揭示了人類對量子芯片完美的想象“體積小、容量大、速度高”。
不久前公布的2025年政府報(bào)告中提到，要建立未來產(chǎn)業(yè)投入增長機(jī)制，培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未來產(chǎn)業(yè)。在回顧2024年政府工作中也提到，量子科技等領(lǐng)域取得新成果。從2016年開始，量子科技已然六次出現(xiàn)在政府工作報(bào)告中。
全球視野來看，2025年被聯(lián)合國定為“量子科學(xué)與技術(shù)之年”，按照量子計(jì)算路線圖，谷歌將在2025年之后實(shí)現(xiàn)其“6個里程碑”中的第3個，即構(gòu)建1000物理量子比特的量子計(jì)算機(jī)，并編碼1個長壽命的邏輯量子比特。
IBM將在2025年發(fā)布包含1386量子比特、具有量子通信鏈路的多芯片處理器“Kookaburra”。屆時，IBM會將3個Kookaburra芯片接入一個包含4158量子比特的系統(tǒng)中。3月以來，多個國家、多家企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)密集傳出新突破，資本動作也表現(xiàn)出了行業(yè)對關(guān)注。
?01、國內(nèi)：量子領(lǐng)域多點(diǎn)突破，占據(jù)第一方陣
在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，中國已經(jīng)進(jìn)入“可用”時代。3月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波、彭承志等科研人員與國內(nèi)多單位合作，成功構(gòu)建 105 比特超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)祖沖之三號。祖沖之三號處理量子隨機(jī)線路采樣問題的速度比目前最快的超級計(jì)算機(jī)快 15 個數(shù)量級，比谷歌 2024 年 10 月公開發(fā)表的最新成果快 6 個數(shù)量級，打破了超導(dǎo)體系量子計(jì)算優(yōu)越性世界紀(jì)錄。
祖沖之三號的量子比特相干時間達(dá)到 72 微秒，并行單比特門保真度達(dá)到 99.90%，并行兩比特門保真度達(dá)到 99.62%，并行讀取保真度達(dá)到 99.13% ，綜合性能達(dá)國際領(lǐng)先水平。2024年，第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”上線運(yùn)行被列為2024年科技創(chuàng)新方面取得的重大成果之一。數(shù)據(jù)顯示，“本源悟空”已覆蓋全球139個國家和地區(qū)。
“本源悟空”搭載72位自主超導(dǎo)量子芯片“悟空芯”，在量子比特?cái)?shù)量、相干時間等關(guān)鍵指標(biāo)上達(dá)到國際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了從硬件到軟件全鏈條自主可控，是目前國內(nèi)極為先進(jìn)的可編程、可交付超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。自2024年1月6日上線至今，“本源悟空”已完成33.9萬余個量子計(jì)算任務(wù)，其自主量子算力已實(shí)現(xiàn)出口。除了大型量子計(jì)算機(jī)，國內(nèi)企業(yè)量旋科技推出了放置于桌面的核磁量子計(jì)算機(jī)，并且已經(jīng)完成多項(xiàng)海內(nèi)外交付，在雅典國立技術(shù)大學(xué)、安第斯大學(xué)等高校、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
量子芯片領(lǐng)域，北京大學(xué)王劍威教授、龔旗煌院士團(tuán)隊(duì)接連取得突破。2月28日，《自然?光子學(xué)》雜志發(fā)表了北京大學(xué)王劍威和龔旗煌團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)戴道鋅等研究人員的研究成果《集成渦旋光量子糾纏源》（Integrated optical entangled quantum vortex emitters）。該研究成功實(shí)現(xiàn)基于集成光量子芯片的渦旋光量子糾纏源，研發(fā)出全球首例量子糾纏渦旋光發(fā)射芯片。
此次聯(lián)合團(tuán)隊(duì)克服了渦旋量子態(tài)的片上束縛、傳輸與控制以及量子糾纏所需的相位匹配難題，研發(fā)的芯片具備小型化（5 毫米 ×10 毫米）、高穩(wěn)定性、可編程調(diào)控、即插即用優(yōu)勢，還實(shí)現(xiàn)微秒級渦旋糾纏態(tài)操控，可進(jìn)一步拓展糾纏維度與糾纏渦旋光數(shù)目。該研究使得量子芯片在性能和應(yīng)用拓展性上展現(xiàn)了有明顯提升趨勢為量子通信等應(yīng)用帶來新的發(fā)展機(jī)遇。
2月19日，《自然》雜志發(fā)表了北京大學(xué)王劍威教授、龔旗煌院士團(tuán)隊(duì)與山西大學(xué)蘇曉龍教授團(tuán)隊(duì)的合作成果。該研究在全球首次實(shí)現(xiàn)基于集成光量子芯片的連續(xù)變量量子糾纏簇態(tài)。這一成果標(biāo)志著中國在量子計(jì)算、通信和傳感領(lǐng)域邁入 “實(shí)用化時代”。其可重構(gòu)芯片能在片上實(shí)現(xiàn)多比特糾纏態(tài)自由切換，單芯片即可支持千比特級計(jì)算；且采用成熟半導(dǎo)體流片工藝，無需超低溫環(huán)境，體積僅為傳統(tǒng)量子系統(tǒng)的百萬分之一。未來基于該芯片的量子處理器有望在 2030 年前實(shí)現(xiàn)千比特級商用。
?02、國外：科技巨頭新進(jìn)展
與國內(nèi)稍有不同，國外量子計(jì)算的進(jìn)展主要來自科技巨頭。
2 月 20 日，微軟發(fā)布全球首款拓?fù)浼軜?gòu)量子芯片 Majorana 1。該芯片使用砷化銦和鋁，通過逐個原子設(shè)計(jì)和構(gòu)建拓?fù)鋵?dǎo)體線材，將拓?fù)鋵?dǎo)體納米線連接成 “H”，8 個單元構(gòu)成 8 量子比特放置在一塊芯片中。該芯片使量子比特能夠以數(shù)字方式進(jìn)行控制，重新定義并大大簡化了量子計(jì)算的工作方式。
微軟表示，這款Majorana 1可以在未來幾年內(nèi)幫助量子計(jì)算機(jī)去解決有意義工業(yè)規(guī)模問題，而不是科學(xué)界此前預(yù)期的幾十年后。就在微軟發(fā)布量子芯片不久后，亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司（AWS）也宣布推出一款新型量子計(jì)算芯片 Ocelot，可以將量子糾錯成本降低 90%。
Ocelot 由加州理工學(xué)院 AWS 量子計(jì)算中心團(tuán)隊(duì)開發(fā)，采用了新的架構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)置糾錯功能。ocelot由兩塊集成硅微芯片組成，每塊大小約為1cm*1cm，以電連接芯片堆棧的形式相互粘合在一起。完整的Ocelot芯片由14個核心組件組成：5個數(shù)據(jù)量子比特（貓量子比特）、5個用于穩(wěn)定量子比特的“緩沖電路”以及4個用于量子糾錯的附加量子比特。完整的Ocelot芯片由14個核心組件組成：5個數(shù)據(jù)量子比特（貓量子比特）、5個用于穩(wěn)定量子比特的“緩沖電路”以及4個用于量子糾錯的附加量子比特。
?03、各國政府政策加持，量子計(jì)算的全球競賽
除了中美在量子計(jì)算已經(jīng)開啟激烈決賽，全球的政府、機(jī)構(gòu)也紛紛投身到量子科技的“奧林匹克競賽”之中。
在亞洲，日本政府研究機(jī)構(gòu)分子科學(xué)研究所與日立制作所等合作，將于 2025 年啟用新型量子計(jì)算機(jī)，這是日本首次采用原子方式的量子計(jì)算機(jī)，即 “中性原子方式”，將單個原子作為量子位進(jìn)行計(jì)算，具有較高穩(wěn)定性，適合大規(guī)模計(jì)算。該計(jì)算機(jī)初始使用 50 個量子位運(yùn)行，未來計(jì)劃擴(kuò)展至約 500 個量子位，預(yù)計(jì)到 2030 年開發(fā)出具有 1 萬量子位的實(shí)用量子計(jì)算機(jī)。據(jù)報(bào)道，已有包括富士通等 14 家企業(yè)和機(jī)構(gòu)已參與此項(xiàng)目。
在歐洲，芬蘭國家技術(shù)研究中心和IQM量子計(jì)算機(jī)公司已成功研發(fā)并推出了歐洲首臺50量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。芬蘭于2020年11月首次公布其在量子計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展計(jì)劃，政府共撥款2070萬歐元用于開發(fā)50量子比特量子計(jì)算機(jī)。歐盟委員會負(fù)責(zé)技術(shù)主權(quán)的執(zhí)行副主席亨娜?維爾庫寧表示，量子技術(shù)已達(dá)成熟水平，對歐盟的主權(quán)、競爭力和國防能力具有重要戰(zhàn)略意義。因此，正在制定 “歐盟量子芯片計(jì)劃”，計(jì)劃今年夏天之前提交，同時還將制定 “量子法案”，今年底之前提出。為啟動首批 “試驗(yàn)線”，歐盟已于1 月底完成兩項(xiàng)提案征集工作，投資總額 1.3 億歐元，維爾庫寧還宣布在 2028 年前再投資 4 億歐元。
?04、為什么是量子計(jì)算？
量子計(jì)算到底有怎樣的魅力，讓全球智力的TOP群體共同攻關(guān)？答案可以從兩個維度展開。
第一個維度是對算力的無盡追求。眾人對量子計(jì)算的第一印象自然是快。一臺54量子比特的量子計(jì)算機(jī)Sycamore實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)架構(gòu)計(jì)算機(jī)無法完成的任務(wù)：在世界第一超級計(jì)算機(jī)需要計(jì)算1萬年的某實(shí)驗(yàn)中，Sycamore只用了3分20秒。2024年，谷歌團(tuán)隊(duì)基于量子處理器Willow，破解了困擾量子糾錯領(lǐng)域近30年的關(guān)鍵問題，使量子糾錯能夠隨著量子比特?cái)?shù)的增加“越糾越對”，還在5分鐘內(nèi)完成了當(dāng)前最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)之一需要1025年才能完成的計(jì)算任務(wù)。
第二個維度來自長期主義的考量。量子計(jì)算的功耗更低，在當(dāng)前算力需求指數(shù)級增長的情況下，能源成本成為數(shù)據(jù)中心面對的重要問題。量子計(jì)算中，輸入多少組數(shù)據(jù)輸出依舊是多少組數(shù)據(jù)，計(jì)算過程中數(shù)據(jù)量沒有改變，計(jì)算過程也就沒有能耗。這意味著，只有在最后測量的時候產(chǎn)生了能耗。這樣的特性讓量子計(jì)算更“綠色”，也順應(yīng)全人類與地球的共同發(fā)展。
DeepSeek引爆全球，證明了中國AI的軟實(shí)力。量子計(jì)算與AI的融合，自然成為產(chǎn)業(yè)界期待的重頭戲。量子計(jì)算可以加速所驅(qū)動的AI應(yīng)用，比如融合量子計(jì)算的人工智能訓(xùn)練/推理算力系統(tǒng)，當(dāng)我們看到了AI的無限潛力，“融合人工智能（AI）與量子計(jì)算”的人類社會超級算力時代更讓人熱血沸騰。
距離量子計(jì)算機(jī)真正帶飛算力產(chǎn)業(yè)還要假以時日。已經(jīng)有落地案例的量旋科技對記者表示，目前量子計(jì)算機(jī)的客戶主要畫像有研究機(jī)構(gòu)與教育機(jī)構(gòu)。他們購入量子計(jì)算機(jī)主要用途是加深量子計(jì)算的研究或者在教學(xué)中演示使用。在應(yīng)用層面上，以量旋科技為代表的企業(yè)正在推動與跨行業(yè)用戶的生態(tài)共創(chuàng)。但由于量子計(jì)算目前還是在專用問題上更擅長，還并不適合解決通用問題，所以還不能帶來革命性的改變。
不過資本入局，政府入場，量子計(jì)算的發(fā)展已經(jīng)比產(chǎn)業(yè)預(yù)期得更快了。2024年，IonQ股價上漲了237%，Rigetti股價漲幅接近1500%。兩家公司在去年第三季度的總收入達(dá)到1480萬美元。產(chǎn)業(yè)界有望在2025年看到更大量子比特規(guī)模的量子處理器及其工程化集成系統(tǒng)。根據(jù)Wind數(shù)據(jù)，2025年以來國內(nèi)的17只量子計(jì)算的核心概念股平均漲幅為18.7%，跑贏同期滬深300指數(shù)（+3.2%），平均換手率達(dá)208%，成交額超1.2萬億元。
