前不久，中科酷原科技（武漢）有限公司發(fā)布了全球首臺(tái)雙核中性原子量子計(jì)算機(jī)“漢原2號(hào)”，其搭載的物理比特達(dá)到200個(gè)。同時(shí)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)也宣布成功研制出1024個(gè)量子壓縮態(tài)輸入、8176模式的可編程量子計(jì)算原型機(jī)“九章四號(hào)”，首次操縱和探測(cè)高達(dá)3050個(gè)光子的量子態(tài)。

“十五五”規(guī)劃綱要將量子科技列為重點(diǎn)培育的未來產(chǎn)業(yè)。專家表示，隨著相關(guān)研究的深入推進(jìn)，曾經(jīng)遙不可及的量子計(jì)算，如今正加速照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

實(shí)用化進(jìn)程加速

最高可實(shí)現(xiàn)120個(gè)物理量子比特！最近國開啟科量子技術(shù)（安徽）有限公司研發(fā)的新一代離子阱量子計(jì)算原型機(jī)“天算1號(hào)”交出了一份沉甸甸的成績單。

這意味著什么？實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，即量子計(jì)算機(jī)在某個(gè)特定問題上展現(xiàn)出經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法企及的計(jì)算能力，是檢驗(yàn)量子計(jì)算可行性的一個(gè)里程碑式轉(zhuǎn)折點(diǎn)。2019年谷歌公司宣布研制出53個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)“懸鈴木”，在全球首次實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”。

“當(dāng)時(shí)，‘懸鈴木’對(duì)一個(gè)數(shù)學(xué)問題的計(jì)算只需200秒，而世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要2天。”啟科量子聯(lián)合創(chuàng)始人兼CTO陳柳平告訴記者，量子比特是量子計(jì)算中用于編碼數(shù)據(jù)的基本信息單位，理論上每增加一個(gè)量子比特，計(jì)算能力就會(huì)實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長?！敖衩鲀赡旯居?jì)劃攻堅(jiān)光電融合芯片，推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)小型化，并力爭實(shí)現(xiàn)200個(gè)物理量子比特的分布式系統(tǒng)。”

中性原子量子比特、離子阱量子比特、光量子比特、超導(dǎo)量子比特……這些都是實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)通用量子計(jì)算機(jī)的主流技術(shù)路線?！爱?dāng)前，量子計(jì)算硬件呈現(xiàn)多技術(shù)路線并行發(fā)展格局，它們各有所長?！敝锌瓶嵩萍迹ㄎ錆h）有限公司總經(jīng)理湯彪舉例，中性原子技術(shù)路線主要面向通用可編程計(jì)算，采用光量子技術(shù)路線的“九章四號(hào)”則更擅長解決“高斯玻色采樣”這一特定數(shù)學(xué)問題?！熬耪滤奶?hào)”將可操縱的光量子比特規(guī)模提升至3050個(gè)，再次刷新世界紀(jì)錄，意味著可處理的量子態(tài)空間又上了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

伴隨著關(guān)鍵性能指標(biāo)的躍升，量子計(jì)算實(shí)用化進(jìn)程正加速推進(jìn)。“如今，量子計(jì)算正從‘比拼指標(biāo)’逐漸走向‘專用價(jià)值’。”湯彪表示，未來，當(dāng)量子計(jì)算機(jī)在分子模擬、組合優(yōu)化等特定問題上，能夠穩(wěn)定地完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)做不到或做起來不劃算的任務(wù)時(shí)，那便是它從“玩具”蛻變?yōu)椤肮ぞ摺钡臉?biāo)志性一躍。屆時(shí)，中性原子等具備規(guī)?；瘽摿Φ募夹g(shù)路線會(huì)進(jìn)一步顯現(xiàn)工程價(jià)值。

規(guī)模化商用尚需時(shí)日

前景雖明朗，但量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃蒙行钑r(shí)日。

“當(dāng)前，全球量子計(jì)算整體處在‘含噪聲的中等尺度量子’階段?！敝袊茖W(xué)院物理研究所博士后梁珪涵表示，雖然采用超導(dǎo)、光量子、離子阱、中性原子等技術(shù)路線的量子計(jì)算原型機(jī)已通過云服務(wù)方式向科研機(jī)構(gòu)和部分企業(yè)開放試用，并在量子模擬、組合優(yōu)化等特定問題上開展了“量子—經(jīng)典混合”計(jì)算探索。但迄今為止，量子計(jì)算機(jī)尚未在實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景中展現(xiàn)出相對(duì)經(jīng)典計(jì)算的穩(wěn)定、可擴(kuò)展的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，距離真正的商用算力交付仍有一定距離。

這一判斷與湯彪不謀而合，他認(rèn)為：“目前，真正進(jìn)入實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景、產(chǎn)生確定收益的案例并不多，只有少數(shù)前沿用戶先用了起來，在特定問題上探索價(jià)值，形成穩(wěn)定的商業(yè)閉環(huán)還需時(shí)間。”

是什么放慢了量子計(jì)算商業(yè)化的腳步？陳柳平認(rèn)為，如果是狹義上的商業(yè)化，即把產(chǎn)品賣出去、提供基礎(chǔ)算力服務(wù)，那很多企業(yè)都已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。然而，截至目前，量子計(jì)算尚未在人工智能、生物制藥、加解密等實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出無可替代的價(jià)值，也未產(chǎn)生能夠真正解決行業(yè)痛點(diǎn)的現(xiàn)象級(jí)應(yīng)用。

從實(shí)驗(yàn)室到工程產(chǎn)品，中間橫亙著一些不易攻克的難題。比如，目前大多數(shù)量子計(jì)算機(jī)硬件的量子比特?cái)?shù)量還較少。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，只有物理比特?cái)?shù)量超過1000個(gè)，量子計(jì)算機(jī)才能真正實(shí)現(xiàn)求解AI模型訓(xùn)練等實(shí)用化問題。此外，量子軟件與現(xiàn)有經(jīng)典計(jì)算等技術(shù)的融合也不夠充分。

“現(xiàn)在，量子計(jì)算正處在從原型機(jī)走向?qū)Ｓ脵C(jī)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折期?！睖氡硎?，當(dāng)前量子計(jì)算最大的不確定性來自兩方面，一是容錯(cuò)能力——不斷擴(kuò)大量子比特規(guī)模的同時(shí)怎么降低錯(cuò)誤率，這是實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算必須跨越的一個(gè)難關(guān)；二是應(yīng)用生態(tài)——能否誕生真正的“殺手級(jí)”應(yīng)用，這是量子計(jì)算從“科研原型”走向?qū)嶋H可用要掃清的另一個(gè)關(guān)鍵障礙。

盡管困難重重，但產(chǎn)業(yè)界近兩年取得顯著進(jìn)展，多家機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)2030年前后容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)有望初步實(shí)現(xiàn)。從企業(yè)來看，IBM計(jì)劃2029年推出首臺(tái)大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)，谷歌預(yù)計(jì)在未來5年內(nèi)推出商業(yè)化的量子計(jì)算應(yīng)用。

“行業(yè)普遍預(yù)計(jì)，2026年至2030年將是量子計(jì)算的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折期，這5年容錯(cuò)量子計(jì)算技術(shù)將有更多商業(yè)場(chǎng)景落地，屆時(shí)現(xiàn)象級(jí)應(yīng)用有望出現(xiàn)?！标惲椒Q。

成果轉(zhuǎn)化呼喚耐心資本

把量子計(jì)算機(jī)造出來，只是科研和工程上的勝利；而讓它真正用起來、產(chǎn)生價(jià)值，不僅要有易用的軟件棧，還要有既懂產(chǎn)業(yè)又懂技術(shù)的復(fù)合型人才，能把客戶的真實(shí)問題“翻譯”成量子算法能處理的形式。而后者，往往比造一個(gè)量子計(jì)算機(jī)更難。

湯彪認(rèn)為，“任何顛覆性技術(shù)都要經(jīng)歷這一階段，關(guān)鍵是要盡早讓真實(shí)用戶接觸真實(shí)機(jī)器，在用的過程中暴露問題、培養(yǎng)人才、沉淀場(chǎng)景”。

從“造出來”到“用起來”，量子計(jì)算實(shí)用化也呼喚更多耐心資本。陳柳平以量子計(jì)算公司D-Wave為例，該公司迄今已獲得超過20年的持續(xù)資本投入。國內(nèi)社會(huì)資本很多采用“5+2”或“5+3”的退出周期，地方政府引導(dǎo)基金也多為“7+2”或“7+3”，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于量子科技從研發(fā)到大規(guī)模商業(yè)化所需的實(shí)際周期。

湯彪對(duì)此也深有感觸，“量子科技是典型的長周期硬科技，從科研突破到產(chǎn)業(yè)化往往需要10年以上。希望相關(guān)考核和資金支持的周期能和技術(shù)規(guī)律匹配，少一些短期擺動(dòng)”。

從創(chuàng)新鏈到產(chǎn)業(yè)鏈，科技成果的每一次“轉(zhuǎn)身”都面臨重重關(guān)口?！皬脑順訖C(jī)到工程樣機(jī)、從工程樣機(jī)到批量產(chǎn)品，目前雖然已有相關(guān)政策和資金支持，仍需進(jìn)一步強(qiáng)化?！绷韩暫ㄗh，設(shè)立量子工程化專項(xiàng)，支持從實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)到工程樣機(jī)的中間環(huán)節(jié)，填補(bǔ)基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)和產(chǎn)業(yè)資本之間的空隙；同時(shí)，加快量子科技標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。