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

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

實用化進程加速

最高可實現(xiàn)120個物理量子比特！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算原型機“天算1號”交出了一份沉甸甸的成績單。

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

“當時，‘懸鈴木’對一個數(shù)學(xué)問題的計算只需200秒，而世界最快的超級計算機需要2天?！眴⒖屏孔勇?lián)合創(chuàng)始人兼CTO陳柳平告訴記者，量子比特是量子計算中用于編碼數(shù)據(jù)的基本信息單位，理論上每增加一個量子比特，計算能力就會實現(xiàn)指數(shù)級增長?！敖衩鲀赡旯居媱澒怨怆娙诤闲酒苿恿孔佑嬎銠C小型化，并力爭實現(xiàn)200個物理量子比特的分布式系統(tǒng)?！?/p>

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……這些都是實現(xiàn)容錯通用量子計算機的主流技術(shù)路線?！爱斍埃孔佑嬎阌布尸F(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算，采用光量子技術(shù)路線的“九章四號”則更擅長解決“高斯玻色采樣”這一特定數(shù)學(xué)問題。“九章四號”將可操縱的光量子比特規(guī)模提升至3050個，再次刷新世界紀錄，意味著可處理的量子態(tài)空間又上了一個數(shù)量級。

伴隨著關(guān)鍵性能指標的躍升，量子計算實用化進程正加速推進。“如今，量子計算正從‘比拼指標’逐漸走向‘專用價值’?！睖氡硎?，未來，當量子計算機在分子模擬、組合優(yōu)化等特定問題上，能夠穩(wěn)定地完成經(jīng)典計算機做不到或做起來不劃算的任務(wù)時，那便是它從“玩具”蛻變?yōu)椤肮ぞ摺钡臉酥拘砸卉S。屆時，中性原子等具備規(guī)?；瘽摿Φ募夹g(shù)路線會進一步顯現(xiàn)工程價值。

規(guī)?；逃蒙行钑r日

前景雖明朗，但量子計算實現(xiàn)規(guī)模化商用尚需時日。

“當前，全球量子計算整體處在‘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)路線的量子計算原型機已通過云服務(wù)方式向科研機構(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”計算探索。但迄今為止，量子計算機尚未在實際業(yè)務(wù)場景中展現(xiàn)出相對經(jīng)典計算的穩(wěn)定、可擴展的經(jīng)濟性優(yōu)勢，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，他認為：“目前，真正進入實際業(yè)務(wù)場景、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值，形成穩(wěn)定的商業(yè)閉環(huán)還需時間?！?/p>

是什么放慢了量子計算商業(yè)化的腳步？陳柳平認為，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)都已實現(xiàn)商業(yè)化落地。然而，截至目前，量子計算尚未在人工智能、生物制藥、加解密等實際應(yīng)用中展現(xiàn)出無可替代的價值，也未產(chǎn)生能夠真正解決行業(yè)痛點的現(xiàn)象級應(yīng)用。

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

“現(xiàn)在，量子計算正處在從原型機走向?qū)Ｓ脵C的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折期?！睖氡硎荆斍傲孔佑嬎阕畲蟮牟淮_定性來自兩方面，一是容錯能力——不斷擴大量子比特規(guī)模的同時怎么降低錯誤率，這是實現(xiàn)通用量子計算必須跨越的一個難關(guān)；二是應(yīng)用生態(tài)——能否誕生真正的“殺手級”應(yīng)用，這是量子計算從“科研原型”走向?qū)嶋H可用要掃清的另一個關(guān)鍵障礙。

盡管困難重重，但產(chǎn)業(yè)界近兩年取得顯著進展，多家機構(gòu)預(yù)測2030年前后容錯量子計算機有望初步實現(xiàn)。從企業(yè)來看，IBM計劃2029年推出首臺大規(guī)模容錯量子計算機，谷歌預(yù)計在未來5年內(nèi)推出商業(yè)化的量子計算應(yīng)用。

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

成果轉(zhuǎn)化呼喚耐心資本

把量子計算機造出來，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，能把客戶的真實問題“翻譯”成量子算法能處理的形式。而后者，往往比造一個量子計算機更難。

湯彪認為，“任何顛覆性技術(shù)都要經(jīng)歷這一階段，關(guān)鍵是要盡早讓真實用戶接觸真實機器，在用的過程中暴露問題、培養(yǎng)人才、沉淀場景”。

從“造出來”到“用起來”，量子計算實用化也呼喚更多耐心資本。陳柳平以量子計算公司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”，遠遠短于量子科技從研發(fā)到大規(guī)模商業(yè)化所需的實際周期。

湯彪對此也深有感觸，“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”。

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到工程樣機、從工程樣機到批量產(chǎn)品，目前雖然已有相關(guān)政策和資金支持，仍需進一步強化。”梁珪涵建議，設(shè)立量子工程化專項，支持從實驗室樣機到工程樣機的中間環(huán)節(jié)，填補基礎(chǔ)研究經(jīng)費和產(chǎn)業(yè)資本之間的空隙；同時，加快量子科技標準體系建設(shè)。