全球量子科技竞赛加速 国产量子计算再破局

本报记者 秦枭 北京报道

近日，谷歌宣布推出了最新量子芯片Willow。谷歌首席执行官孙达尔·皮柴称其为迈向打造实用量子计算机的重要一步。数日后，由中国科学家研制的105个量子比特的“祖冲之三号”量子计算机也在arXiv线上发表，是目前超导量子计算的最强优越性。

多位业内人士在接受《中国经营报》记者采访时表示，量子芯片被认为是能够颠覆传统计算方式的革命性技术，其核心在于理论上具备超越经典计算机的计算能力。量子比特所具备的叠加态和纠缠态特性，赋予了量子芯片执行大量计算任务的能力，这在处理复杂问题、优化算法以及模拟量子系统等领域展现出了显著的优势。这种革命性的计算能力预期将极大地促进科学研究、药物研发、气候模拟等领域的飞速发展。然而，尽管量子计算技术已取得显著进展，但其真正融入日常生活仍面临诸多挑战。

争相斗艳

美国当地时间12月9日，谷歌CEO桑达尔·皮查伊在社交媒体X上宣布，其最新量子芯片Willow实现了“指数级降低错误率”的关键进展，成功破解了这一领域困扰研究者30多年的难题。

据悉，在随机电路采样（RCS）基准测试中，Wilow能够在5分钟内完成当前最快计算机需要10亿亿亿（10的25次方）年才能完成的复杂运算。

北京社会科学院副研究员王鹏表示，此次推出的量子芯片之所以备受关注，主要是因为其在量子纠错技术和计算性能上实现了重大突破。Willow量子芯片成功突破了量子纠错阈值，这意味着在量子比特数量增加的同时，错误率得到了有效控制甚至降低，这对于构建大规模、高可靠性的量子计算机至关重要。此外，Willow在量子性能上相对于经典计算也创下了新基准，展示了量子计算在特定任务上超越经典计算机的巨大潜力。

除谷歌外，英伟达、微软、亚马逊等海外科技巨头也纷纷入局量子计算。2024年11月18日，英伟达宣布四项量子计算领域合作项目；2024年11月22日，亚马逊云计算平台AWS公布QuantumEmbark计划，借助此前的量子计算服务Amazon-Braket，可以通过按需付费的方式一站式访问多种量子硬件。

海外量子计算发展如火如荼的同时，国内也捷报频频。

今年1月，中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上线运行，并向全球用户限时免费开放。10月下旬，我国科学家又在“本源悟空”上成功完成了全球最大规模的量子计算流体动力学仿真。近日，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院发布了一款504比特的超导量子计算芯片“骁鸿”，刷新了国内超导量子比特数量的纪录。

由中国科学家研制的105个量子比特的“祖冲之三号”量子计算机也在arXiv线上发表，并超过谷歌2024年10月发表于《自然》期刊的最新进展——72比特“悬铃木”处理器6个数量级，是目前超导量子计算的最强优越性。

不仅如此，政策的红利也在不断释放。今年1月，工信部、科技部、国资委、中国科学院等七部门发布了《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，其中多处提出发展量子信息技术。此外，“量子技术”也在今年首次写入《政府工作报告》。

随着我国量子计算行业在国家政策、资金的支持，相关企业也在快速增加，企查查数据显示，相关企业注册量连续三年保持在1.9万家至3.0万家之间，其中2023年全年注册2.8万家量子计算相关企业，创近十年注册量新高。企业存量方面，我国现存8.2万家量子计算相关企业，在行业分布上，量子计算行业具备极强的科技属性，超七成企业归属现代科技服务业。

中国量子信息奠基人、中国科学院院士郭光灿表示，我国目前的量子计算在国际上处于第一梯队，但距离世界最前沿还有差距，突出表现在应用生态上。

在深度科技研究院院长张孝荣看来，在近几年，国内的量子计算也取得了较大的发展，不断发布相关成果。目前中美之间在量子计算领域仍然存在竞争，但双方差距不明显，也不存在明显的卡脖子的可能。

颠覆传统计算？

“将量子计算机处理特定数据的能力与电子计算机相比，相当于电子计算机与算盘相比。”郭光灿表示。

“量子计算应用于金融、医药、密码学、人工智能等领域可大幅提升效率。例如，在密码学中，量子计算可以破解现有的加密算法；在药物研发中，量子计算可以模拟复杂的化学反应过程，加速新药的研发进程；在人工智能领域，量子计算可以提高机器学习速度。”中国电子商务专家服务中心副主任郭涛表示。

除此之外，量子计算也被认为将颠覆传统计算。王鹏表示，量子芯片被视为颠覆传统计算的革命性技术，主要是因为其在理论上具有超越经典计算机的计算能力。量子比特的叠加性和纠缠性使得量子芯片能够同时进行大量计算，从而在处理复杂问题、优化算法、模拟量子系统等方面具有巨大优势。

张孝荣说道：“量子计算利用量子叠加、纠缠和干涉等特性，可以在某些特定任务上实现指数级别的加速，这使得它有可能在某些领域上超越传统计算机。此外，量子计算还可以解决一些传统计算机难以解决的问题，如密码学、化学模拟和优化问题等。”

不过，在斯坦福大学人工智能、机器人与未来教育中心主任蒋里看来，量子计算机显然不会全面代替传统计算机，比如在计算一些具体的、简单的加减乘除这样的问题时，反而传统计算机比量子计算机的优势更明显，量子计算机则有可能会算错。

他进一步解释道，传统计算机处理数据的基本单位是比特（bit），只能是0或1，仅代表一个数；量子计算机的基本单位是量子比特（qubit），它可以是30%的概率为1，而70%的概率为0。传统的计算机每次计算都会算出一个正确的答案，但量子计算机其实是在算一个概率分布。

“实现大规模高精度、稳定性的量子比特制造和操控还有很长的路要走。”360集团创始人周鸿祎坦言，“这让我想起第一台计算机的发明，虽然能运行程序，但直到30年后，个人电脑苹果和IBM PC才真正进入家庭。或者是把量子计算比喻成莱特兄弟发明的飞机，虽然能飞起来，但商用也经历了差不多半个世纪，所以我觉得未来可能还需要几十年，量子芯片才可能逐渐展开应用。”

谷歌方面也承认，我们可能要到2030年才能看到商用量子计算机。未来量子计算还将面临诸如提高操作准确性、开发更多实用的应用程序和降低量子计算时间成本等一系列挑战。