量子芯片暴涨还是坍塌？

  芯片，集成有大量的量子逻辑单元，可以执行量子信息处理过程，在诸如量子化学模拟、量子

  量子计算有望解决当前处理器难以解决的问题，如解码加密、生成随机数和大规模模拟。几十年来，技术人员一直对其进行研究，包括英伟达、微软和IBM在内的公司，以及初创公司和大学的研究人员。

  在被问及英伟达的量子运算策略时，黄仁勋表示，英伟达可以制造量子电脑芯片所需的传统芯片，但这些电脑需要的量子位元（qubits）数量，将是目前的100万倍。他并预测，要让“很有用的量子电脑”上市可能需要15到30年。

  量子技术一直被认为是科技领域的下一个前沿高地，如今英伟达的一句话令业内诸多人士纷纷猜测，量子技术是不是真的具备如此巨大的潜力，以及它距离实现大范围的应用是否仍有一段难以逾越的距离？

  Meta Platforms首席执行官扎克伯格也警告称，量子计算机的应用仍需数年时间。受此影响，量子计算概念股遭遇集体抛售。

  “我并不是量子计算方面的专家，但我的理解是，这离成为一个很有用的范式还有非常长的路要走，”他在周五的一个播客上表示，并补充道，许多人认为这项技术可能需要“十年以上的时间”。

  然而针对黄仁勋说法，D-Wave执行长Alan Baratz在接受《CNBC》采访时表示“完全错误”，强调D-Wave的量子电脑已在商业应用中，并非遥不可及。

  过去几年，量子芯片一直非常关注。不少公司和科研机构积极投入研发，探索其潜力。市场对量子芯片前景颇为看好，吸引了各方资本与行业力量。

  在这样一个热门赛道上，有人唱衰，同时也有人热烈追捧。谷歌便是极具代表性的企业之一。

  2024年最后一个月，谷歌和中国科学技术大学先后发布105比特的超导量子芯片。

  根据谷歌的说法，即使是如今最快的超级计算机，也要消耗“10的25次方”年的时间才能完成这项计算这一个数字远超于了宇宙的年龄。

  随着芯片上量子比特数量的增加，这些错误累积起来，芯片的性能可能并不比传统计算机芯片好。因此，自 20 世纪 90 年代以来，科学家们一直在研究量子纠错。

  谷歌在12月9日发表在《自然》杂志上的一篇论文中表示，它已经找到了一种将 Willow 芯片的量子比特串联起来的方法，这样随着量子比特数量的增加，错误率就会下降。该公司还表示，它可以实时纠正错误，这是让量子机器实用化的关键一步。

  “我们已经过了盈亏平衡点，”谷歌量子人工智能部门负责人 Hartmut Neven 在接受媒体采访时表示。

  一周后的 12 月 17 日，中国科学技术大学潘建伟院士团队在 arXiv 平台上发布我国研制的具备 105 个量子比特的超导量子计算机“祖冲之三号”的相关成果。

  实验多个方面数据显示，“祖冲之三号”的性能优于谷歌上一代的“悬铃木”（Sycamore，2024年10 月《自然》刊文结果中采用 72 个量子比特）6 个数量级，各项性能指标也与谷歌刚发布的“垂柳”达到了同一量级，为目前超导量子计算的最强优越性。

  据介绍，“祖冲之三号”的量子比特数相比拥有 66 个量子比特的“祖冲之二号”提升至 105 个，从而使其计算能力在理论上有了显著的拓展，可处理更复杂的量子计算任务，为探索更大规模的量子算法和应用提供了可能。

  同时，其保真度也实现了提升，“祖冲之二号”单量子比特门保线%，“祖冲之三号”达到了 99.90%；“祖冲之二号”双量子比特门保线%，“祖冲之三号”提升至 99.62%。

  据中国科学技术大学超导量子团队正在基于“祖冲之三号”处理器开展相关工作，计划在数月内实现码距为 7 的表面码逻辑比特，并进一步将码距扩展到 9 和 11，为实现大规模量子比特的集成和操纵铺平道路。

  比如，美国的斯坦福大学、加州理工学院等高校在量子芯片的基础研究方面成果丰硕，为公司可以提供了技术上的支持和人才储备。

  英国、德国、法国等国家在量子芯片领域都有一定的研究和发展。例如，英国在量子通信和量子计算的融合研究方面取得了进展；德国在量子芯片的材料研究和制造工艺方面有一定优势；法国在量子算法和量子软件方面的研究较为突出。欧洲各国之间也通过合作项目，一同推动量子芯片技术的发展。

  日本在量子芯片的材料研发和制造工艺方面有一定的技术积累，同时在量子计算和AI的结合研究方面也较为活跃。索尼、东芝等企业在量子芯片的研发方面有一定投入。

  加拿大在量子计算硬件和软件方面都有一定的研究成果，其量子计算公司D-Wave在量子退火技术方面处于领头羊，为特定类型的量子计算应用提供了有效的解决方案。

  再看国内量子芯片竞争格局，除了上文提到的中国科技大学，国盾量子、本源量子等企业在量子芯片的研发和产业化方面取得了重要突破，成功研制出具有实用价值的量子计算机和量子通信设施，并在量子芯片的设计、制造和封装测试等环节积累了一定的经验。

  2023年1月31日，中国第一条量子芯片生产线通过央视新闻客户端首次向公众亮相。这条产线月投入运营，在这一年的时间里，陆续导入24台量子芯片生产相关的工艺设备，孵化出了3套自研的量子芯片专用设备，生产了1500多个批次流片试制的产品，交付了多个批次的量子芯片以及量子放大器等产品。

  总的来说，美国和中国在量子芯片领域都展现出了强大的竞争力。两国政府都格外的重视量子科技的发展，并投入了大量资源进行研发。

  2023年，国际商业机器公司（IBM）在加拿大、西班牙的超算中心部署127比特量子计算机。

  欧盟将6台高性能量子计算机集成到捷克、法国、德国、意大利、波兰和西班牙的各个超算中心，组成欧洲的量子计算网络。

  日本理化学研究所（RIKEN）在日本产的64比特超导量子计算机和超级计算机“富岳”之间建立通信链路。

  2024年，“本源悟空”成功接入上海超算中心、国家超算郑州中心、长三角枢纽芜湖集群，软件层面实现不同算力的弱耦合。合肥先算中心率先在国内启动超量融合中心建设，即将试点部署真实量子计算机。

  不过，有必要注意一下的是，新技术唯有投入应用，才能实现其价值。那么，让我们回到文章开头探讨的话题，备受热捧的量子技术，距离实际应用还有多长的路要走？

  第三阶段，研制可编程的通用量子计算机。可编程的量子计算机在多场景下应用，量子比特的操纵精度、集成数量和容错能力都将大幅提升。

  现阶段发展最快的超导量子计算机正处于第二阶段，已经在金融、材料科学、药物设计等领域展现广泛的应用前景。超导量子计算机“本源悟空”已在特定领域上线多款量子计算真机应用，包括金融领域投资组合优化应用、生物医药领域分子对接应用等。

  首先，技术成熟度是量子应用爆发的先决条件。尽管量子计算、量子通信等领域已经取得了显著的进展，但要实现大规模的商业应用，还需要在量子比特稳定性、量子纠错、量子算法优化等方面取得更多的突破。只有当这些技术难题得到一定效果解决，量子应用才能真正走向成熟，并发挥出其巨大的潜力。

  其次，市场需求也是推动量子应用爆发的主要的因素。随着科学技术的持续不断的发展，慢慢的变多的领域开始关注并尝试应用量子技术。例如，金融、医疗、物流等行业都希望能够通过量子技术来提高数据处理效率、降低经营成本、提升服务质量。然而，目前量子应用的市场需求尚且没完全释放，还要进一步的市场教育和引导。只有当慢慢的变多的企业和个人认识到量子技术的价值，并愿意为之买单时，量子应用才能真正迎来爆发式增长。

  据此分析，量子技术的全面普及可能确实尚需时日。然而，针对组合优化、量子化学、机器学习等特定领域的问题，利用量子技术来指导材料设计、药物开发等工作已经起步并取得进展。至于构建可编程的通用量子计算机这一目标，黄仁勋与扎克伯格的预测或许较为贴近实际。