全球量子科技競賽加速 國產量子計算再破局

本報記者 秦梟 北京報道

近日，谷歌宣佈推出了最新量子芯片Willow。谷歌首席執行官孫達爾·皮柴稱其爲邁向打造實用量子計算機的重要一步。數日後，由中國科學家研製的105個量子比特的“祖沖之三號”量子計算機也在arXiv線上發表，是目前超導量子計算的最強優越性。

多位業內人士在接受《中國經營報》記者採訪時表示，量子芯片被認爲是能夠顛覆傳統計算方式的革命性技術，其核心在於理論上具備超越經典計算機的計算能力。量子比特所具備的疊加態和糾纏態特性，賦予了量子芯片執行大量計算任務的能力，這在處理複雜問題、優化算法以及模擬量子系統等領域展現出了顯著的優勢。這種革命性的計算能力預期將極大地促進科學研究、藥物研發、氣候模擬等領域的飛速發展。然而，儘管量子計算技術已取得顯著進展，但其真正融入日常生活仍面臨諸多挑戰。

爭相鬥豔

美國當地時間12月9日，谷歌CEO桑達爾·皮查伊在社交媒體X上宣佈，其最新量子芯片Willow實現了“指數級降低錯誤率”的關鍵進展，成功破解了這一領域困擾研究者30多年的難題。

據悉，在隨機電路採樣（RCS）基準測試中，Wilow能夠在5分鐘內完成當前最快計算機需要10億億億（10的25次方）年才能完成的複雜運算。

北京社會科學院副研究員王鵬表示，此次推出的量子芯片之所以備受關注，主要是因爲其在量子糾錯技術和計算性能上實現了重大突破。Willow量子芯片成功突破了量子糾錯閾值，這意味着在量子比特數量增加的同時，錯誤率得到了有效控制甚至降低，這對於構建大規模、高可靠性的量子計算機至關重要。此外，Willow在量子性能上相對於經典計算也創下了新基準，展示了量子計算在特定任務上超越經典計算機的巨大潛力。

除谷歌外，英偉達、微軟、亞馬遜等海外科技巨頭也紛紛入局量子計算。2024年11月18日，英偉達宣佈四項量子計算領域合作項目；2024年11月22日，亞馬遜雲計算平臺AWS公佈QuantumEmbark計劃，藉助此前的量子計算服務Amazon-Braket，可以通過按需付費的方式一站式訪問多種量子硬件。

海外量子計算髮展如火如荼的同時，國內也捷報頻頻。

今年1月，中國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”上線運行，並向全球用戶限時免費開放。10月下旬，我國科學家又在“本源悟空”上成功完成了全球最大規模的量子計算流體動力學仿真。近日，中國科學院量子信息與量子科技創新研究院發佈了一款504比特的超導量子計算芯片“驍鴻”，刷新了國內超導量子比特數量的紀錄。

由中國科學家研製的105個量子比特的“祖沖之三號”量子計算機也在arXiv線上發表，並超過谷歌2024年10月發表於《自然》期刊的最新進展——72比特“懸鈴木”處理器6個數量級，是目前超導量子計算的最強優越性。

不僅如此，政策的紅利也在不斷釋放。今年1月，工信部、科技部、國資委、中國科學院等七部門發佈了《關於推動未來產業創新發展的實施意見》，其中多處提出發展量子信息技術。此外，“量子技術”也在今年首次寫入《政府工作報告》。

隨着我國量子計算行業在國家政策、資金的支持，相關企業也在快速增加，企查查數據顯示，相關企業註冊量連續三年保持在1.9萬家至3.0萬家之間，其中2023年全年註冊2.8萬家量子計算相關企業，創近十年註冊量新高。企業存量方面，我國現存8.2萬家量子計算相關企業，在行業分佈上，量子計算行業具備極強的科技屬性，超七成企業歸屬現代科技服務業。

中國量子信息奠基人、中國科學院院士郭光燦表示，我國目前的量子計算在國際上處於第一梯隊，但距離世界最前沿還有差距，突出表現在應用生態上。

在深度科技研究院院長張孝榮看來，在近幾年，國內的量子計算也取得了較大的發展，不斷髮布相關成果。目前中美之間在量子計算領域仍然存在競爭，但雙方差距不明顯，也不存在明顯的卡脖子的可能。

顛覆傳統計算？

“將量子計算機處理特定數據的能力與電子計算機相比，相當於電子計算機與算盤相比。”郭光燦表示。

“量子計算應用於金融、醫藥、密碼學、人工智能等領域可大幅提升效率。例如，在密碼學中，量子計算可以破解現有的加密算法；在藥物研發中，量子計算可以模擬複雜的化學反應過程，加速新藥的研發進程；在人工智能領域，量子計算可以提高機器學習速度。”中國電子商務專家服務中心副主任郭濤表示。

除此之外，量子計算也被認爲將顛覆傳統計算。王鵬表示，量子芯片被視爲顛覆傳統計算的革命性技術，主要是因爲其在理論上具有超越經典計算機的計算能力。量子比特的疊加性和糾纏性使得量子芯片能夠同時進行大量計算，從而在處理複雜問題、優化算法、模擬量子系統等方面具有巨大優勢。

張孝榮說道：“量子計算利用量子疊加、糾纏和干涉等特性，可以在某些特定任務上實現指數級別的加速，這使得它有可能在某些領域上超越傳統計算機。此外，量子計算還可以解決一些傳統計算機難以解決的問題，如密碼學、化學模擬和優化問題等。”

不過，在斯坦福大學人工智能、機器人與未來教育中心主任蔣裡看來，量子計算機顯然不會全面代替傳統計算機，比如在計算一些具體的、簡單的加減乘除這樣的問題時，反而傳統計算機比量子計算機的優勢更明顯，量子計算機則有可能會算錯。

他進一步解釋道，傳統計算機處理數據的基本單位是比特（bit），只能是0或1，僅代表一個數；量子計算機的基本單位是量子比特（qubit），它可以是30%的概率爲1，而70%的概率爲0。傳統的計算機每次計算都會算出一個正確的答案，但量子計算機其實是在算一個概率分佈。

“實現大規模高精度、穩定性的量子比特製造和操控還有很長的路要走。”360集團創始人周鴻禕坦言，“這讓我想起第一臺計算機的發明，雖然能運行程序，但直到30年後，個人電腦蘋果和IBM PC才真正進入家庭。或者是把量子計算比喻成萊特兄弟發明的飛機，雖然能飛起來，但商用也經歷了差不多半個世紀，所以我覺得未來可能還需要幾十年，量子芯片纔可能逐漸展開應用。”

谷歌方面也承認，我們可能要到2030年才能看到商用量子計算機。未來量子計算還將面臨諸如提高操作準確性、開發更多實用的應用程序和降低量子計算時間成本等一系列挑戰。