量子芯片，暴漲還是坍塌？

量子芯片，是貫穿 2024 年的亮點之一。

量子芯片是一種基于量子力學原理設計和制造的半導體芯片，集成有大量的量子邏輯單元，可以執(zhí)行量子信息處理過程，在諸如量子化學模擬、量子人工智能等諸多領域具有巨大的潛力，有望突破傳統(tǒng)計算機的算力極限。

此前，黃仁勛的一則發(fā)言引起業(yè)內熱議。

黃仁勛一句話，讓量子概念股暴跌

量子計算有望解決當前處理器難以解決的問題，如解碼加密、生成隨機數(shù)和大規(guī)模模擬。幾十年來，技術人員一直對其進行研究，包括英偉達、微軟和 IBM 在內的公司，以及初創(chuàng)公司和大學的研究人員。

在被問及英偉達的量子運算策略時，黃仁勛表示，英偉達可以制造量子電腦芯片所需的傳統(tǒng)芯片，但這些電腦需要的量子位元（qubits）數(shù)量，將是目前的 100 萬倍。他并預測，要讓「非常有用的量子電腦」上市可能需要 15 到 30 年。

此番言論引發(fā)市場恐慌，更導致多家量子運算公司股價重挫。

其中，量子運算芯片開發(fā)商 Rigetti Computing 跌 45.41%、量子運算產品商 Quantum Computing 跌 43.34%、量子運算軟硬件商 IonQ 跌 39%、量子運算系統(tǒng)商 D-Wave 在當周周三暴跌 36.13%。回顧 2024 年，上述公司 4 家公司 Rigetti、IonQ、Quantum Computing 及 D-Wave，分別暴沖 1,449.4%、237.13%、1,712.51%、854.44%。

量子技術一直被認為是科技領域的下一個前沿高地，如今英偉達的一句話令業(yè)內諸多人士紛紛猜測，量子技術是否真的具備如此巨大的潛力，以及它距離實現(xiàn)廣泛應用是否仍有一段難以逾越的距離？

Meta Platforms 首席執(zhí)行官扎克伯格也警告稱，量子計算機的應用仍需數(shù)年時間。受此影響，量子計算概念股遭遇集體拋售。

「我并不是量子計算方面的專家，但我的理解是，這離成為一個非常有用的范式還有很長的路要走，」他在周五的一個播客上表示，并補充道，許多人認為這項技術可能需要「十年以上的時間」。

這番言論印證了黃仁勛最近的評論。

然而針對黃仁勛說法，D-Wave 執(zhí)行長 Alan Baratz 在接受《CNBC》采訪時表示「完全錯誤」，強調 D-Wave 的量子電腦已在商業(yè)應用中，并非遙不可及。

過去幾年，量子芯片一直備受關注。不少公司和科研機構積極投入研發(fā)，探索其潛力。市場對量子芯片前景頗為看好，吸引了各方資本與行業(yè)力量。

在這樣一個熱門賽道上，有人唱衰，同時也有人熱烈追捧。谷歌便是極具代表性的企業(yè)之一。

一個月內，兩款 105 比特超導量子芯片問世！

2024 年最后一個月，谷歌和中國科學技術大學先后發(fā)布 105 比特的超導量子芯片。

谷歌量子芯片 Willow，碾壓超算

根據(jù)谷歌的說法，即使是如今最快的超級計算機，也需要花費「10 的 25 次方」年的時間才能完成這項計算——這個數(shù)字遠遠超過了宇宙的年齡。

隨著芯片上量子比特數(shù)量的增加，這些錯誤累積起來，芯片的性能可能并不比傳統(tǒng)計算機芯片好。因此，自 20 世紀 90 年代以來，科學家們一直在研究量子糾錯。

谷歌在 12 月 9 日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中表示，它已經找到了一種將 Willow 芯片的量子比特串聯(lián)起來的方法，這樣隨著量子比特數(shù)量的增加，錯誤率就會下降。該公司還表示，它可以實時糾正錯誤，這是讓量子機器實用化的關鍵一步。

「我們已經過了盈虧平衡點，」谷歌量子人工智能部門負責人 Hartmut Neven 在接受采訪時表示。

中國科大發(fā)布「祖沖之三號」最新成果

一周后的 12 月 17 日，中國科學技術大學潘建偉院士團隊在 arXiv 平臺上發(fā)布我國研制的具備 105 個量子比特的超導量子計算機「祖沖之三號」的相關成果。

實驗數(shù)據(jù)顯示，「祖沖之三號」的性能優(yōu)于谷歌上一代的「懸鈴木」（Sycamore，2024 年 10 月《自然》刊文結果中采用 72 個量子比特）6 個數(shù)量級，各項性能指標也與谷歌剛發(fā)布的「垂柳」達到了同一量級，為目前超導量子計算的最強優(yōu)越性。

據(jù)介紹，「祖沖之三號」的量子比特數(shù)相比擁有 66 個量子比特的「祖沖之二號」提升至 105 個，從而使其計算能力在理論上有了顯著的拓展，能夠處理更為復雜的量子計算任務，為探索更大規(guī)模的量子算法和應用提供了可能。

同時，其保真度也實現(xiàn)了提升，「祖沖之二號」單量子比特門保真度約為 99.7%，「祖沖之三號」達到了 99.90%；「祖沖之二號」雙量子比特門保真度約為 99.2%，「祖沖之三號」提升至 99.62%。

據(jù)中國科學技術大學超導量子團隊正在基于「祖沖之三號」處理器開展相關工作，計劃在數(shù)月內實現(xiàn)碼距為 7 的表面碼邏輯比特，并進一步將碼距擴展到 9 和 11，為實現(xiàn)大規(guī)模量子比特的集成和操縱鋪平道路。

這些公司和機構，跑馬競賽

除了上述公司和機構外，還有許多參與者正在加大對量子芯片領域的投入。

比如，美國的斯坦福大學、加州理工學院等高校在量子芯片的基礎研究方面成果豐碩，為企業(yè)提供了技術支持和人才儲備。

英國、德國、法國等國家在量子芯片領域都有一定的研究和發(fā)展。例如，英國在量子通信和量子計算的融合研究方面取得了進展；德國在量子芯片的材料研究和制造工藝方面有一定優(yōu)勢；法國在量子算法和量子軟件方面的研究較為突出。歐洲各國之間也通過合作項目，共同推動量子芯片技術的發(fā)展。

日本在量子芯片的材料研發(fā)和制造工藝方面有一定的技術積累，同時在量子計算與人工智能的結合研究方面也較為活躍。索尼、東芝等企業(yè)在量子芯片的研發(fā)方面有一定投入。

加拿大在量子計算硬件和軟件方面都有一定的研究成果，其量子計算公司 D-Wave 在量子退火技術方面處于領先地位，為特定類型的量子計算應用提供了有效的解決方案。

再看國內量子芯片競爭格局，除了上文提到的中國科技大學，國盾量子、本源量子等企業(yè)在量子芯片的研發(fā)和產業(yè)化方面取得了重要突破，成功研制出具有實用價值的量子計算機和量子通信設備，并在量子芯片的設計、制造和封裝測試等環(huán)節(jié)積累了一定的經驗。

2023 年 1 月 31 日，中國第一條量子芯片生產線通過央視新聞客戶端首次向公眾亮相。這條產線 2022 年 1 月投入運營，在這一年的時間里，陸續(xù)導入 24 臺量子芯片生產相關的工藝設備，孵化出了 3 套自研的量子芯片專用設備，生產了 1500 多個批次流片試制的產品，交付了多個批次的量子芯片以及量子放大器等產品。

總的來說，美國和中國在量子芯片領域都展現(xiàn)出了強大的競爭力。兩國政府都高度重視量子科技的發(fā)展，并投入了大量資源進行研發(fā)。

與此同時，全球主要國家也正在加快布局建立量子經典協(xié)同計算平臺。

2023 年，國際商業(yè)機器公司（IBM）在加拿大、西班牙的超算中心部署 127 比特量子計算機。

歐盟將 6 臺高性能量子計算機集成到捷克、法國、德國、意大利、波蘭和西班牙的各個超算中心，組成歐洲的量子計算網絡。

日本理化學研究所（RIKEN）在日本產的 64 比特超導量子計算機和超級計算機「富岳」之間建立通信鏈路。

2024 年，「本源悟空」成功接入上海超算中心、國家超算鄭州中心、長三角樞紐蕪湖集群，軟件層面實現(xiàn)不同算力的弱耦合。合肥先算中心率先在國內啟動超量融合中心建設，即將試點部署真實量子計算機。

不過，值得注意的是，新技術唯有投入應用，才能實現(xiàn)其價值。那么，讓我們回到文章開頭探討的話題，備受熱捧的量子技術，距離實際應用還有多長的路要走？

量子應用，何時爆發(fā)？

實用化量子計算機發(fā)展可分為 3 個階段。

第一階段，實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性的實驗室階段。

第二階段，尋求在某些特定領域實用價值的展現(xiàn)。

第三階段，研制可編程的通用量子計算機。可編程的量子計算機在多場景下應用，量子比特的操縱精度、集成數(shù)量和容錯能力都將大幅提升。

現(xiàn)階段發(fā)展最快的超導量子計算機正處于第二階段，已經在金融、材料科學、藥物設計等領域展現(xiàn)廣泛的應用前景。超導量子計算機「本源悟空」已在特定領域上線多款量子計算真機應用，包括金融領域投資組合優(yōu)化應用、生物醫(yī)藥領域分子對接應用等。

至于量子應用，何時爆發(fā)？有以下兩點影響因素。

首先，技術成熟度是量子應用爆發(fā)的先決條件。盡管量子計算、量子通信等領域已經取得了顯著的進展，但要實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)應用，還需要在量子比特穩(wěn)定性、量子糾錯、量子算法優(yōu)化等方面取得更多的突破。只有當這些技術難題得到有效解決，量子應用才能真正走向成熟，并發(fā)揮出其巨大的潛力。

其次，市場需求也是推動量子應用爆發(fā)的重要因素。隨著科技的不斷發(fā)展，越來越多的領域開始關注并嘗試應用量子技術。例如，金融、醫(yī)療、物流等行業(yè)都希望通過量子技術來提高數(shù)據(jù)處理效率、降低運營成本、提升服務質量。然而，目前量子應用的市場需求尚未完全釋放，還需要進一步的市場教育和引導。只有當越來越多的企業(yè)和個人認識到量子技術的價值，并愿意為之買單時，量子應用才能真正迎來爆發(fā)式增長。

據(jù)此分析，量子技術的全面普及可能確實尚需時日。然而，針對組合優(yōu)化、量子化學、機器學習等特定領域的問題，利用量子技術來指導材料設計、藥物開發(fā)等工作已經起步并取得進展。至于構建可編程的通用量子計算機這一目標，黃仁勛與扎克伯格的預測或許較為貼近實際。