芯耀
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作者：六千
劉慈欣在《時間移民》中描繪過這樣一個場景“大使把那個來自大廳時代的量子芯片高高舉起，把全人類的知識高高舉起”，在書中這枚量子芯片承載了地球文明的延續(xù)，這樣的設定揭示了人類對量子芯片完美的想象“體積小、容量大、速度高”。
不久前公布的2025年政府報告中提到，要建立未來產(chǎn)業(yè)投入增長機制，培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未來產(chǎn)業(yè)。在回顧2024年政府工作中也提到，量子科技等領域取得新成果。從2016年開始，量子科技已然六次出現(xiàn)在政府工作報告中。
全球視野來看，2025年被聯(lián)合國定為“量子科學與技術之年”，按照量子計算路線圖，谷歌將在2025年之后實現(xiàn)其“6個里程碑”中的第3個，即構建1000物理量子比特的量子計算機，并編碼1個長壽命的邏輯量子比特。
IBM將在2025年發(fā)布包含1386量子比特、具有量子通信鏈路的多芯片處理器“Kookaburra”。屆時，IBM會將3個Kookaburra芯片接入一個包含4158量子比特的系統(tǒng)中。3月以來，多個國家、多家企業(yè)、研究機構密集傳出新突破，資本動作也表現(xiàn)出了行業(yè)對關注。
?01、國內：量子領域多點突破，占據(jù)第一方陣
在量子計算機領域，中國已經(jīng)進入“可用”時代。3月，中國科學技術大學潘建偉、朱曉波、彭承志等科研人員與國內多單位合作，成功構建 105 比特超導量子計算原型機祖沖之三號。祖沖之三號處理量子隨機線路采樣問題的速度比目前最快的超級計算機快 15 個數(shù)量級，比谷歌 2024 年 10 月公開發(fā)表的最新成果快 6 個數(shù)量級，打破了超導體系量子計算優(yōu)越性世界紀錄。
祖沖之三號的量子比特相干時間達到 72 微秒，并行單比特門保真度達到 99.90%，并行兩比特門保真度達到 99.62%，并行讀取保真度達到 99.13% ，綜合性能達國際領先水平。2024年，第三代自主超導量子計算機“本源悟空”上線運行被列為2024年科技創(chuàng)新方面取得的重大成果之一。數(shù)據(jù)顯示，“本源悟空”已覆蓋全球139個國家和地區(qū)。
“本源悟空”搭載72位自主超導量子芯片“悟空芯”，在量子比特數(shù)量、相干時間等關鍵指標上達到國際先進水平，實現(xiàn)了從硬件到軟件全鏈條自主可控，是目前國內極為先進的可編程、可交付超導量子計算機。自2024年1月6日上線至今，“本源悟空”已完成33.9萬余個量子計算任務，其自主量子算力已實現(xiàn)出口。除了大型量子計算機，國內企業(yè)量旋科技推出了放置于桌面的核磁量子計算機，并且已經(jīng)完成多項海內外交付，在雅典國立技術大學、安第斯大學等高校、學術機構實現(xiàn)應用。
量子芯片領域，北京大學王劍威教授、龔旗煌院士團隊接連取得突破。2月28日，《自然?光子學》雜志發(fā)表了北京大學王劍威和龔旗煌團隊與浙江大學戴道鋅等研究人員的研究成果《集成渦旋光量子糾纏源》（Integrated optical entangled quantum vortex emitters）。該研究成功實現(xiàn)基于集成光量子芯片的渦旋光量子糾纏源，研發(fā)出全球首例量子糾纏渦旋光發(fā)射芯片。
此次聯(lián)合團隊克服了渦旋量子態(tài)的片上束縛、傳輸與控制以及量子糾纏所需的相位匹配難題，研發(fā)的芯片具備小型化（5 毫米 ×10 毫米）、高穩(wěn)定性、可編程調控、即插即用優(yōu)勢，還實現(xiàn)微秒級渦旋糾纏態(tài)操控，可進一步拓展糾纏維度與糾纏渦旋光數(shù)目。該研究使得量子芯片在性能和應用拓展性上展現(xiàn)了有明顯提升趨勢為量子通信等應用帶來新的發(fā)展機遇。
2月19日，《自然》雜志發(fā)表了北京大學王劍威教授、龔旗煌院士團隊與山西大學蘇曉龍教授團隊的合作成果。該研究在全球首次實現(xiàn)基于集成光量子芯片的連續(xù)變量量子糾纏簇態(tài)。這一成果標志著中國在量子計算、通信和傳感領域邁入 “實用化時代”。其可重構芯片能在片上實現(xiàn)多比特糾纏態(tài)自由切換，單芯片即可支持千比特級計算；且采用成熟半導體流片工藝，無需超低溫環(huán)境，體積僅為傳統(tǒng)量子系統(tǒng)的百萬分之一。未來基于該芯片的量子處理器有望在 2030 年前實現(xiàn)千比特級商用。
?02、國外：科技巨頭新進展
與國內稍有不同，國外量子計算的進展主要來自科技巨頭。
2 月 20 日，微軟發(fā)布全球首款拓撲架構量子芯片 Majorana 1。該芯片使用砷化銦和鋁，通過逐個原子設計和構建拓撲導體線材，將拓撲導體納米線連接成 “H”，8 個單元構成 8 量子比特放置在一塊芯片中。該芯片使量子比特能夠以數(shù)字方式進行控制，重新定義并大大簡化了量子計算的工作方式。
微軟表示，這款Majorana 1可以在未來幾年內幫助量子計算機去解決有意義工業(yè)規(guī)模問題，而不是科學界此前預期的幾十年后。就在微軟發(fā)布量子芯片不久后，亞馬遜網(wǎng)絡服務公司（AWS）也宣布推出一款新型量子計算芯片 Ocelot，可以將量子糾錯成本降低 90%。
Ocelot 由加州理工學院 AWS 量子計算中心團隊開發(fā)，采用了新的架構設計，內置糾錯功能。ocelot由兩塊集成硅微芯片組成，每塊大小約為1cm*1cm，以電連接芯片堆棧的形式相互粘合在一起。完整的Ocelot芯片由14個核心組件組成：5個數(shù)據(jù)量子比特（貓量子比特）、5個用于穩(wěn)定量子比特的“緩沖電路”以及4個用于量子糾錯的附加量子比特。完整的Ocelot芯片由14個核心組件組成：5個數(shù)據(jù)量子比特（貓量子比特）、5個用于穩(wěn)定量子比特的“緩沖電路”以及4個用于量子糾錯的附加量子比特。
?03、各國政府政策加持，量子計算的全球競賽
除了中美在量子計算已經(jīng)開啟激烈決賽，全球的政府、機構也紛紛投身到量子科技的“奧林匹克競賽”之中。
在亞洲，日本政府研究機構分子科學研究所與日立制作所等合作，將于 2025 年啟用新型量子計算機，這是日本首次采用原子方式的量子計算機，即 “中性原子方式”，將單個原子作為量子位進行計算，具有較高穩(wěn)定性，適合大規(guī)模計算。該計算機初始使用 50 個量子位運行，未來計劃擴展至約 500 個量子位，預計到 2030 年開發(fā)出具有 1 萬量子位的實用量子計算機。據(jù)報道，已有包括富士通等 14 家企業(yè)和機構已參與此項目。
在歐洲，芬蘭國家技術研究中心和IQM量子計算機公司已成功研發(fā)并推出了歐洲首臺50量子比特超導量子計算機。芬蘭于2020年11月首次公布其在量子計算領域的發(fā)展計劃，政府共撥款2070萬歐元用于開發(fā)50量子比特量子計算機。歐盟委員會負責技術主權的執(zhí)行副主席亨娜?維爾庫寧表示，量子技術已達成熟水平，對歐盟的主權、競爭力和國防能力具有重要戰(zhàn)略意義。因此，正在制定 “歐盟量子芯片計劃”，計劃今年夏天之前提交，同時還將制定 “量子法案”，今年底之前提出。為啟動首批 “試驗線”，歐盟已于1 月底完成兩項提案征集工作，投資總額 1.3 億歐元，維爾庫寧還宣布在 2028 年前再投資 4 億歐元。
?04、為什么是量子計算？
量子計算到底有怎樣的魅力，讓全球智力的TOP群體共同攻關？答案可以從兩個維度展開。
第一個維度是對算力的無盡追求。眾人對量子計算的第一印象自然是快。一臺54量子比特的量子計算機Sycamore實現(xiàn)了傳統(tǒng)架構計算機無法完成的任務：在世界第一超級計算機需要計算1萬年的某實驗中，Sycamore只用了3分20秒。2024年，谷歌團隊基于量子處理器Willow，破解了困擾量子糾錯領域近30年的關鍵問題，使量子糾錯能夠隨著量子比特數(shù)的增加“越糾越對”，還在5分鐘內完成了當前最強大的超級計算機之一需要1025年才能完成的計算任務。
第二個維度來自長期主義的考量。量子計算的功耗更低，在當前算力需求指數(shù)級增長的情況下，能源成本成為數(shù)據(jù)中心面對的重要問題。量子計算中，輸入多少組數(shù)據(jù)輸出依舊是多少組數(shù)據(jù)，計算過程中數(shù)據(jù)量沒有改變，計算過程也就沒有能耗。這意味著，只有在最后測量的時候產(chǎn)生了能耗。這樣的特性讓量子計算更“綠色”，也順應全人類與地球的共同發(fā)展。
DeepSeek引爆全球，證明了中國AI的軟實力。量子計算與AI的融合，自然成為產(chǎn)業(yè)界期待的重頭戲。量子計算可以加速所驅動的AI應用，比如融合量子計算的人工智能訓練/推理算力系統(tǒng)，當我們看到了AI的無限潛力，“融合人工智能（AI）與量子計算”的人類社會超級算力時代更讓人熱血沸騰。
距離量子計算機真正帶飛算力產(chǎn)業(yè)還要假以時日。已經(jīng)有落地案例的量旋科技對記者表示，目前量子計算機的客戶主要畫像有研究機構與教育機構。他們購入量子計算機主要用途是加深量子計算的研究或者在教學中演示使用。在應用層面上，以量旋科技為代表的企業(yè)正在推動與跨行業(yè)用戶的生態(tài)共創(chuàng)。但由于量子計算目前還是在專用問題上更擅長，還并不適合解決通用問題，所以還不能帶來革命性的改變。
不過資本入局，政府入場，量子計算的發(fā)展已經(jīng)比產(chǎn)業(yè)預期得更快了。2024年，IonQ股價上漲了237%，Rigetti股價漲幅接近1500%。兩家公司在去年第三季度的總收入達到1480萬美元。產(chǎn)業(yè)界有望在2025年看到更大量子比特規(guī)模的量子處理器及其工程化集成系統(tǒng)。根據(jù)Wind數(shù)據(jù)，2025年以來國內的17只量子計算的核心概念股平均漲幅為18.7%，跑贏同期滬深300指數(shù)（+3.2%），平均換手率達208%，成交額超1.2萬億元。
