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今年是联合国指定的国际量子科学技术年。这意味着联合国正式认识到量子科学技术在能源、教育、通信和人类健康领域开发可持续解决方案的变革潜力与实现可持续发展目标密切相关。尽管量子计算的前沿研究仍然活跃在研究实验室中，但围绕量子计算的全球产业生态系统正在慢慢形成。以“真正实用”为目标，量子计算将加速从实验室走向现实生活。现在或许是进入量子计算领域的最佳时机。 “十年前，人们仍然怀疑量子计算只是量子计算的‘早期采用者’。法国量子创业公司 Alice Bob 联合创始人 Laurent Prost 表示：“量子计算机已经在实验室，但现在正在形成一个全球生态系统。”微软量子研究团队（QuArC）高级研究总监 Krista Swor 则更直接：她认为量子计算机“已经在这里”。但实际上，世界各地的竞争对手仍在各自探索不同的技术路线，都希望自己的解决方案能笑到最后。这意味着研究路径 新的量子计算技术尚未进入融合阶段。最重要的问题是：量子计算机到底能用来做什么？到目前为止，其实际应用还相当有限。为了实现解决经典计算机无法处理的问题的承诺，量子计算机不仅必须能够执行复杂的计算，而且还必须具有足够低的错误率以确保结果有意义。然而，这两个目标是相互冲突的。增加增加量子计算机中的量子位（量子计算机的构建模块）数量以提高计算能力通常会增加错误数量。风险较高。从可制造位到可制造位的演变科学家们正在尝试将多个“物理量子位”组合成更强大的“逻辑量子位”，目的是在计算过程中实时检测和修复错误。 “你必须能够同时计算和纠正错误，”Swoer 说，并补充说，“创建尽可能多的逻辑量子位”也是主要研究团队的一个共同目标。从目前来看，美国初创公司AtomicComputing在比特数方面暂时处于领先地位。其最新的量子计算机拥有 1,180 个量子位，由超冷中性镱原子制成。法国公司 Pasqal 也做了同样的事情，添加了 1,110 个原子量子位（尚未包含在计算中）。来自科学技术大学的研究人员中国科技已经展示了利用人工智能加速原子组装的相关成果。 “量子计算已经突飞猛进，超越了‘我们能建造它吗？’到‘我们能把它建得更好吗？’”原子计算公司创始人兼首席执行官本·布鲁姆（Ben Bloom）认为，原子中立路线现在占据了领先地位。但量子计算的进步不仅仅是简单地堆叠比特。英伟达量子产品营销经理 Ni Ni Glass Harrigan 表示，“打造量子计算机的关键在于构建一个完整的系统。英伟达并不是在开发自己的量子芯片，而是正在与几家公司合作，研究更好地利用量子计算性能的方法。其他传统计算巨头也有类似的想法。例如，微软去年与 AtomicComputing 合作推出了一款具有 24 个逻辑的商用量子机。” 量子位。这被认为是迈向实用量子设备的第一步。但在r逻辑位的王牌还有另一个赢家。 QuEra 是一家美国量子计算初创公司，拥有 40 多个经过验证的逻辑量子位。领先者是美国著名量子计算公司Quantinuum，成功实现了50个逻辑位。该公司总裁兼首席执行官 Rajiv Hazra 透露，下一代新一代量子计算机的王牌将拥有比当前记录高 10 亿倍的编码能力。竞争非常激烈，多种途径都在发挥各自的优势。 Quantinuum 使用“离子陷阱”路线，使用受电磁场限制的带电镱离子来构建量子位。这条技术路径也得到了英国量子初创公司Oxford Ionics和美国量子计算公司IonQ的支持。 IonQ 系统架构和性能高级总监 John Gamble 指出，中性原子和离子陷阱的一个共同好处是，量子位之间的连接更加灵活，更容易忠实地执行不同的算法，例如将物理位转换为逻辑位以允许不同的纠错方法，而不仅仅是灵活性和多功能性。由于这种灵活性，我们相信选择中性原子路径和离子陷阱的公司未来有机会超越谷歌和IBM。谷歌是第一家声称在该领域实现“量子霸权”的公司。这一概念最早由加州理工学院理论物理学家 John Preskill 于 2012 年提出。这是指量子计算机可以做经典计算机不能做的事情。 2019年，谷歌宣布打造出第一台计算能力远超传统超级计算机的量子计算机。这一说法当时受到争议，但谷歌再次声称到 2024 年已实现量子霸权。该公司的 Willow 量子芯片可以在五分钟内完成传统计算机需要的计算任务。超级计算机10年（1025年）。谷歌和IBM认为超导量子芯片是他们的主要研究方向。该解决方案在某些场景下执行速度存在一些问题。虽然它具有快速、可靠的优点，但它也有局限性。例如，中性原子位往往会从激光控制状态“漂移”，从而导致错误。然而，超导技术最大的问题也许是“连接”。超导量子位通常只能连接到相邻位，这使得许多新的纠错算法难以实现并限制了探索空间。 “新的错误修复一直在出现，但这还不是结束，”甘布尔说。布鲁姆还表示，原子计算公司转向中性原子而不是其他途径的原因是它们在解决量子计算的核心挑战方面似乎具有优势。曾经被认为最有前途的超导路线可能会在面临瓶颈。当然，这并不意味着谷歌的努力没有用。我们的研究表明，将更多的物理位集成到逻辑位中实际上可以提高纠错能力。这是实现大规模量子计算机的重要一步。真正实用的商业设备可能会在五年内问世。如今，IBM 的 Condor 芯片已经拥有 1,121 个超导量子位，仅比之前原子计算创下的记录少了 59 个。但IBM的计划是到2026年突破4000位大关。为了实现这一目标，IBM正在开发连接现有芯片的模块，以创建一个大规模的“模块化”量子计算平台，希望用它来运行更复杂的纠错算法。美国集成电路开发公司cuanticos RighettiComputing并没有放弃超导道路。该公司首席技术官 David Rivas 指出，超导量子计算机已经有了一些进展。实际价值。该公司不仅推出了一款开箱即用的 9 量子位量子计算机，还提供了更大的 84 量子位处理器。这些设备目前出售给政府研究机构和商业客户。 Alicia Bob公司也采用超导路线来构建量子位，但其设计理念不同。他们希望在构建逻辑位之前显着降低物理位的错误率。该公司的研究人员相信，这种方法只需几千个量子位就能实现完全无差错的量子计算，而竞争对手则需要数百万个量子位。虽然我们目前还无法演示逻辑量子位，但我们的目标是到 2030 年创建一台真正实用的量子计算机。你的终点在哪里？这成为社会的基础技术。在量子计算的发展轨迹中，“五年计划”似乎已成为当务之急。美国初创公司 PsiQuantum 有更激进的计划。这他们的想法是跳过小比特实验阶段，直接在 2027 年推出大型量子计算机，例如超级计算机。他们使用光子作为量子比特，并专注于将传统复杂的控制组件（例如激光器和透镜）集成到工业可生产的半导体芯片中。该公司联合创始人兼首席科学官彼得·沙博尔德表示，该公司擅长制定困难但合理的时间表。其他追随 Photon 脚步的公司则保持相对稳定。 2021年，加拿大量子计算公司Xanadu展示了一款可以运行多种算法的量子计算芯片光子CA。法国Quandela公司推出了一款12位量子计算机，采用模块化设计，方便未来扩展和升级。谁最有可能获胜？加州理工学院教授约翰·佩斯基（John Peschi）多年来一直关注该行业，并倾向于押注于中性原子。他认为该技术具有大规模制造的能力能力和灵活的连接能力，并且具有运行量子算法的巨大潜力。 “如果我们能够创造出数万个中性原子量子位，它们的性能将与数十万个超导位相媲美。”然而，最好的量子位可能是那些甚至没有人知道其存在的量子位。也许最理想的未来是没有技术为王，但无人能控制底层技术的未来。你可能不在乎。 “很快，今天的工程师不必担心使用哪个CPU，明天的工程师也不必担心使用哪个物理量子位。”布鲁姆说，在那之前，量子计算机实际上已经开始解决可能改变世界的问题。并非所有量子实验都成功，但量子计算正在加速从实验室进入现实世界。刘琪/本报记者编辑