全球量子计算都处在竞速发展态势中

21世纪经济报道记者罗轶琪广州报道

(资料图)

从产业发展和投融资的角度来看，全球量子计算正处于快速发展趋势。

《量子信息技术发展与应用研究报告（2022年）》指出，量子计算至今已知，可以提供唯一与当前计算机相比加速的计算模型。

在此前召开的中央经济工作会议上，还提出加快量子计算等前沿技术的研发和应用推广。

近两年来，量子信息领域的投融资呈爆炸式增长趋势。2020年和2021年，投资金额分别达到7亿美元和14亿美元，超过2010-2019年的总和。市场投资高度集中在量子计算领域，其中量子计算系统硬件制造商最受欢迎。

公司正在积极推进硬件和生态建设进程。近日，量旋科技发布了超导量子计算系统产品，重点布局，包括超导量子芯片少微、超导量子EDA软件天一、超导量子测控系统编织女演员等。

量子计算将应用于经典计算能力不足的场景，预计目前可应用于三个方向。量子计算的相关软硬件也在同步推进，以逐步改善生态建设。

当然，该行业仍处于量子计算的早期发展阶段。信通研究所认为，量子计算机研发已成为世界主要国家在前沿技术领域取得突破的关键方向之一。大规模可容错的通用量子计算机仍然需要长期的探索和努力，量子计算领域的发展和竞争也将是一场科技马拉松。

量子计算继续竞合

目前，量子计算正处于从硬件到软件和应用生态不断探索的发展趋势。硬件是基础，软件生态是着陆和扩展的关键。

信通研究所认为，量子计算硬件技术主要分为两类：一类是以超导体和硅半导体为代表的人造粒子路线，另一类是以离子陷阱、光量子和中性原子为代表的天然粒子路线。量子计算硬件的研发目前正处于各种技术路线的平行发展和开放竞争阶段。

其中，以巨头IBM为代表的超导量子计算路线技术突破迅速。第三方光子盒指出，IBM引领全球超导量子计算技术的发展。可以预见，在IBM的领导下，超导路线将在未来三年继续引领其他技术路线，但与此同时，仍有许多困难需要克服，未来是否会继续保持领先地位尚不清楚。

从产业链的角度来看，量子芯片在上游硬件环节的市场规模相对较高。据报道，量子旋转技术发布的量子芯片“微”是一种标准化、大规模生产的高性能量子芯片，具有高QI值、长比特寿命、高稳定性的特点。

量子旋转技术首席技术官孟铁军表示，量子旋转技术已经完成了从芯片设计、制造、包装、测试到芯片产品交付的全过程覆盖，并拥有一条特殊的量子芯片生产线。同时发布了基于Web端的量子芯片EDA软件“天一”的自动化设计软件。

项金根告诉《21世纪商业先驱报》，量子芯片与半导体芯片有很大的不同。最大的区别是量子芯片本质上是一个模拟芯片，而半导体芯片是一个数字芯片。使用的组件有很大的不同，而且真实的数据处理信号也有很大的不同。

“最大的区别在于组件。例如，经典芯片中的大多数组件是晶体管（如二极管、三极管、电容器、电阻等）；超导芯片的主要核心部件是一些超导线，包括电容器和电感器。核心关键部件是约瑟夫森结，这在半导体中是不可用的。”他进一步指出，量子芯片上的部件、工作原理和信号与半导体芯片非常不同。

从具体的计算过程来看，项金根介绍了半导体芯片或典型的计算芯片CPU，其真实的物理载荷是电子晶体管，由乘法器、多媒体设备等这些晶体管组成的逻辑操作门。超导量子芯片的经典比特0和1是虚拟的，由电压组成。当电路信号和电压信号通过逻辑门时，电压发生变化，实现计算。“从这个角度来看，超导芯片和半导体芯片有很大的不同。比特是超导芯片的主要集成，而不是操作逻辑门。”他续称。

至于自建量子芯片生产线的原因，项金根指出，目前量子芯片尚未达到半导体芯片可稳定量产的状态。“现在量子芯片在快速迭代的过程中，每一代产品都有很大的不同，在研发过程中会有很大的改进，这迫使我们有自己的芯片生产线和生产中心，所以任何芯片变化都可以快速制造硬件产品。有了自己的芯片，芯片产品也可以快速响应销售，根据客户需求快速生产。”

也正是因为目前的工业阶段，量子芯片实际上离半导体芯片面临的摩尔定律失败还有很长的路要走。

项金根告诉记者，目前的工艺技术并不是量子芯片面临的主要问题，关键在于工艺的稳定性，其次是比特门的真实性。”比特门的真实性需要同步提高，这不是指良好的产量率，而是噪声隔离、缺陷降低等方面，这是一个综合性的工程问题。”

探路应用生态场景

软件生态在硬件能力建设过程中的重要性不容忽视。事实上，这将决定硬件产品走多远。

项金根在接受采访时分析说，量子计算机不太可能参与经典计算机的良好行业。当然，它可能会在经典计算机计算能力不足或无法解决问题时发挥作用。

应用场景主要分为三个方向：与微观世界相关的计算、人工智能和优化问题。

具体来说，与微观世界相关的计算，包括药物分子性质的计算、模拟、模拟、新化学化合物合成、催化剂研究等。当然，这是指应用程序的方向，而不是完全着陆。

至于人工智能、神经网络等方向的深度学习，其框架的本质与矩阵计算有关，量子力学门电子模型也采用矩阵计算，两者的应用非常一致。因此，判断量子计算在未来的人工智能中可以发挥很大的作用。

优化问题包括生活中广泛存在的计算需求，如金融技术领域投资组合的收益计算、期权和衍生品定价，甚至风险控制模型。

“需要提醒的是，不同的应用程序需要对应不同的量子计算规模。只有当量子计算机的量子比特达到一定规模时，应用程序才能真正进入商业场景。”项金根补充说，目前的量子比特相对较少，所以应用场景主要是科学研究和探索。

在上述报告中，信通研究所还指出，量子计算应用需要面对与经典计算的计算能力竞争。只有明确显示量子优势，量子计算应用案例的价值才能涵盖其开发、开发和应用的高成本。换句话说，量子计算应用不仅关注它可以在哪里使用，而且清楚地反映了指数级（至少多项级）计算加速的优势。根据现有的公共信息，量子计算应用仍处于原理性和可行性验证的探索阶段，没有实质性的突破和里程碑式的发展。

因此，在商业探索过程中，量旋科技还推出了小型量子计算机，可以为学校、科技爱好者等群体推广。

据介绍，量旋科技推出了新一代便携式核磁量子计算机-双子座Mini Pro和三角座Mini。与前代产品相比，双子座Mini 在保持产品尺寸和重量不变的情况下，pro大大提高了量子计算性能，尤其是量子门的保真度，将单比特殊保真度从99%提高到99.6%，双比特殊保真度从98%提高到99.3%。

当然，这里的小型量子计算机并不是长期目标中提到的通用量子计算机。项金根介绍，真正的通用量子计算机主要是指容错和可编程的产品类型，预计该行业将于2030年左右推出。目前，该行业仍处于中等规模量子计算（简称NISQ）时期，可能与公众预期存在一定差距。

“我们推出便携式核磁性量子计算机的初衷是让每个学生都能接触到量子计算教育，让量子计算机不再仅仅存在于科幻小说中，而是成为每个人都能拥有的机器。”他继续说，

这些都需要通过生态建设连接起来。项金根介绍，量子旋转技术主要集中在软件上。公司发布了量子软件编程框架SpinQit，可以支持公司建立的量子计算云平台金牛座，形成生态建设。

“软件生态建设需要时间。除了软件开发，我们还积极将SpinQit与硬件设备相结合。小型量子计算机设备也可以通过软件操作，这是生态系统的一部分。我们希望将更多的客户链接到我们的软件生态系统中。”他继续说。

从长远来看，项金根分析需要进一步的技术突破，才能实现量子计算机发展的长期目标。最终瓶颈是容错量子纠错。容错计算实现后，量子计算机才能真正应用于各行各业。以前需要突破的小瓶颈包括比特数多、保真度高等。超导量子计算机体积大，需要进一步推进小型化。

(文章来源:21世纪经济报道)