21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者駱軼琪廣州報(bào)道
(資料圖)
無(wú)論從產(chǎn)業(yè)發(fā)展還是投融資視角看，全球的量子計(jì)算都處在競(jìng)速發(fā)展態(tài)勢(shì)中。
中國(guó)信通院發(fā)布的《量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究報(bào)告（2022年）》指出，量子計(jì)算是迄今已知的，可以提供與當(dāng)今計(jì)算機(jī)相比，運(yùn)算處理能力指數(shù)級(jí)加速的唯一計(jì)算模型。
在此前召開(kāi)的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議中，也提出加快對(duì)量子計(jì)算等前沿技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣。
近兩年來(lái)，量子信息領(lǐng)域投融資呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)趨勢(shì)，2020年和2021年投資金額分別達(dá)7億美元和14億美元，超過(guò)2010-2019共十年的總和。市場(chǎng)投資高度集中在量子計(jì)算領(lǐng)域，其中又以量子計(jì)算系統(tǒng)硬件制造企業(yè)最受追捧。
身處其中的公司在積極推進(jìn)硬件和生態(tài)搭建進(jìn)程。近日，量旋科技發(fā)布重點(diǎn)布局的超導(dǎo)量子計(jì)算體系產(chǎn)品，包括超導(dǎo)量子芯片少微、超導(dǎo)芯片EDA軟件天乙和超導(dǎo)量子測(cè)控系統(tǒng)織女星等。
受訪(fǎng)時(shí)量旋科技創(chuàng)始人&CEO項(xiàng)金根介紹，量子計(jì)算將應(yīng)用在經(jīng)典計(jì)算能力不夠的場(chǎng)景中，目前預(yù)計(jì)可以應(yīng)用在三大方向。量子計(jì)算的相關(guān)軟硬件也在同步推進(jìn)，以期逐步完善生態(tài)建設(shè)。
當(dāng)然行業(yè)依然處在量子計(jì)算的早期發(fā)展階段。信通院認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)研發(fā)已經(jīng)成為全球主要國(guó)家在前沿科技領(lǐng)域攻關(guān)突破的重點(diǎn)方向之一，大規(guī)?？扇蒎e(cuò)通用量子計(jì)算機(jī)仍是需要長(zhǎng)期探索和努力的目標(biāo)，量子計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)也將是一場(chǎng)科技馬拉松。
量子計(jì)算持續(xù)競(jìng)合
當(dāng)前階段，量子計(jì)算正處在從硬件到軟件和應(yīng)用生態(tài)不斷探索的發(fā)展態(tài)勢(shì)中，硬件是基礎(chǔ)，軟件生態(tài)是落地拓維的關(guān)鍵。
信通院認(rèn)為，量子計(jì)算硬件技術(shù)主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是以超導(dǎo)和硅半導(dǎo)體為代表的人造粒子路線(xiàn)，另一類(lèi)是以離子阱、光量子和中性原子為代表的天然粒子路線(xiàn)。量子計(jì)算硬件研發(fā)目前處于各種技術(shù)路線(xiàn)并行發(fā)展和開(kāi)放競(jìng)爭(zhēng)階段。
其中，超導(dǎo)量子計(jì)算路線(xiàn)技術(shù)突破較快，以巨頭IBM為代表。第三方機(jī)構(gòu)光子盒指出，IBM公司引領(lǐng)著全球超導(dǎo)量子計(jì)算的技術(shù)發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)，超導(dǎo)路線(xiàn)在IBM的帶領(lǐng)下，未來(lái)3年仍將持續(xù)領(lǐng)跑其他技術(shù)路線(xiàn)，但同時(shí)，該技術(shù)路線(xiàn)仍有很多困難要克服，更遠(yuǎn)的將來(lái)是否會(huì)繼續(xù)保持領(lǐng)先地位仍未可知。
從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，上游硬件環(huán)節(jié)中，量子芯片的市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)高。據(jù)介紹，此次量旋科技發(fā)布的量子芯片“少微”，是一款標(biāo)準(zhǔn)化、量產(chǎn)型的高性能量子芯片，具有高Qi值、長(zhǎng)比特壽命、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。
量旋科技CTO孟鐵軍表示，量旋科技在超導(dǎo)量子芯片方面已經(jīng)完成了從芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試到芯片產(chǎn)品交付的全流程覆蓋，擁有專(zhuān)用的量子芯片生產(chǎn)線(xiàn)。同時(shí)發(fā)布設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件“天乙”，這是一款基于Web端的量子芯片EDA軟件。
項(xiàng)金根向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示，量子芯片與半導(dǎo)體芯片有著很大不同。其中最大的不同在于，量子芯片本質(zhì)是模擬性質(zhì)的芯片，半導(dǎo)體芯片則是數(shù)字芯片。當(dāng)中用到的元器件有較大差別，此外真實(shí)的數(shù)據(jù)處理信號(hào)區(qū)別也很大。
“最大差別還是在于元器件。舉例來(lái)說(shuō)，經(jīng)典芯片中的大部分元器件是晶體管（如二極管、三極管、電容、電阻等）；超導(dǎo)芯片最主要的核心部件是一些超導(dǎo)線(xiàn)路，其中有電容、電感，核心關(guān)鍵部件是約瑟夫森結(jié)，這是半導(dǎo)體中沒(méi)有的?！彼M(jìn)一步指出，量子芯片上的元器件、工作原理、信號(hào)等都與半導(dǎo)體芯片千差萬(wàn)別。
從具體計(jì)算過(guò)程來(lái)看，項(xiàng)金根介紹，半導(dǎo)體芯片或者典型計(jì)算芯片類(lèi)型CPU，上面的真實(shí)物理承載是電子晶體管，由這些晶體管組成的邏輯運(yùn)算門(mén)，比如乘法器、多媒體器件等執(zhí)行運(yùn)算。而超導(dǎo)量子芯片的經(jīng)典比特0和1反而是虛的、由電壓組成，當(dāng)電路信號(hào)、電壓信號(hào)，流過(guò)邏輯門(mén)后，電壓發(fā)生變化，就實(shí)現(xiàn)了計(jì)算?！斑@個(gè)角度看，超導(dǎo)芯片和半導(dǎo)體芯片有很大差異。超導(dǎo)芯片最主要集成的是比特，而不是運(yùn)算的邏輯門(mén)?！彼m(xù)稱(chēng)。
至于自建量子芯片產(chǎn)線(xiàn)的原因，項(xiàng)金根指出，當(dāng)前量子芯片還沒(méi)有達(dá)到半導(dǎo)體芯片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可穩(wěn)定量產(chǎn)的狀態(tài)?！艾F(xiàn)在量子芯片在快速迭代過(guò)程中，每代產(chǎn)品有很大差別，在研發(fā)過(guò)程中會(huì)有很大改進(jìn)，這倒逼我們要有自己的芯片生產(chǎn)線(xiàn)和生產(chǎn)中心，那么任何芯片改動(dòng)都可以很快把硬件產(chǎn)品制造出來(lái)。有了自己的芯片，芯片產(chǎn)品也可以做到很快響應(yīng)銷(xiāo)售，根據(jù)客戶(hù)需求快速生產(chǎn)?！?/p>
也正因?yàn)楫?dāng)前所處的產(chǎn)業(yè)階段，量子芯片實(shí)際上距離半導(dǎo)體芯片面臨的摩爾定律走向失效類(lèi)似情形還很遠(yuǎn)。
項(xiàng)金根告訴記者，當(dāng)前工藝技術(shù)還不是量子芯片面臨的主要問(wèn)題，關(guān)鍵其實(shí)在于工藝穩(wěn)定性，其次重要的是比特門(mén)保真度。“比特門(mén)保真度提高，需要工藝同步提升，這不是指良品率，而是比如噪聲隔絕、缺陷降低等方面，這是一個(gè)綜合的工程型問(wèn)題?！?/p>
應(yīng)用生態(tài)場(chǎng)景探路
在硬件能力構(gòu)建過(guò)程中，軟件生態(tài)的重要性不可忽視。實(shí)際上這更會(huì)決定硬件產(chǎn)品走到多遠(yuǎn)。
項(xiàng)金根在受訪(fǎng)時(shí)分析，在經(jīng)典計(jì)算機(jī)已經(jīng)做到很好的行業(yè)，量子計(jì)算機(jī)不太會(huì)參與，當(dāng)然可能會(huì)在經(jīng)典計(jì)算機(jī)算力不太夠的地方、亦或是解決不了問(wèn)題的時(shí)候發(fā)揮作用。
應(yīng)用場(chǎng)景主要分為三類(lèi)方向：與微觀世界相關(guān)的計(jì)算、人工智能、優(yōu)化問(wèn)題的計(jì)算。
具體看，微觀世界相關(guān)的計(jì)算，包括藥物分子性質(zhì)的計(jì)算、模擬、仿真，新化工化合物合成，催化劑研究等。當(dāng)然這里是指應(yīng)用方向，而不能說(shuō)完全已經(jīng)落地。
至于人工智能中的人們方向深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，其框架的本質(zhì)，是與矩陣計(jì)算相關(guān)，而量子力學(xué)門(mén)電子模型也是用矩陣計(jì)算，二者應(yīng)用十分契合。因此判斷量子計(jì)算今后可以在人工智能方面發(fā)揮很大作用。
優(yōu)化問(wèn)題則包括生活中廣泛存在的計(jì)算需求，如金融科技領(lǐng)域做投資組合的收益計(jì)算，期權(quán)和衍生品定價(jià)，甚至風(fēng)險(xiǎn)控制模型等。
“需要提醒的是，不同應(yīng)用需要對(duì)應(yīng)不同的量子計(jì)算規(guī)模，只有等量子計(jì)算機(jī)的量子比特達(dá)到一定規(guī)模后，應(yīng)用才能真正落地到商業(yè)場(chǎng)景中?！表?xiàng)金根補(bǔ)充道，當(dāng)前量子比特還比較少，因此應(yīng)用的場(chǎng)景多以科研探索類(lèi)為主。
前述報(bào)告中，信通院也指出，量子計(jì)算應(yīng)用需要直面與經(jīng)典計(jì)算的算力競(jìng)爭(zhēng)，只有明確展示量子優(yōu)越性，量子計(jì)算應(yīng)用案例的價(jià)值才能夠覆蓋其研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的高額成本。換言之，量子計(jì)算應(yīng)用關(guān)注的不止是能用在哪里，而更是能在哪里明確體現(xiàn)出指數(shù)級(jí)（至少是多項(xiàng)式級(jí)）計(jì)算加速優(yōu)勢(shì)。根據(jù)現(xiàn)有公開(kāi)信息可以審慎地認(rèn)為，量子計(jì)算應(yīng)用仍處于原理性與可行性驗(yàn)證的探索階段，尚無(wú)實(shí)質(zhì)性突破和里程碑式發(fā)展。
因此在商業(yè)化探路進(jìn)程中，量旋科技還推出了小型量子計(jì)算機(jī)，可以面向?qū)W校、科技發(fā)燒友等群體推進(jìn)。
據(jù)介紹，量旋科技此次推出新一代便攜式核磁量子計(jì)算機(jī)——雙子座Mini pro和三角座Mini。相比前代產(chǎn)品，雙子座Mini pro在保持產(chǎn)品尺寸和重量不變的情況下，大幅提高了量子計(jì)算性能，特別是量子門(mén)保真度，將單比特門(mén)保真度從99%提升到99.6%，雙比特門(mén)保真度從98%提升到99.3%。
當(dāng)然這里的小型量子計(jì)算機(jī)并非遠(yuǎn)期目標(biāo)中提到的通用量子計(jì)算機(jī)。項(xiàng)金根介紹，真正的通用量子計(jì)算機(jī)多指可以容錯(cuò)、可編程的產(chǎn)品類(lèi)型，目前行業(yè)預(yù)估會(huì)在2030年左右推出。當(dāng)前行業(yè)還處在中等規(guī)模量子計(jì)算（簡(jiǎn)稱(chēng)NISQ）時(shí)期，與大眾期望可能存在一定差距。
“我們推出便攜式核磁量子計(jì)算機(jī)的初衷，是讓每個(gè)學(xué)生都能接觸到量子計(jì)算教育，讓量子計(jì)算機(jī)不再僅僅存在于科幻中，而是成為人人都能擁有的機(jī)器?！彼m(xù)稱(chēng)，
這些都需要通過(guò)生態(tài)建設(shè)串聯(lián)起來(lái)。項(xiàng)金根介紹，對(duì)此量旋科技主要在軟件方面進(jìn)行籌措，此次公司發(fā)布了量子軟件編程框架SpinQit，這可以公司搭建的量子計(jì)算云平臺(tái)金牛座互相支撐，形成生態(tài)共建。
“軟件生態(tài)建設(shè)需要時(shí)間。除了軟件開(kāi)發(fā)之外，我們也在積極把SpinQit和硬件設(shè)備結(jié)合起來(lái)，小型量子計(jì)算機(jī)設(shè)備也可以通過(guò)軟件操作，是生態(tài)中的一環(huán)，希望把更多客戶(hù)鏈接到我們的軟件生態(tài)中。”他續(xù)稱(chēng)。
從長(zhǎng)期角度看，項(xiàng)金根分析，要實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的遠(yuǎn)期目標(biāo)，還需要進(jìn)一步的技術(shù)突破。這其中要面對(duì)的最終瓶頸是可容錯(cuò)的量子糾錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)計(jì)算后，量子計(jì)算機(jī)才能真正應(yīng)用在各行各業(yè)。之前還需突破的小瓶頸，則包括如比特?cái)?shù)更多、保真度更高等，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)體積較大，還需要進(jìn)一步推動(dòng)小型化。
（文章來(lái)源：21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道）
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