量子計算離現實(shí)應用更近一步。比經(jīng)倍量

當地時(shí)間10月22日，典超谷歌在《自然》雜志披露與Willow芯片相關(guān)的算快量子計算突破性研究成果。本月早些時(shí)候剛獲得2025年諾貝爾物理學(xué)獎的計算法國量子科學(xué)家米歇爾·德沃雷特（Michel Devoret）領(lǐng)導的谷歌量子團隊又登上了雜志封面。谷歌團隊表示，領(lǐng)域谷歌量子計算機運行算法的現新速度達到了頂級超級計算機在經(jīng)典物理領(lǐng)域執行類(lèi)似代碼的13000倍。

這是突破歷史上首次證明量子計算機可在硬件上成功運行一項可驗證算法，這一研究成果被視為推動(dòng)量子計算機走向應用的比經(jīng)倍量又一個(gè)里程碑。

這一消息引發(fā)美國頭部量子計算公司D-Wave和Rigetti Computing股價(jià)大幅波動(dòng)。典超兩家公司在經(jīng)歷了10月22日收盤(pán)的算快暴跌后，10月23日美股盤(pán)前股價(jià)漲幅均超過(guò)10%。計算

“谷歌展現了一個(gè)兼具實(shí)用價(jià)值與高效，領(lǐng)域且可驗證的現新新型量子優(yōu)越性方案?！眹芰孔由虾９究偨?jīng)理王哲輝對第一財經(jīng)記者表示。突破他認為，比經(jīng)倍量此前驗證超導“量子優(yōu)越性”的是“隨機采樣”任務(wù)，是一個(gè)沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，純粹為量子計算機量身打造的數學(xué)問(wèn)題。但這次，“量子回聲”算法展現出相對明確的應用前景。谷歌也表示，將在后續發(fā)表相關(guān)論文，介紹該算法進(jìn)一步應用于原子/粒子間相互作用探測與分子結構解析等任務(wù)。

新晉諾獎得主領(lǐng)銜帶來(lái)“量子回聲”

德沃雷特團隊此次提出了最新的被稱(chēng)為“量子回聲”（Quantum Echoes）的新算法，計算結果還能重復驗證，解決了此前量子計算結果難確認的問(wèn)題，意味著(zhù)量子計算將有望用于實(shí)際應用。

這種新算法的運作方式類(lèi)似一種高度先進(jìn)的回聲。通過(guò)向量子系統（Willow芯片上的量子比特）發(fā)送精心設計的信號，擾動(dòng)其中一個(gè)量子比特，隨后精確逆轉信號的演化過(guò)程，以“聆聽(tīng)”返回的“聲音”。這種量子“回聲”的特別之處在于，它會(huì )通過(guò)相長(cháng)干涉得到放大——這是一種量子波疊加后強度增強的現象，這使得測量具備極高的靈敏度。

打個(gè)比方，如果人類(lèi)正在嘗試尋找一艘沉入海底的失蹤船只。聲吶技術(shù)或許能為人類(lèi)提供一個(gè)模糊的輪廓，并告知“海底有一艘沉船”。但谷歌借助Willow芯片實(shí)現的精度，不僅能找到這艘船，還能看清船身的銘牌。

該量子計算機的突破，未來(lái)有望在模擬量子力學(xué)現象方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。谷歌在博客中舉例，科學(xué)家用于研究化學(xué)結構的工具之一是核磁共振（NMR），其原理與磁共振成像（MRI）技術(shù)相同。核磁共振就像一臺“分子顯微鏡”，能夠讓人們看到原子的相對位置，從而幫助理解分子結構。模擬分子的形狀和動(dòng)態(tài)變化是化學(xué)、生物學(xué)和材料科學(xué)的基礎，相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展將為生物技術(shù)、太陽(yáng)能、核聚變等領(lǐng)域的發(fā)展提供支撐。

在與加州大學(xué)伯克利分校合作開(kāi)展的一項原理驗證實(shí)驗中，谷歌在Willow芯片上運行“量子回聲”算法，對兩個(gè)分子（分別包含15個(gè)原子和28個(gè)原子）進(jìn)行了研究，以驗證該方法的有效性。量子計算機得出的結果與傳統核磁共振技術(shù)的結果一致，且揭示了傳統核磁共振通常無(wú)法獲取的信息，這對該方法的有效性是至關(guān)重要的驗證。

正如望遠鏡和顯微鏡曾為人類(lèi)打開(kāi)全新的未知世界，谷歌稱(chēng)這項實(shí)驗也邁向了一臺能夠測量此前無(wú)法觀(guān)測的自然現象的“量子觀(guān)測儀”。

去年年底，谷歌發(fā)布了量子芯片Willow，實(shí)現了兩項關(guān)鍵突破：一是可以在使用更多量子比特（擁有105個(gè)物理量子比特）的情況下，成倍地減少錯誤，破解了近30年來(lái)一直在研究的量子糾錯挑戰；二是通過(guò)使用量子芯片，在5分鐘內完成了一項傳統超級計算機需要“10的25次方”年（可能比宇宙的歷史更長(cháng)）的時(shí)間才能完成的標準基準計算任務(wù)。

而此次谷歌披露量子可驗證性意味著(zhù)，該結果可在谷歌的量子計算機（或其他同等水平的量子計算機）上重復得出，從而確認結果的準確性。這種可重復、超越經(jīng)典計算的能力，是可擴展驗證的基礎。

巨頭布局，大量資金涌入

量子計算自上世紀80年代被提出以來(lái)，一直是科技圈關(guān)注的焦點(diǎn)，過(guò)去幾年來(lái)，包括谷歌、微軟、IBM等大廠(chǎng)都在研發(fā)量子計算機。

今年至今，美股上市的頭部量子技術(shù)公司股價(jià)已經(jīng)出現飆升，其中，D-wave股價(jià)上漲近250%，Rigetti股價(jià)也上漲近140%?！霸?jīng)默默無(wú)聞的技術(shù)，正在走出實(shí)驗室，進(jìn)入現實(shí)世界?！币晃粐鴥攘孔蛹夹g(shù)專(zhuān)家對第一財經(jīng)記者表示。

已經(jīng)有很多大型科技公司在量子技術(shù)上投入大量資源，這讓一些頭部企業(yè)能獲得更大的訂單。例如，Rigetti近期就宣布了總計近600萬(wàn)美元的量子計算系統采購訂單。Rigetti透露，兩位買(mǎi)家分別是一家亞洲制造公司和一家美國人工智能初創(chuàng )公司。

在全球范圍內，由資本驅動(dòng)的量子技術(shù)投資正在掀起新一輪浪潮。近日，減重藥司美格魯肽廠(chǎng)商丹麥制藥巨頭諾和諾德母公司投資設立了量子專(zhuān)項風(fēng)投基金55 North。該基金在首輪募資中獲得了約3億歐元資金。該基金也成為目前全球規模最大的量子專(zhuān)項風(fēng)險投資基金。目前該基金已參與了兩項投資，包括歐洲量子計算公司IQM最新一輪2.75億歐元的B輪融資，以及為量子計算機提供低溫冷卻系統的德國公司Kiutra最新一輪千萬(wàn)級歐元的融資。

今年早些時(shí)候，丹麥出口與投資基金（EIFO）已與諾和諾德基金會(huì )斥資8000萬(wàn)歐元，成立北歐量子合資企業(yè)QuNorth，用于采購、建造并運營(yíng)商用量子計算機Magne。Magne預計將在2027年初投入使用，有望成為全球最強大的商用量子計算機之一。

對于人工智能和量子技術(shù)未來(lái)的結合，量子模擬領(lǐng)域頂尖科學(xué)家、慕尼黑大學(xué)教授伊曼紐爾·布洛赫（Immanuel Bloch）近日對第一財經(jīng)記者表示，如今量子模擬雖尚未實(shí)現通用容錯量子計算，但已在特定問(wèn)題上成為連接理論與實(shí)驗的重要橋梁。隨著(zhù)全球多個(gè)科研團隊在平臺構建與控制技術(shù)上的不斷突破，量子模擬器正成為探索“量子宇宙”的強大實(shí)驗設備。

中國作為量子技術(shù)的全球領(lǐng)先力量，也有望在這一輪量子技術(shù)變革中迎來(lái)機遇。有數據顯示，中國對量子技術(shù)的投資已經(jīng)達到百億美元規模量級。在資金投入方面，今年5月，國家自然科學(xué)基金委員會(huì )發(fā)布了《第二代量子體系的構筑和操控重大研究計劃2025年度項目指南》，最高資助經(jīng)費達到每項700萬(wàn)元，旨在開(kāi)展量子信息科學(xué)方面的前瞻性和基礎性研究，推動(dòng)數理、信息、工程與材料、化學(xué)等多學(xué)科交叉研究，為實(shí)現量子計算機等量子技術(shù)奠定物理基礎。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉此前在《自然》“世界觀(guān)點(diǎn)（World View）”專(zhuān)欄發(fā)表文章稱(chēng)：“盡管量子信息科學(xué)具有廣闊的應用前景，但目前大部分第二次量子革命技術(shù)還處于實(shí)驗室階段，要實(shí)現廣泛的應用還需要長(cháng)時(shí)間的努力?！彼嵝褬I(yè)界應警惕和防止泡沫的產(chǎn)生。

王哲輝認為，盡管量子回聲算法展現出明確的應用前景，但現有研究?jì)H在高度簡(jiǎn)化的模型體系中完成了原理性驗證，未來(lái)能否真正應用于更復雜、更有實(shí)用價(jià)值的場(chǎng)景（如研究蛋白質(zhì)）仍未可知。

“作為行業(yè)參與者，我們認為此次谷歌取得的重大突破也說(shuō)明超導量子計算走向通用的道路更加清晰，要繼續沿著(zhù)這條難而正確的路去探索，持續攻堅高水平的核心硬件，同時(shí)大力投入于能解決實(shí)際問(wèn)題的量子算法與軟件生態(tài)的建設?！彼硎?。