量子計算離現(xiàn)實應(yīng)用更近一步。比經(jīng)倍量

當(dāng)?shù)貢r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(dǎo)的谷歌量子團(tuán)隊又登上了雜志封面。谷歌團(tuán)隊表示，領(lǐng)域谷歌量子計算機(jī)運(yùn)行算法的現(xiàn)新速度達(dá)到了頂級超級計算機(jī)在經(jīng)典物理領(lǐng)域執(zhí)行類似代碼的13000倍。

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

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

“谷歌展現(xiàn)了一個兼具實用價值與高效，領(lǐng)域且可驗證的現(xiàn)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(rèn)為，比經(jīng)倍量此前驗證超導(dǎo)“量子優(yōu)越性”的是“隨機(jī)采樣”任務(wù)，是一個沒有實用價值，純粹為量子計算機(jī)量身打造的數(shù)學(xué)問題。但這次，“量子回聲”算法展現(xiàn)出相對明確的應(yīng)用前景。谷歌也表示，將在后續(xù)發(fā)表相關(guān)論文，介紹該算法進(jìn)一步應(yīng)用于原子/粒子間相互作用探測與分子結(jié)構(gòu)解析等任務(wù)。

新晉諾獎得主領(lǐng)銜帶來“量子回聲”

德沃雷特團(tuán)隊此次提出了最新的被稱為“量子回聲”（Quantum Echoes）的新算法，計算結(jié)果還能重復(fù)驗證，解決了此前量子計算結(jié)果難確認(rèn)的問題，意味著量子計算將有望用于實際應(yīng)用。

這種新算法的運(yùn)作方式類似一種高度先進(jìn)的回聲。通過向量子系統(tǒng)（Willow芯片上的量子比特）發(fā)送精心設(shè)計的信號，擾動其中一個量子比特，隨后精確逆轉(zhuǎn)信號的演化過程，以“聆聽”返回的“聲音”。這種量子“回聲”的特別之處在于，它會通過相長干涉得到放大——這是一種量子波疊加后強(qiáng)度增強(qiáng)的現(xiàn)象，這使得測量具備極高的靈敏度。

打個比方，如果人類正在嘗試尋找一艘沉入海底的失蹤船只。聲吶技術(shù)或許能為人類提供一個模糊的輪廓，并告知“海底有一艘沉船”。但谷歌借助Willow芯片實現(xiàn)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(jī)的突破，未來有望在模擬量子力學(xué)現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。模擬分子的形狀和動態(tài)變化是化學(xué)、生物學(xué)和材料科學(xué)的基礎(chǔ)，相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展將為生物技術(shù)、太陽能、核聚變等領(lǐng)域的發(fā)展提供支撐。

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

正如望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡曾為人類打開全新的未知世界，谷歌稱這項實驗也邁向了一臺能夠測量此前無法觀測的自然現(xiàn)象的“量子觀測儀”。

去年年底，谷歌發(fā)布了量子芯片Willow，實現(xiàn)了兩項關(guān)鍵突破：一是可以在使用更多量子比特（擁有105個物理量子比特）的情況下，成倍地減少錯誤，破解了近30年來一直在研究的量子糾錯挑戰(zhàn)；二是通過使用量子芯片，在5分鐘內(nèi)完成了一項傳統(tǒng)超級計算機(jī)需要“10的25次方”年（可能比宇宙的歷史更長）的時間才能完成的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)計算任務(wù)。

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

巨頭布局，大量資金涌入

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

今年至今，美股上市的頭部量子技術(shù)公司股價已經(jīng)出現(xiàn)飆升，其中，D-wave股價上漲近250%，Rigetti股價也上漲近140%?！霸?jīng)默默無聞的技術(shù)，正在走出實驗室，進(jìn)入現(xiàn)實世界。”一位國內(nèi)量子技術(shù)專家對第一財經(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600萬美元的量子計算系統(tǒng)采購訂單。Rigetti透露，兩位買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(nèi)，由資本驅(qū)動的量子技術(shù)投資正在掀起新一輪浪潮。近日，減重藥司美格魯肽廠商丹麥制藥巨頭諾和諾德母公司投資設(shè)立了量子專項風(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(guī)模最大的量子專項風(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(jī)提供低溫冷卻系統(tǒng)的德國公司Kiutra最新一輪千萬級歐元的融資。

今年早些時候，丹麥出口與投資基金（EIFO）已與諾和諾德基金會斥資8000萬歐元，成立北歐量子合資企業(yè)QuNorth，用于采購、建造并運(yùn)營商用量子計算機(jī)Magne。Magne預(yù)計將在2027年初投入使用，有望成為全球最強(qiáng)大的商用量子計算機(jī)之一。

對于人工智能和量子技術(shù)未來的結(jié)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現(xiàn)通用容錯量子計算，但已在特定問題上成為連接理論與實驗的重要橋梁。隨著全球多個科研團(tuán)隊在平臺構(gòu)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(qiáng)大實驗設(shè)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)變革中迎來機(jī)遇。有數(shù)據(jù)顯示，中國對量子技術(shù)的投資已經(jīng)達(dá)到百億美元規(guī)模量級。在資金投入方面，今年5月，國家自然科學(xué)基金委員會發(fā)布了《第二代量子體系的構(gòu)筑和操控重大研究計劃2025年度項目指南》，最高資助經(jīng)費(fèi)達(dá)到每項700萬元，旨在開展量子信息科學(xué)方面的前瞻性和基礎(chǔ)性研究，推動數(shù)理、信息、工程與材料、化學(xué)等多學(xué)科交叉研究，為實現(xiàn)量子計算機(jī)等量子技術(shù)奠定物理基礎(chǔ)。

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》“世界觀點(diǎn)（World View）”專欄發(fā)表文章稱：“盡管量子信息科學(xué)具有廣闊的應(yīng)用前景，但目前大部分第二次量子革命技術(shù)還處于實驗室階段，要實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用還需要長時間的努力?！彼嵝褬I(yè)界應(yīng)警惕和防止泡沫的產(chǎn)生。

王哲輝認(rèn)為，盡管量子回聲算法展現(xiàn)出明確的應(yīng)用前景，但現(xiàn)有研究僅在高度簡化的模型體系中完成了原理性驗證，未來能否真正應(yīng)用于更復(fù)雜、更有實用價值的場景（如研究蛋白質(zhì)）仍未可知。

“作為行業(yè)參與者，我們認(rèn)為此次谷歌取得的重大突破也說明超導(dǎo)量子計算走向通用的道路更加清晰，要繼續(xù)沿著這條難而正確的路去探索，持續(xù)攻堅高水平的核心硬件，同時大力投入于能解決實際問題的量子算法與軟件生態(tài)的建設(shè)。”他表示。