本周末，一则量子计算的消息刷爆朋友圈。据本源量子公众号，1月6日，中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上线运行，该量子计算机搭载72位自主超导量子芯片“悟空芯”，是目前中国最先进的可编程、可交付超导量子计算机。
付斌｜作者
电子工程世界（ID：EEWorldbbs）｜出品
国内量子的又一里程碑 
本源量子本次交付的是超导量子路线的产品，量子计算国际上主要包括超导量子、离子阱量子计算、光量子、中性原子量子、半导体量子、拓扑量子几种技术路线，其中超导量子是迄今最为瞩目的路线，也是突破和发展最迅猛，IBM与谷歌量子计算机均采用超导技术路线。
量子计算的主要技术路线，图源｜光子盒
《第一财经》报道显示，“悟空”搭载72位超导量子芯片“悟空芯”，它由中国首条量子芯片生产线上制造，共有198个量子比特，其中包含72个工作量子比特和126个耦合器量子比特。
“本源悟空”匹配了本源第三代量子计算测控系统“本源天机”，在国内首次真正落地了量子芯片的批量自动化测试，量子计算机的整机运行效率提升了数十倍。
中国第三代72比特超导量子计算机取名“悟空”，来源于中国传统文化中的神话人物孙悟空，寓意如孙悟空般“72变”。
据了解，目前本源量子已研发出多台中国量子计算机，并于2021年成功交付一台量子计算机给中国用户使用。该量子计算机的成功交付使我国成为世界上第三个具备量子计算机整机交付能力的国家。
不过，“本源悟空”以及新一代超导量子计算机的技术细节非常有限，我们仍然需要更加理性地看待这个产品。
《科技日报》报道中，我国第三代可交付超导量子计算机科研团队主要负责人、中国科学院量子信息重点实验室副主任郭国平教授说，“中国可交付自主超导量子计算机虽然取得了一定的进展，但是要清醒看到和世界量子计算强国间尚有不小差距。我国基层量子计算科研团队要通过一代又一代人的接续艰苦奋斗，继续紧紧咬住全球量子计算科技前沿，把量子计算机关键核心技术牢牢掌握在中国人自己手里，力争造出更强的量子计算机。”
当然，量子计算机距离产业化本身就很遥远，距离大规模应用至少需要5～10年。此前，英特尔曾向笔者解释，对于量子计算这样的技术，英特尔会在当它具有实用化场景后，才会逐渐将它推向市场，大规模应用。
不需要制程的技术
为什么全世界都在抢占量子先进性？因为量子计算机的潜力与围绕它们的“炒作”一样大。
事实上，目前晶体管从物理尺寸已达到4nm，预计未来不到10年时间，就会达到亚纳米尺寸，届时量子效应便将产生作用，彼时谁也不知道什么技术能够继续延续摩尔定律。
后摩尔时代，量子技术便有望帮助传统芯片突破性能极限，通过量子芯片重塑以芯片为核心的现代电子信息制造体系。毕竟，它的算力几乎是颠覆性的：以分解300万大数据来说，目前万亿次的经典计算机，大约需要15万年，而使用量子计算机则只需要1秒。
中国微米纳米技术学会一组数据曾显示，量子芯片主要采用的制程在100nm左右，加之量子芯片属超导量子电路材料，只需运用量子碰撞，并能实现信息交互，相较硅基芯片，量子芯片对EUV光刻机依赖度程度会大大降低。
据BCG测算显示，未来3～5年内，量子技术价值可达达50亿～100亿美元；未来15～30年，量子技术有望创造4500亿～8500亿美元市场价值。
而目前，量子计算产业链已经明晰，与此同时，已经开始拥有一些商业化场景，包括组合优化、量子化学、机器学习等特定问题，指导材料设计、药物开发等，商业模式也逐渐诞生出量子计算云服务、量子计算整机服务、行业量子方案三大类。
量子计算的产业链上下游，图源｜光子盒
国内更喜欢将量子“实用化”
需要注意的是，虽然中国在自主超导量子计算机虽然取得了一定的进展，但对比起来，国外在量子比特数量和量子纠错上进展更快：
（注释：纠错是量子计算的一个关键焦点，对于可扩展性至关重要，最成功的量子计算机将由这个指标来定义。）
2019年，谷歌首次宣称实现量子霸权，“悬铃木”量子处理器是53个量子比特，创下首个里程碑。2022年，将其量子处理器扩展至72量子比特。2023年2月，谷歌实现量子纠错突破。2023年12月28日，谷歌公司科学家设计出一种算法，可将复杂的物理问题转化为量子物理学的语言，这可能使量子计算机变得更有用；
2022年，11月亚马逊推出了一款用于量子计算的新芯片，该芯片将错误抑制了100倍。根据亚马逊的说法，结合被动和主动纠错方法，理论上可以实现量子纠错，效率是标准方法的六倍；
2023年10月26日，美国量子计算机制造商“原子计算”公司研制出了全球首台能运行1000个量子比特的量子计算机；
2023年12月4月，IBM推出第一台超过1000个量子位的量子计算机IBM Quantum System 2，以及下一代量子处理器芯片IBM Condor和Heron。其中Condor拥有1121个超导量子位，是业界首款1211量子位量子芯片。2021年IBM推出的127量子比特芯片，2022年，IBM推出433量子比特芯片。此外，IBM科学家曾在去年发现了一种新的纠错方案，该方案可减少 10倍的量子比特，这一发现使IBM能够阐明其未来十年的路线图；
2023年12月8日，美国波士顿量子计算初创公司QuEra建造的新型量子计算机拥有迄今数量最多的逻辑量子比特——达到48个，是此前逻辑量子比特数量的10倍多；
D-Wave Systems专门从事量子退火，这是一种特殊的量子计算方法，特别适合优化问题，D-Wave的客户包括政府机构和私营公司，该公司特别专注于开发物流、网络安全和金融建模等领域的应用程序。
但在让量子计算发挥实用功能上，国产更胜一筹，研究进展也更多：
华为在上海建立了量子计算研究中心，致力于开发量子算法和软件。2022年底，华为公布的超导量子芯片专利，此项技术可有效降低量子比特之间的串扰难题，大幅提升量子芯片的良率，这是英特尔等美芯片大厂都未曾取得的成果；
腾讯曾投资量子计算研究，并在深圳建立了量子计算实验室；
2023年1月，国内首个专用于量子芯片生产的MLLAS-100激光退火仪研制成功；
2023年5月31日，科大国盾量子发布新一代量子计算云平台，接入“祖冲之号”176比特超导量子计算机同款，这不仅刷新了我国云平台的超导量子计算机比特数纪录，也是国际上首个在超导量子路线上具有实现量子优越性潜力且对外开放的量子计算云平台；
2023年8月19日，中国移动携手中国电科发布“量子计算云平台”，是必是国内最大规模的量子计算云平台，也是业界第一次实现“量子与通用算力统一纳管混合调度”的系统级平台，该发布标志着我国量子计算正在逐步走向实用化阶段，中国电科目前已突破20比特量子芯片设计与制造，9mK级极低温制冷、量子-电子混合算力控制等核心关键技术，成功研制了全自主可控的20比特超导量子计算机；
2023年9月25日，百度发布首个量子领域大模型及百度量子助手和量子写作助手两大AI原生应用，只需输入6个变量，量子写作助手可在5分钟内撰写一篇13000字符合格式要求的专利文档；
2023年10月11日，中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院研究团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录；
2023年11月10日，中国电信发布“天衍”量子计算云平台，实现“天翼云”超算能力及176量子比特超导量子计算能力的融合，推动量子计算走向实用化。据悉，中国电信计划到2025年对接500-1000量子比特真机，提供多体制超量融合算力服务。到2030年对接不低于1万量子比特超级量子计算机；
2023年11月28日量旋科技宣布向一家中东科研机构交付自主研发生产的超导量子芯片，成为“首家”向海外交付超导量子芯片的中国公司；
电科网安公司在量子密码等方面技术有前瞻性研究；
光迅科技和科大国盾量子技术股份有限公司共同开发量子芯片，已经达到产业化应用，达到了预期的战略目的；
三安光电的量子芯片正处于研发阶段；
清华、浙大等单位研究人员在论文里说发明了一种新的算法，只用10个超导量子比特就实现了48位的因式分解，用这种算法，只用372个量子比特，就能破解当前主流密码系统（RSA-2048密码），理论上，现有技术水平下的量子计算机，就能破解当今主流的密码系统，过去则需要至少上万个量子比特。
又一个被营销“玩坏”的概念
伴随量子计算款款走来，缺乏不了“蹭概念”“过度拔高”和“学术质疑”。
新华社一篇报道显示，曾经在一年内，国内冒出2000多家各类“量子企业”，将量子力学原理与化妆品、农业、食品、服装、汽车等传统产业“嫁接”。事实上，这些企业并非量子科技的产业化，而是蹭热点的“伪创新”。“量子科技到现在，还没有让老百姓可以用的产品，短时间内也做不到。
对于量子计算，未来最先可能会用在特定计算内，就像CPU与GPU一般，成为加速器，解决某些特定问题。
我们距离量子计算大规模运用至少还有10年，但国内已经逐渐将有限的量子比特投入到特定领域中，产生实用性，在实际应用之下，量子计算能够拥有更多在实用性上的改进，就像轮子一样，不断旋转起来。
“正如蒸汽机第一次被装在马车上，谁能想到它孕育着改变世界的力量！”这样改变未来的技术，国产已经逐渐找到了它的切入点。
参考文献
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