數據寶
林聲
2025-10-24 11:16
量子計算離現實應用更近一步。
當地時間10月22日，谷歌在《自然》雜志披露與Willow芯片相關的量子計算突破性研究成果。本月早些時候剛獲得2025年諾貝爾物理學獎的法國量子科學家米歇爾·德沃雷特（Michel Devoret）領導的谷歌量子團隊又登上了雜志封面。谷歌團隊表示，谷歌量子計算機運行算法的速度達到了頂級超級計算機在經典物理領域執行類似代碼的13000倍。
這是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量子計算機走向應用的又一個里程碑。谷歌稱該算法的突破是量子計算邁向實際應用的重要一步，能夠讓人類離能推動醫學、材料科學等領域重大發現的量子計算機更近了。
這一消息引發美國頭部量子計算公司D-Wave和Rigetti Computing股價大幅波動。兩家公司在經歷了10月22日收盤的暴跌后，10月23日美股盤前股價漲幅均超過10%。
“谷歌展現了一個兼具實用價值與高效，且可驗證的新型量子優越性方案。”國盾量子上海公司總經理王哲輝對第一財經記者表示。他認為，此前驗證超導“量子優越性”的是“隨機采樣”任務，是一個沒有實用價值，純粹為量子計算機量身打造的數學問題。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，將在后續發表相關論文，介紹該算法進一步應用于原子/粒子間相互作用探測與分子結構解析等任務。
新晉諾獎得主領銜帶來“量子回聲”
德沃雷特團隊此次提出了最新的被稱為“量子回聲”（Quantum Echoes）的新算法，計算結果還能重復驗證，解決了此前量子計算結果難確認的問題，意味著量子計算將有望用于實際應用。
這種新算法的運作方式類似一種高度先進的回聲。通過向量子系統（Willow芯片上的量子比特）發送精心設計的信號，擾動其中一個量子比特，隨后精確逆轉信號的演化過程，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度增強的現象，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，未來有望在模擬量子力學現象方面發揮關鍵作用。谷歌在博客中舉例，科學家用于研究化學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態變化是化學、生物學和材料科學的基礎，相關領域的進展將為生物技術、太陽能、核聚變等領域的發展提供支撐。
在與加州大學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的結果一致，且揭示了傳統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重要的驗證。
正如望遠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象的“量子觀測儀”。
谷歌高管稱，新算法開發的意義不亞于去年該公司開發出的量子芯片Willow的意義。未來“量子回聲”算法將能夠幫助測量分子結構，從而有助于藥物研發，并通過識別新型材料助力材料科學。
去年年底，谷歌發布了量子芯片Willow，實現了兩項關鍵突破：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；二是通過使用量子芯片，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）的時間才能完成的標準基準計算任務。
而此次谷歌披露量子可驗證性意味著，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、超越經典計算的能力，是可擴展驗證的基礎。
“量子計算優越性”是指量子計算機需要在特定的問題求解上，表現出超越經典計算機的能力，從而解決連超級計算機都無法在短時間內解決的計算任務。“未來，當我們擁有更強大的量子計算機時，我們將能夠運行經典算法無法完成的計算。”德沃雷特表示。
中國科學技術大學教授、“祖沖之號”量子計算總師朱曉波（左一）與學生討論實驗結果。新華社資料
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，一直是科技圈關注的焦點，過去幾年來，包括谷歌、微軟、IBM等大廠都在研發量子計算機。早在2019年，谷歌曾在《自然》發布了一項量子計算突破，在世界第一超級計算機Summit需要計算1萬年的實驗中，谷歌研究的量子計算機只用了短短3分20秒。當時，谷歌CEO桑達爾·皮查伊（Sundar Pichai）將此次突破比作“萊特兄弟的首飛”。
投資于量子信息技術的企業資本十分活躍，加速了量子計算從實驗室到產業應用的迭代步伐。今年至今，美股上市的頭部量子技術公司股價已經出現飆升，其中，D-wave股價上漲近250%，Rigetti股價也上漲近140%。
“曾經默默無聞的技術，正在走出實驗室，進入現實世界。”一位國內量子技術專家對第一財經記者表示。
已經有很多大型科技公司在量子技術上投入大量資源，這讓一些頭部企業能獲得更大的訂單。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公司。
在全球范圍內，由資本驅動的量子技術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立了量子專項風投基金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項風險投資基金。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QuNorth，用于采購、建造并運營商用量子計算機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未來的結合，量子模擬領域頂尖科學家、慕尼黑大學教授伊曼紐爾·布洛赫（Immanuel Bloch）近日對第一財經記者表示，如今量子模擬雖尚未實現通用容錯量子計算，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隊在平臺構建與控制技術上的不斷突破，量子模擬器正成為探索“量子宇宙”的強大實驗設備。
中國作為量子技術的全球領先力量，也有望在這一輪量子技術變革中迎來機遇。有數據顯示，中國對量子技術的投資已經達到百億美元規模量級。在資金投入方面，今年5月，國家自然科學基金委員會發布了《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》，最高資助經費達到每項700萬元，旨在開展量子信息科學方面的前瞻性和基礎性研究，推動數理、信息、工程與材料、化學等多學科交叉研究，為實現量子計算機等量子技術奠定物理基礎。
中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉此前在《自然》“世界觀點（World View）”專欄發表文章稱：“盡管量子信息科學具有廣闊的應用前景，但目前大部分第二次量子革命技術還處于實驗室階段，要實現廣泛的應用還需要長時間的努力。”
他提醒業界應警惕和防止泡沫的產生。“盡管有不少企業宣稱可以在金融、蛋白模擬等復雜計算領域提供量子計算服務，但實際上相關技術報道中僅演示了小規模的量子算法。”潘建偉稱，“當前量子計算機的硬件水平尚無法在具有實用價值的問題上體現量子優勢，距離大規模商用還很遙遠。夸大其詞的宣稱會誤導公眾和投資人對量子計算產生不切實際的期望。”
王哲輝也分析稱，谷歌的量子算法突破是一個振奮人心的成果，但要從當前的概念驗證走向實際應用仍面臨巨大挑戰。
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，未來能否真正應用于更復雜、更有實用價值的場景（如研究蛋白質）仍未可知。
“作為行業參與者，我們認為此次谷歌取得的重大突破也說明超導量子計算走向通用的道路更加清晰，要繼續沿著這條難而正確的路去探索，持續攻堅高水平的核心硬件，同時大力投入于能解決實際問題的量子算法與軟件生態的建設。”他表示。
