本文来自微信公众号：亿欧网（ID：i-yiou），作者：陈俊一，头图：Pixabay。

前不久，在美国拉斯维加斯举办的美国物理学会（APS March Meeting）会议上，美国罗切斯特大学的物理学家Ranga Dias作了一场震惊世界的报告。Dias表示，他的团队在“近常温”下实现了室温超导。

超导材料一般具有零电阻和完全抗磁性两个特征。如果室温超导或者常温超导能够实现低成本量产，那么其零电阻特性，就可以实现建设贯通全球的大电网而没有传输损耗；完全抗磁性，则意味着时速堪比飞机的磁悬浮列车就可以完全代替轮轨列车，且由于没有轮轨接触，列车不需要轮轨、齿轮箱、轴承等零部件，维保成本甚至更低。

甚至《流浪地球2》影片中的量子计算机MOSS，说不定就默认已经实现了室温超导。那么，科幻小说中的场景真的会提前被实现，新时代的一场工业革命真的来了吗？

子弹还要再飞一会，但一石激起千层浪，在激起更多人对前沿科技的兴趣之后，人们发现，更多技术“传说”，却已经在实现中。

超导的“神话”与量子计算的“传说”

量子计算产业，就是这样一个技术传说正在逐渐落地的领域。

比如，量子计算这一曾和室温超导一样充满科幻色彩的领域，就早于室温超导，实现了从实验室到小规模工程化的跨越。

2022年1月，图灵量子全系统集成的商用科研级专用光量子计算机TuringQ Gen 1就已经发布，包括量子光源系统、光量子计算芯片系统、量子测控操作系统三大核心系统组成。该量子计算机的量子光源系统采用Sagnac干涉仪方案，搭载405nm波长的连续窄线宽半导体激光器，能够制备高达50万对/每秒的高亮度高品质的量子光源。

而前不久，启科量子就推出了国内首台模块化离子阱量子计算工程机“天算1号”。

启科量子计算研发副总裁韩琢透露，量子计算的工程化和实验室实现，难度有着很大的区别，工程化难度主要体现在精确化、小型化、集成化及大量特殊器件定制等。天算1号主要由四个系统组成，包括离子阱系统、工作环境系统、光学系统和测控系统。启科量子也为天算1号工程机的四大系统分别进行了模块化设计，各个模块通过插箱方式实现了与整机系统上的互联，也便于模块的迭代升级。

据了解，天算1号采用中国具有优势储量的重稀土元素镱(Yb 171)离子作为量子比特，经过离化的镱离子被囚禁在空间电场中，利用低温真空等环境保障使离子长时间处于稳定状态，再通过激光实现对囚禁离子超精细结构能级的操纵，从而实现量子计算。

而在全球范围去看，量子计算相关企业也处于蓬勃发展中。

英国《金融时报》旗下创业刊物Sifted在2月发布的一项调查就显示，在量子初创企业数量方面，英国拥有39家量子初创企业，德国有18家，荷兰和法国各有15家。

北美的量子计算企业更处于全球领先位置，如离子阱量子计算领域头部企业IonQ在2023年初就宣布将在美国华盛顿州西雅图地区的博塞尔市开设首家量子计算制造工厂。博塞尔市是微软、谷歌、亚马逊、松下和西雅图遗传学公司等科技和制药企业以及华盛顿大学等学术机构的所在地，既有量子计算的下游需求方，也有大量高新科技企业形成产业链集群。

此外，美国的IBM公司在2019年将已经交付了商用量子计算机。加拿大甚至在2023年初宣布启动其国家量子战略，将额外投资3.6亿加元（2.88 亿美元），以帮助巩固加拿大在量子技术领域的全球领先地位。

加拿大D-Wave公司2011年就出售了其第一个量子计算机；获得加拿大政府4000万美元投资的Xanadu公司也宣布其光量子计算机正在朝着商用目标研发。据报道，Xanadu光量子技术路线的一个最大优势是可以在室温下运行，而 IBM 和 D-Wave等其他公司正在开发的系统，只能在约0.1开尔文（-273.05℃）的极寒温度下工作。

光量子技术路线对极寒环境没有严苛要求，国内也同样有企业在这一技术路线上推进商业化落地。

如最近国内光量子芯片及光量子计算产业化企业图灵量子就宣布完成数亿元A轮融资，已和包括中国银行、招商银行在内的多家银行达成战略合作，且2022年7月图灵量子就与无锡市滨湖区政府合作启动国内首条光子芯片中试线建设，两年内有望建成专注新一代信息技术需求的光子芯片前沿研究和产业化支撑平台。

图灵量子北京负责人杨林表示，不同于超导量子计算机路线对超低温的要求，光量子计算机中的量子比特由光脉冲中的多个光子的叠加组成，可以在室温运行。而且，光子本身并不发热，光量子计算机运行过程中的发热，主要来自于光电信号转换、电压变换、信息传输等部分。

光量子计算的核心硬件主要包括量子光源、光量子线路和光子探测等，其中光子探测等测控系统尤为关键。而如何制造具备高探测效率、高重复频率的光子探测器，也是行业的技术门槛。

据了解，目前量子测控系统呈现多流派并行发展的局面，包括离子阱、中性原子、超导、半导体等。但大部分测控系统只能应用单一技术，无法实现“跨界”研发。而启科量子在2022年3月就发布了国内首套具有自主知识产权的ARTIQ架构量子测控系统<Qu|Soil>，其第一批开放市场定制的产品就包括“逻辑门指令编译模块”、“FPGA中央处理模块”、“下位功能组件”(“数字脉冲I/O模块”和“数字频率合成模块”)等。

更关键的，是从技术到商业化

技术的先进，仅仅是创业者入局的门槛，更重要的，还是尽快找到适合的场景，逐步推进量子计算的产业化、商业化。

在寻找产业化方向上，图灵量子北京负责人杨林表示，很多人都说量子计算可以赋能百业，但这并非一日之功，而是需要数以年记，现在图灵量子还是要深入到社会各行各业中去找痛点，然后以团队能力去对接产业需求，才能让未来的研发更有方向性，同时在产业和应用需求对接的过程中，逐步把量子系统越做越大，越做越完善。

杨林指出，图灵量子必须有所为有所不为，有所为的是，不管是国家需求还是企业、社会层面的需求，都要寻找到真正的痛点和需求；有所不为的是需求很多，但不可能同时满足这么多需求，而是要选择目前阶段最合适的需求重点突破。比如，金融科技、生物医药、人工智能是国家重点支持行业，也是有大量需求的行业，图灵量子决定先从这几个行业来突破，由点到面逐渐落地更多场景。

目前，图灵量子已和上海一家三甲医院合作，将先进的AI算法和量子模型用在脑疾病领域癫痫发作的预测，监测神经性疾病发生前异常的脑电波数据，从而对疾病的发生做出预警，有望用于降低“病发率”给患者带来的生命安全风险。图灵量子还在研发针对阿尔茨海默症等脑疾病的先进算法，将为患者提供更低成本、更可信的早期辅助诊断手段。

而在开拓量子计算落地场景的过程中，量子优势仅靠硬件是无法实现的，在硬件之外，软件层面的算法、混合计算架构等如何发挥作用？

启科量子计算研发副总裁韩琢指出，纵观全球范围内的量子计算企业，有的专注于硬件研发，有的专注于软件开发，也有的企业走的就是软硬结合技术路线，启科量子就是这样一家企业，硬件部门从一边来“修隧道”，然后软件部门从另一边来修，现在看起来也许硬件和软件的关系还不是那么密切，但是会有一天大家就在中间碰头了。

量子计算产业化的“软硬”之路

如果没有量子计算机硬件作为载体，那么软件层面的算法也会失去其“霸权”优势。

韩琢以20世纪90年代的小霸王学习机为例指出：80后们应该都经历过电脑处理器从386、486一直到奔腾的发展时代，那个时候电脑特别贵，几万块钱，怎么办？于是很多家庭都给孩子买了小霸王学习机来模拟进行电脑的操作练习。因为大家都知道了使用计算机，不管是打字还是编程，都会是未来工作的一种常态。尽管电脑还很贵，但小霸王学习机却可以让他们获得类似电脑的初步体验。没有任何一家中产阶级会在经济条件允许的情况下，会让他们的孩子落后于这个潮流。

在韩琢看来，启科量子做的量子算力模拟服务器，就是量子计算的“小霸王学习机”。这就能够在经典计算机上去模拟量子计算机的行为准则，让早期的开发者和兴趣爱好者学会如何驾驭量子计算机。因为量子计算机的底层编程逻辑和传统的冯·诺依曼体系下的图灵机完全不同，这就需要开发者具备全新的思维模式。

软硬一体也是很多量子计算公司的追求。据了解，图灵量子在芯片和算法上具有双底层核心驱动能力，实现了软硬一体的全栈产品体系，研发出TuringQ求解器、知识图谱风险分析系统QuGraph等多类型产品，还通过“量子-经典”混合架构，建设国内首个量子人工智能计算中心——太湖量子智算中心。

图灵量子北京负责人杨林表示，不同物理体系的量子计算机，在上面运行的计算模型差别也很大。例如适合超导量子芯片的计算模型是量子门线路模型，但适合光量子芯片的计算模型可能是基于纠缠资源态和量子测量的模型，学界称为“基于测量的模型”。尽管不同计算模型是等价的，但实际实现非常不同，这也是企业纷纷构建软硬一体全栈产品体系的缘由。

杨林指出，软硬一体要求下，对量子软件有三个要求，一是要能充分发挥量子硬件的特点，这样才能带来超越经典计算的性能；二是量子计算并非全面替代经典计算，而是在某些难解问题上实现超越，所以软件并非全盘推倒而是有针对性开发；三是软件设计要考虑量子算法跟经典算法分工合作。图灵量子研发的TuringQ求解器就是深度融合量子启发算法和经典算法，才能对各类高维难解问题快速地给出足够好的求解结果。

与其说众多量子计算企业对软硬一体的追求是一次巧合，不如说这是时代需求下的一个注脚。在时代变革之下，单一的硬件与软件都无法满足市场需求，那么能够做好软硬一体的企业，也才能更好地服务好市场中的客户。

量子计算的“大航海时代”

随着诸多量子计算企业初步工程化的实现，多个类型的量子计算机，已经在商业化落地上有不少案例。

在欧洲，据报道西班牙政府可能会在未来几周内发布“西班牙量子技术国家战略”；欧盟“量子旗舰”计划近日也宣布启动一项名为“量子安全网络合作伙伴”（QSNP）的新量子通信项目；云服务厂商开始购买欧洲量子计算机企业的硬件产品……

在北美，早在2020年，亚马逊就推出了量子计算平台Braket，用户通过亚马逊 Braket可访问D-Wave、IonQ、Rigetti的后端系统，在模拟量子计算机上探索和设计量子算法。

中国也同样如此，各个量子公司都在努力推动量子技术的发展和行业的增长。量子计算的“大航海时代”，正同样在中国上演。

启科量子计算研发副总裁韩琢透露，量子信息科技包括量子计算、量子通信、量子测量。这三个板块互为独立，也互为辅助。启科量子目前主要侧重点是在量子计算和量子通信，终极目标是构建新一代量子互联网。

实际上，启科量子已经在大湾区布局了量子算力中心，并尝试通过实现长距离量子通信，将分布于不同地点的量子计算机进行互联，形成量子互联网。量子互联网不仅可用来传输加密信息,还能支持基于云的量子计算，通过不断把量子计算、量子传感、测量等各类功能融入进来，最终将形成包括量子安全网络、分布式量子计算和量子传感网络在内的感算传一体的“全量子网络”。

韩琢指出，启科量子作为一家创业公司，不可能兼顾所有，所以在不同的时间段，会把重心和注意力放在该时间段最需要资源投入的地方，并根据自身的状态去调整每个阶段的研究重心。

“2019年到2020年，我们的重心就是在量子通信方面。从2021年年初开始，我们的重心和资源就投放在量子计算方面。” 韩琢说。

随着量子计算产业的快速发展，技术路线的自主可控就尤为重要。启科量子选择的技术路线是离子阱量子计算，需要离子阱芯片、精密激光系统、量子比特光电测控系统、高速电子时序与控制系统等众多部件，那么在相关材料和设备供应上，是否存在“卡脖子”风险？

韩琢指出，离子阱是一条基于光电产业的技术路线，相对于半导体微制备来讲，国内在光电产业整体与世界先进水平差距更小，“卡脖子”的元器件更少，绝大部分元器件有国产替代品，而且很多接近国际水平。

“比如说激光，我们暂时用的商用激光器确实国外的产品具有稳定性优势，但并不表示中国没有国产替代的可能性。我们已经挖掘了不少优秀的中国光电、激光企业和我们做配套和共同研发。”

一方面，在产业链上游筑牢供应链安全性；另一方面，也在下游尽可能开拓更多大客户。这是中国量子计算企业普遍的做法。

比如，量子计算和量子通信技术如何在提升电力系统安全性、稳定性、高效性等方面发挥作用。韩琢就分享了最近的一个下游合作案例。

“我们前段时间跟电力系统有一个合作。因为电力系统是国家关键基础设施，电力安全事关经济发展全局和社会稳定大局，关系国计民生，是国家安全的重要保障。如何保证电力安全？如何调节新能源并网？在电网监测的过程中，需要实时的大数据量的计算和优化调度，这些都是量子计算可以发挥的地方。” 韩琢说。

将量子计算用于电力网络，国外的经验也展示出其商业前景。据报道，意大利国家电力公司（ENEL）作为一家跨国电力公司，业务遍布全球30多个国家，生产的能源管理容量超过88吉瓦。ENEL SpA基础架构相关负责人表示，Enel通过超过220万公里的网络以及全球约7400万商业和家庭最终用户分配电力，优化资源计划能力非常重要，因此ENEL也与DATA Reply、AWS等合作进行电力网络的量子计算优化。

可以说，从金融、生物制药到电力、算力等众多领域，量子计算已经即将进入应用落地的阶段。

图灵量子北京负责人杨林就指出，当下量子计算正处于技术研发推动产业化落地的转折点，产业链初具雏形，多领域开展应用探索。下一个关键里程碑是基于专用量子计算的实用化问题求解，2-3年有望实现突破。就像荷兰ASML的光刻机需要20多万个零件都要做到世界一流一样，真正的通用量子计算机也是非常庞杂的系统性工程，需要在人才培养、科学研究、关键设备、各种生态建设等方方面面协同发展才能真正实现。

杨林认为，量子计算要出现类似ChatGPT那样的现象级应用，仍然需要时间和技术积淀。对企业来说，要做的是在风口到来之前，把技术和产品打磨好。

ChatGPT也许并不会直接影响到量子计算产业，但借助量子计算以实现混合架构下的算力提高，未来对ChatGPT也未必不能有所助益。

实际上， 3 月 22 日在英伟达的GTC 大会上，英伟达不仅为生成式 AI（AIGC ）推出了算力更强的配备双 GPU NVLINK 的 H100 GPU（算力相对英伟达 HGX A100提升约2.5倍）；还发布了全球首个 GPU 加速的量子计算系统 DGX Quantum， GPU 和量子处理单元（QPU）之间仅有亚微秒级延迟，并将量子计算与最先进的经典计算相结合，实现校准、控制、量子纠错和混合算等法。

当然，量子计算的算法应用到更多通用计算领域还需要时日。杨林就指出，量子计算目前还处于相对早期阶段。目前除了有三大主流技术路径，即超导、光量子、离子阱，还有量子拓扑、半导体／硅量子点等体系，技术路径还都没有完全收敛；在技术底层，量子科技需要持续改进量子芯片的质量和提升量子信息处理单元的数量，并加大基于量子芯片的应用算法研发；技术以外，产业链和商业模式的探索也非常重要，目前还没有形成闭环，包括产业链的分工、上下游的协同、标准的建立都是亟待解决的问题。

“所以这仍是一个充满机会、前景远大的空间，海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。” 杨林说。

国内企业的野望

量子计算市场在吸引众多新创企业的同时，行业大鳄、IT巨头们如IBM、谷歌、惠普、霍尼韦尔和微软都在重金投资量子产业，国内华为以及BAT等大厂也在投入研发。

但量子计算已经处于发展的“大航海”时期，不管是艨艟巨舰、三桅炮船还是竹桅轻舟、卡拉维尔帆船，都有着发现“新大陆”的可能。

英伟达CEO黄仁勋就表示，现在正处于人工智能的 iPhone 时刻，初创公司竞相打造出了颠覆性产品和商业模式，而现有企业也在寻求回应。英伟达引入量子技术、研发新GPU的“回应”，实际上在一些人看来就是想做“AI 领域的台积电”：像台积电提供芯片代工一样，提供先进算力的代工（推出 DGX Cloud 等算力云服务），帮助其他公司在其之上训练各自特定场景的 AI 算法。

我们也期待国内的量子计算企业，能够寻找到更多爆发式增长的领域，在“算力霸权”竞赛中打造出自己的颠覆性产品、并创新更多商业模式。

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