超导量子计算距离规模化、工程化落地还有多远
  • cici
  • 2026年08月11日 15:47
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量子计算已不再是高高在上的前沿技术,越来越多的研发过程开始应用量子计算。早在2016年,IBM就借鉴云服务的模式,向用户提供量子云服务。

但十年过去,量子计算并没有成为计算领域的主力军。开发者们大概率都遇到过同样的困惑:在模拟器上调试好的量子电路,逻辑清晰、结果完美,一旦提交到真实量子处理器上运行,结果会出现明显偏差,甚至不可用。

理想与现实的差距背后,是量子计算从实验室走向工程化时绕不开的校准、噪声和系统协同问题。

模拟器里跑得通,真机上为什么跑不通?

上述场景的根源是模拟器运行在经典计算机上,它假设量子比特是完美的、门操作是精确的、环境是绝对无噪声的。开发者可以随时暂停、任意回退、反复调整参数,得到完全确定性的结果。

但真实世界不是这样。一台量子计算机运行时,量子比特的频率会随偏置信号漂移,门保真度会受到电磁干扰的波动影响,退相干时间会因极低温环境和外部电磁环境的微小变化而变化。更麻烦的是,这些参数不是静态的,它们随时间变化、随环境变化、随上一轮实验的历史遗留变化。量子计算的软硬件目前无法像经典计算那样解耦,如果不重新校准,误差会被迅速放大。

WAIC2026上,“祖冲之号”量子计算原型机总师朱晓波说了一段让很多人印象深刻的话:“不要相信任何‘千比特、万比特’的炒作。精度不足、错误率没降下来,规模再大都是没有意义的。过度宣传,只会让整个领域遭受毁灭性的打击。”行业正在从单点指标如比特数、保真度、单次实验成绩,转向系统工程能力,这段话正是转向的一个注脚。

一颗性能优异的量子芯片,如果测控系统无法稳定产生、读取信号、无法快速完成校准、无法在出现异常时判断问题出在哪个环节,这颗芯片的实际性能就无法发挥。相干科技创始人兼CEO金贻荣曾表示:"测控是量子计算的灵魂"。

从芯片到可用算力,中间隔着一条工程化链路

量子计算真机的构成精密且复杂,极低温低噪声环境、测控电子学、测控软件、承接任务的平台,以及装配接线调试维护的系统工程能力,缺一不可。这其中芯片是核心部件,但也不等于可用算力。

相干科技走的是钽基材料芯片路线。钽的超导能隙及其表面稳定而致密氧化层,可以抑制导致退相干的二能级系统噪声。目前相干科技百比特规模芯片的平均寿命达100微秒以上,平均单比特门保真度超99.9%,平均两比特门保真度突破99.5%。

但芯片提供的是能力的上限,测控决定这个上限能兑现到什么程度。

测控系统负责给每一个量子比特下达指令,读取量子态、执行校准,并在系统出现问题时,判断问题根源来自芯片、低温环境、电子学、软件还是算法。它连接多个专业系统,是形成算力闭环的核心环节。

目前相干科技的测控能力已经形成一体化解决方案,在100量子比特以上规模的量子处理器操控与测量中得到验证。其测控系统对量子比特的操控精度可达单比特门保真度99.99%以上、两比特门保真度99.8%以上、读取保真度99%以上。

据相干科技测算,一台百比特规模的超导量子计算机,测控系统能占到整机成本的60%以上。原因在于,稀释制冷机的容量与比特数不成正比,成本可以随规模扩大而摊薄;但测控电子学和低温线路的数量与比特数近乎线性相关,比特数越多,测控成本占比越高。每一个量子比特都需要独立的测控线路。

比成本更难解决的是工程化的问题。科研人员做研究时,可以靠个人经验反复试错,得到的结果不需要保证能被他人复现。但要做成产品交付,就必须把每一个环节标准化,形成可复制的操作流程、前置检测和自动化校准的能力。

一个真实发生过的例子能说明这种难度:相干科技的团队曾经发现量子比特的信号读取出现异常,一路排查下去,最后发现是某些零件带有微弱磁性,干扰了信号。找到原因后,团队专门为此建立了一套磁性检测标准,不合格的零件直接不用,还在装配前增加了一道检测环节。这种"发现问题—找到根源—建立标准—提前预防"的闭环能力,才是工程化真正的核心。

在第五届CCF量子计算大会暨大湾区量子科学论坛上,金贻荣提到量子计算已经发生了一个阶段性的变化:从实验室科研和原型机攻关,变成了"未来产业培育+产业落地+工程化"为主导的新阶段。这种转变,靠国家投入是远远不够的,必须借助资本的力量来构建工程化体系。

应用落地的三个阶段

硬件和工程体系逐步稳定之后,应用场景在哪,成为下一个要回答的问题。

量子计算从实验室走向真实应用,通常要爬过三级台阶。第一级是理论与算法仿真,开发者在经典计算机上推导算法、验证逻辑,关注正确性和复杂度。这是大多数研究者的起点,但也是最容易产生误判的地方——模拟器里一切都很完美,真实硬件的噪声、退相干和串扰都被隐去了。

第二级是真机运行。开发者把算法提交给真实量子硬件,面对噪声、退相干、串扰等现实约束。这个阶段的核心价值,是让开发者真正上手用过真机,知道它实际能做到什么、做不到什么,而不是只停留在理论上的完美假设。

第三级是概念验证。到了这一步,开发者要证明在特定场景下,量子算法确实比经典算法更有优势,比如量子化学模拟、组合优化、机器学习加速等。这要求稳定的算力供给、可复现的结果,以及明确的业务价值衡量标准。金贻荣判断,目前行业整体仍处于从第二级向第三级过渡的早期。

落到应用层面,金贻荣又给量子计算的应用排了一个序:

第一层是量子化学计算,包括分子结构计算、药物设计。全球超级计算机约30%的算力都堆在材料模拟、药物设计这些化学计算上。仅哈伯合成氨这一个工业过程,每年就消耗全球2%的能源。

第二层是金融分析与交通/物流和供应链优化,这些应用场景都涉及到组合优化问题,规模极大,商业驱动力也足够强。

第三层是量子人工智能。金贻荣的看法是人工智能是工具,算力才是底座。量子计算与GPU、CPU融合形成的混合算力方案,才是解决药物研发、新材料合成、金融优化等复杂难题的合理路径。

IBM最近做的一件事验证了这个方向。他们用两块Heron芯片(各156量子比特)配合日本的"富岳"经典超算,成功模拟了超过12000个原子的蛋白质结构。"我们至少能算到一万个原子这个量级了,"金贻荣说,“这个规模跟经典计算已经开始拉开距离。”

而作为量子计算工程化应用落地的载体,基于量子云平台的量子算力服务非常关键。未来的量子计算商业模式,很可能就是建立在以云为中心的算力服务方式。相干科技将迅速建立自有的量子云服务基础设施,并构建基于智能体的算力服务软件平台,对外输出稳定的、低成本量子算力。同时,相干科技也将与北京量子院Quafu量子云平台形成战略协同,共同打造全球顶尖的量子云服务基础设施。

比起用户规模或任务数字,更值得关注的是这套供需连接的逻辑本身:量子计算当前面临的核心困境之一,是做技术的人不清楚量子计算还能解决什么问题,做应用的人不清楚量子计算到底怎么用,双方都对彼此缺乏感知力。金贻荣给出的解法是,"把硬件接上来,把算法放上去,让用户在自己的领域里直接试用。一旦跑出效果,飞轮就转起来了。"

这个思路与英伟达的路径有相似之处:英伟达不仅有硬件,还有CUDA,做了整个生态的底座。量子计算也需要搭建类似的底座:既要靠芯片端的量产和良率提升,也要靠测控端持续压低这条不容易摊薄的成本曲线,更要扩大能够使用这些硬件资源的开发者群体。只有更多人真正用起来,硬件降本才有意义,降本和拓需求互为前提。

未来的竞争力,不在于拥有最多比特的公司,而在于能让最多开发者用好每一颗比特的平台。眼下相干科技正在做的,正是把芯片、测控、工程化经验和平台这几个环节的不确定性,逐一变成可以复制、可以交付的能力。

(文|钛媒体,作者|张申宇,编辑丨杨林)

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