如何突破量子技术边界？历数十大量子计算厂商

德国布伦瑞克联邦物理技术研究所无尘实验室中展示的量子处理器微芯片

跟核聚变反应堆和个性化基因医疗一样，量子计算机技术已经诞生多年，并有望在发展成熟之后彻底改变我们的生活。而且参与探索的不只有研究机构和学术组织，众多私营企业也向其中投入了数十亿美元、希望将技术原理真正转化为生产力。

然而，相信大家也都清楚，量子计算的成熟商业应用尚未成为现实。还没有哪家厂商能够开发出相关产品，在除缺乏实际用途的晦涩研究问题之外真正压倒经典超级计算机。简而言之，这些厂商目前唯一能做的，就是努力克服种种障碍、让量子计算先发挥出作用（哪怕是不具现实意义的作用）。目前市面上在售的各类量子计算机，服务的主要就是抱有此类需求的研究实验室。

但巨大的可能性也就蕴藏在这看似徒劳的尝试当中。通过本文，我们将共同了解各顶尖量子计算厂商如何突破这项革命性技术的边界、塑造量子计算的未来。

量子计算：技术综述

量子叠加的概念是指微观粒子同时处于多种状态，如同一枚快速旋转的硬币既是正面、又是反面，直到最终落地。

量子计算按照量子力学的原理运行，而量子力学则是处理原子与亚原子尺度上各种现象的物理学分支。与传统计算机在晶体管上用门的开、闭两种状态代表二进制（0或1）从而处理信息不同，量子计算机使用的是量子比特或者量子位。由于量子叠加特性的存在，量子比特可以同时表示两种状态。大家可能觉得这难以想象，其实没关系——毕竟没人真的见过处于叠加状态的量子比特。这里说的是纯数学概念，而数学和各种量子比特测量方法告诉我们，操纵这些叠加态量子比特能够提供强大的算力，甚至以当今顶尖超级计算机都难以想象的速度解决某些复杂问题。

不断发展的量子计算格局

投资的激增，表明人们对于量子计算彻底颠覆从金融到制药、再到物流和汽车等各个工业领域的能力充满了信心。在2019年至2022年期间，美国政府在量子计算领域投入29亿美元，并计划进一步增加支出。而在全球范围内，英国、欧盟和中国也在进行总额达数十亿美元的海量投入，反映出各方对于量子计算潜能的强烈信心。此外，2022年的私营部门投资也超过23.5亿美元，商界和市场都对量子计算的未来应用表现出日益浓厚的兴趣。

可尽管该领域确实取得一系列重大进展，但除了物理和数学实验层面的突破之外，量子计算的实用性仍面临着诸多挑战和质疑。从事量子领域研究的厂商虽在定期公布进展和成果，但相关算力的具体应用似乎还是遥不可及。

具体来讲，关于量子计算的种种夸张能力，例如彻底终结传统密码学、瞬间开发出药物分子的神奇魔力以及逆转气候变化等，距离真正实现仍遥遥无期。因此，想要努力证明量子投资合理性的私营企业必须在该技术的当前应用与未来前景之间寻求微妙的平衡。

量子计算领域的领导厂商

尽管量子计算领域不乏创新型初创公司，但真正扮演先驱角色的仍然是那些老牌行业巨头。下面来看十家正推动这项前沿技术不断发展的顶尖量子计算厂商：

1. IBM

作为当前量子计算领域的领导者，IBM去年推出了其Quantum System Two，即量子系统二号。这是一台模块化量子计算机，由IBM开发的Heron芯片提供支持。此芯片改进了“纠错”、即抗退相干能力，这种现象会导致量子系统中的量子态发生丢失。最近，IBM又公布了Condor，一款基于该公司交叉谐振门技术的1121超导量子比特处理器。IBM还计划到2033年打造出拥有10万量子比特的计算系统。

2. Google Quantum AI

Google Quantum AI曾在2019年宣布，其量子计算机Sycamore成功实现“量子霸权”，即号称对随机量子电路输出的采样速度已经超越经典超级计算机。（但IBM很快反驳称，自家超级计算机能够更快完成这项任务。）谷歌的目标是在十年之内建立起拥有100万量子比特的计算系统。与此同时，Google Quantum AI的Cirq开源框架则致力于为这些即将出现的量子计算机开发新颖的量子算法。

3. 亚马逊

2019年，亚马逊云科技在加州理工学院建立起量子计算中心——这里也正是理查德·费曼先生于20世纪80年代初首次提出量子计算机构想的地方。Amazon Braket是一项全托管量子计算服务，能够访问来自多家供应商的量子硬件，包括IonQ、Rigetti、Oxford Quatnum Circuits、QuEra以及自家Amazon Braket Quantum Simulator。这样用户就能体验不同硬件架构，并从中找出最适合自身需求的特定选项。最近，亚马逊云科技又推出一款内部研发的定制化芯片，使用被动纠错方法将错误抑制效果提升上百倍。

4. 微软

微软Azure为量子计算建立起一套全面的工具与资源，并且正积极开发可扩展且具备容错能力的量子计算机。Azure Quantum平台提供对量子硬件、模拟器和开发工具的访问，允许用户试验量子算法并探索量子计算的潜力。

5. 英特尔

英特尔一直致力于打造全栈商用量子计算系统。该公司最近发布了一款名为Tunnel Falls的12量子比特硅芯片，旨在推进硅自旋量子比特的研究。芯片巨头还计划通过英特尔量子软件开发套件，将Tunnel Falls芯片集成至完整的量子技术栈当中。英特尔亦有计划在2024年发布下一代量子芯片，并宣布与芝加哥大学和东京大学合作，共同推进容错量子计算机的开发。

6. D-Wave

作为量子计算系统、软件与服务领域的领导者，D-Wave公司采用所谓量子退火过程，且系统方案已经得到全球多家前沿企业的采用，包括谷歌、NASA艾姆斯研究中心以及大众汽车。不同于领域内大多数其他厂商所追求的基于门的量子计算思路，量子退火在解决高复杂度、大规模优化问题方面显示出了光明的前景。D-Wave公司则专注于这类优化问题以提供商业价值。

7. Quantinuum

作为由剑桥量子计算公司和霍尼韦尔量子解决方案公司合并而来的新企业，Quantinuum的H系列俘获离子量子计算机能够支持全对全量子比特连接，即允许在所有量子比特之间建立纠缠态，从而实现量子态的高保真度。Quantinuum还为俘获量子及其他量子计算平台开发出多种中间件和软件产品，适用于量子化学、量子机器学习和量子人工智能等场景。

8. Rigetti

Rigetti Computing利用超导量子比特技术构建和部署集成化量子计算系统。该公司还提供Forest云平台，供程序员在其上编写量子算法。

9. Xanadu

Xanadu是一家全栈光量子计算公司，致力于构建量子计算机并提供量子云服务。该公司的系统基于光子学技术，旨在开发具备实用意义的量子应用方案。

10. Atos Quantum

Atos Quantum是数字化转型领域的全球领导者。其量子学习机（QLM）是一套强大的专用硬件基础设施，可供研究人员、工程师和学生开发及实验各类量子软件。

其他重要厂商还包括IonQ、Infleqtion、QC Ware以及Zapata Computers等。这些量子计算公司同样在各自领域取得了重大进展，共同塑造着量子计算的未来形态。

企业为何要对量子计算服务保持关注？

专家们的共识是，量子计算如同重力一般避无可避。问题不在于“要不要”，而在于“谁”在“何时”能拿出具有实用意义的量子计算方案，并以此解决涉及大量变量和潜在结果的复杂问题，进而颠覆各行各业。量子计算预计将彻底重塑几乎所有行业的面貌，包括医疗保健、金融、网络安全、物流和AI等等。

量子计算用例：一切皆有可能

目前，量子计算机的主要应用仍局限于研究领域。但正在探索的其他已知用例还包括：

• 量子仿真：量子计算机能够模拟复杂量子系统的行为，在化学、材料科学、药物发现和预测等领域发挥作用。
• 量子优化：相较于传统经典计算机，量子计算机能够更高效地解决优化问题，因此在物流、金融和供应链管理等领域具有应用潜力。
• 量子机器学习：量子计算机能够改进机器学习算法，并支撑起新的AI模型开发方式。
• 量子密码学：量子计算机可以开发出新的密码协议，借此增强通信与数据安全性。

总结

量子计算目前仍处于起步阶段，许多相关难题依旧没有答案。然而，该领域自身的快速进步以及流入领域内的大量投资证明，这项技术具备彻底颠覆各个领域的巨大潜力。

尽管未来的发展道路还很长，但迄今为止所取得的进展表明，量子计算有着光明的发展前景和解决世界上一系列最复杂挑战的潜在可能性。