電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）量子計(jì)算是一種基于量子力學(xué)原理的新型計(jì)算模式，其核心在于利用量子比特的疊加態(tài)和糾纏態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)的并行計(jì)算能力。

何為量子疊加和量子糾纏？量子疊加，即量子比特可同時(shí)處于0和1的疊加態(tài)，使量子計(jì)算機(jī)在處理并行問題時(shí)具備指數(shù)級(jí)加速潛力。量子糾纏，即多個(gè)量子比特間形成強(qiáng)關(guān)聯(lián)，即使物理隔離，狀態(tài)變化也能瞬時(shí)同步，這一特性為高效信息處理和量子通信提供了理論基礎(chǔ)。

技術(shù)突破：超冷原子中首次實(shí)現(xiàn)“超糾纏”態(tài)

量子計(jì)算的技術(shù)突破近年來在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展，推動(dòng)該領(lǐng)域從實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嶋H應(yīng)用邁進(jìn)。近日，美國(guó)加州理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)在最新一期《科學(xué)》雜志上報(bào)告稱，首次在超冷原子體系中實(shí)現(xiàn)了“超糾纏”態(tài)。這一突破性成果標(biāo)志著人類對(duì)這些原子的量子特性實(shí)現(xiàn)了前所未有的控制，或?yàn)榱孔佑?jì)算以及旨在探索物理學(xué)基本問題的量子模擬開辟新路徑。

該團(tuán)隊(duì)通過激光構(gòu)建的“光鑷”技術(shù)，成功將中性鍶原子陣列冷卻至接近絕對(duì)零度的狀態(tài)。利用39束特定波長(zhǎng)的激光光束，對(duì)單個(gè)原子進(jìn)行光學(xué)操控和冷卻，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原子的精確控制。通過精準(zhǔn)檢測(cè)和主動(dòng)糾正溫度稍高的原子，使99%的原子達(dá)到“極冷”狀態(tài)，這種創(chuàng)新性方法優(yōu)于現(xiàn)有最先進(jìn)的激光冷卻技術(shù)。

更關(guān)鍵的是，團(tuán)隊(duì)首次將原子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也納入量子信息編碼之中，將過去被視為噪聲的熱運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源。將處于極冷狀態(tài)的原子激發(fā)為類似鐘擺振蕩的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)一步將原子的兩個(gè)振蕩狀態(tài)疊加形成量子“疊加態(tài)”。

團(tuán)隊(duì)將這些“搖擺”的原子兩兩糾纏，不僅使它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持同步，還同步了它們的內(nèi)部電子能級(jí)狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)了“超糾纏”態(tài)。在“超糾纏”態(tài)中，一對(duì)粒子的兩個(gè)特性（運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和內(nèi)部電子能級(jí)狀態(tài)）相互關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)的穩(wěn)定性遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電子態(tài)糾纏。

Wave首席執(zhí)行官艾倫·巴拉茨（Alan Baratz）表示：“今天不僅是D-Wave的重要里程碑，也是整個(gè)量子計(jì)算行業(yè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，因?yàn)槲覀儗⒌诹孔佑?jì)算機(jī)推向市場(chǎng)。”

2025年5月6日消息，本源量子正式推出支持500+量子比特的中國(guó)第四代自主量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)本源天機(jī)4.0，標(biāo)志著我國(guó)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)已具備可復(fù)制、可迭代的工程化生產(chǎn)能力，為百比特級(jí)量子計(jì)算機(jī)量產(chǎn)奠定了產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)是量子計(jì)算機(jī)的神經(jīng)中樞，承擔(dān)著量子芯片精密信號(hào)生成、采集與控制的核心職能。

安徽省量子計(jì)算工程研究中心副主任、本源天機(jī)研制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人孔偉成博士介紹，團(tuán)隊(duì)通過完全自主研發(fā)的系列底層軟硬件架構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)量子芯片的高效控制與精準(zhǔn)讀取，可大幅縮短量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)與交付時(shí)間。除此之外，本源天機(jī)4.0還額外搭載四大核心軟件——量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)服務(wù)端管理軟件Naga&Venus、超導(dǎo)量子比特底層操控服務(wù)軟件Monster、全界面量子芯片調(diào)控分析應(yīng)用軟件Visage以及量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)連接軟件Storm。

安徽省量子計(jì)算工程研究中心主任、本源量子首席科學(xué)家郭國(guó)平教授表示：“搭載本源天機(jī)3.0的中國(guó)第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)本源悟空自上線以來，已為來自全球139個(gè)國(guó)家和地區(qū)的超2600萬人次，完成38萬余個(gè)量子計(jì)算任務(wù)，深度賦能金融、生物醫(yī)藥、流體動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域。當(dāng)前“本源天機(jī)4.0”正支撐著中國(guó)下一代自主量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)攻關(guān)，有望在全球量子科技競(jìng)爭(zhēng)中全面構(gòu)建自主可控的“中國(guó)方案”。

5月20日，美國(guó)量子計(jì)算公司D-Wave Quantum Inc.在官網(wǎng)宣布，其最先進(jìn)、性能最強(qiáng)的Advantage2量子計(jì)算系統(tǒng)正式上市。這是一款強(qiáng)大且節(jié)能的退火型量子計(jì)算機(jī)，具備解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以應(yīng)對(duì)的復(fù)雜計(jì)算問題的能力。該系統(tǒng)搭載了D-Wave迄今為止最先進(jìn)的量子處理器，具備商業(yè)級(jí)品質(zhì)，專為優(yōu)化、材料模擬以及人工智能等現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景而設(shè)計(jì)。

據(jù)D-Wave介紹，Advantage2量子處理器性能較上一代顯著提升，處理器采用Zephy拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有20路量子比特間連接能力，可嵌入更復(fù)雜的問題模型。系統(tǒng)能量尺度提升40%，噪聲降低75%，為復(fù)雜計(jì)算提供更高質(zhì)量的解決方案。快速退火機(jī)制支持大規(guī)模相干退火計(jì)算，大幅降低熱波動(dòng)等外界干擾對(duì)計(jì)算的影響。

量子計(jì)算助力人工智能應(yīng)用

在應(yīng)用場(chǎng)景及產(chǎn)業(yè)化方面，量子計(jì)算云平臺(tái)成為主流服務(wù)模式。例如，本源司南3.0操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量子任務(wù)批處理與量超協(xié)同計(jì)算，資源調(diào)度效率提升300%；IBM的量子云平臺(tái)軟件支持量子-經(jīng)典混合計(jì)算，加速量子算法在金融、物流等領(lǐng)域的應(yīng)用。

量子計(jì)算在金融、醫(yī)藥、物流等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化商用。例如，富達(dá)投資通過量子算法優(yōu)化資產(chǎn)配置，年化收益提升18%；輝瑞使用量子模擬加速新冠藥物研發(fā)周期，節(jié)省30%研發(fā)費(fèi)用；順豐與本源量子合作，將路徑規(guī)劃效率提升30倍，配送成本降低25%。

“量子+AI”融合應(yīng)用是目前一個(gè)創(chuàng)新方向。在上周舉行的深圳國(guó)際人工智能展上，電子發(fā)燒友注意到一家公司——量旋科技，這是一家致力于量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的一站式解決方案服務(wù)商。展會(huì)上，量旋科技攜三款量子計(jì)算硬件產(chǎn)品重磅亮相。

量旋雙子座Lab，一款全棧式的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。基于核磁共振量子計(jì)算原理，搭載先進(jìn)的射頻技術(shù)和小型化的量子系統(tǒng)，尤其適用于教室環(huán)境運(yùn)行的真實(shí)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)，適合作為高等院校本科生及研究生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備和科研平臺(tái)。


量旋雙子座Mini2，比特便攜式核磁量子計(jì)算機(jī)。可為量子計(jì)算教學(xué)和演示提供了一整套完整的解決方案；內(nèi)置觸摸屏和控制操作系統(tǒng)，并配備完整的量子計(jì)算教學(xué)課程，同時(shí)支持教師講授和學(xué)生自學(xué)；有利于不同知識(shí)背景的受眾快速掌握量子計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)與算法設(shè)計(jì)。



超導(dǎo)量子芯片——少微，采用1維鏈或2維鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在20mK溫區(qū)環(huán)境工作，具有高 Qi 值、長(zhǎng)比特壽命、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，意味著量子比特能夠在更長(zhǎng)的時(shí)間里保持其量子態(tài)，得以進(jìn)行更多的計(jì)算操作，提高量子計(jì)算的可靠性和準(zhǔn)確性。

量旋科技在“量子+AI”的雙向賦能上，有落地的產(chǎn)品和方案。比如現(xiàn)場(chǎng)展出的多模態(tài)交互體驗(yàn)“AI量子教學(xué)助手”，借助 AI 技術(shù)與量子硬件的有機(jī)結(jié)合，降低量子教育的門檻，構(gòu)建“理論 - 模擬 - 實(shí)驗(yàn)”的閉環(huán)教學(xué)體系，讓學(xué)生在理解量子理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐操作，最終在真實(shí)的量子實(shí)驗(yàn)環(huán)境中驗(yàn)證所學(xué)，提升學(xué)習(xí)效果。

量旋科技也帶來了量子計(jì)算助力人工智能的應(yīng)用案例——與自動(dòng)駕駛領(lǐng)域先鋒元戎啟行聯(lián)合開發(fā)的量子計(jì)算解決方案。量旋科技表示，量子計(jì)算可以賦能自動(dòng)駕駛在復(fù)雜任務(wù)和海量數(shù)據(jù)處理上提高效率。比如在環(huán)境感知中，量子計(jì)算憑借量子比特特性，能快速處理高維傳感器數(shù)據(jù)，在復(fù)雜場(chǎng)景下精準(zhǔn)識(shí)別目標(biāo)；路徑規(guī)劃時(shí)，量子算法可高效搜索最優(yōu)路徑，實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)路況變化進(jìn)行路線調(diào)整，而經(jīng)典計(jì)算在處理這類任務(wù)時(shí)速度較慢。

此外，在決策系統(tǒng)方面，量子計(jì)算能快速綜合多因素做出準(zhǔn)確決策，加速深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練；數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域，量子加密通信保障車與外界通信安全，結(jié)合技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)下的共享協(xié)作，對(duì)于以上這些復(fù)雜任務(wù)的處理，量子計(jì)算更有優(yōu)勢(shì)。

據(jù)該公司介紹，其方案采用的優(yōu)化方法是人工智能模型訓(xùn)練的基礎(chǔ)，基于梯度的梯度下降算法是一種被廣泛采用的優(yōu)化方法。公司的研究人員提出了一種新的基于量子的梯度計(jì)算方法，利用量子計(jì)算的糾纏和疊加的特性，只需要一次計(jì)算就可以得到多元函數(shù)的數(shù)值梯度結(jié)果，為參數(shù)優(yōu)化問題提供了高效的解決方案，相比較于經(jīng)典算法具有指數(shù)級(jí)加速。

寫在最后

量子計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀呈現(xiàn)技術(shù)突破與商業(yè)化加速并行、多技術(shù)路線競(jìng)爭(zhēng)、應(yīng)用場(chǎng)景逐步落地等特征，但同時(shí)也面臨硬件穩(wěn)定性、量子糾錯(cuò)等核心挑戰(zhàn)。當(dāng)前行業(yè)正通過硬件創(chuàng)新、算法優(yōu)化和生態(tài)建設(shè)逐步突破瓶頸，但距離實(shí)用化仍需5-10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。未來，量子計(jì)算將與經(jīng)典計(jì)算長(zhǎng)期共存，在特定領(lǐng)域形成互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。