粵港澳大灣區量子科學中心S實驗室和季軸科技（Z-Axis Quantum）聯合研發的“荷花-II”fluxonium量子晶片
撰文 | 施堯耘
“量子計算何時才能實現？”這個被反覆追問數十年的問題，不僅是對整個行業的持續鞭策，更是一個永恆的挑戰。答案眾說紛紜：有人聲稱早已實現，有人則警示仍遙不可及。
二十年前，D-Wave公司高調斷言，實用量子計算觸手可及。隨即而來的是學界激烈的批評，至今餘波未平。
2025年初，英偉達 CEO 黃仁勳打趣說，十五年太早，三十年太晚，也許二十年正合適。話音甫落，美國三家量子計算上市公司市值幾近腰斬。
2018年，加州理工學院教授約翰·普雷斯基爾提出“NISQ”（噪聲中等規模量子）器件的概念，引發業界對其實用性的探索熱潮。這類器件具備數十至上百個量子位元，雖已超出現有經典計算的模擬能力，卻依然脆弱、難以糾錯，每一步操作都伴隨著資訊損耗。若試圖將其用於實際計算，在必須的海量步驟後，殘存的有效資訊必然湮沒於噪聲之中。所以其實用性在我看來屬異想天開。即便如此，學界仍持續發表大量論文，力圖破局。
2023年底，普雷斯基爾在“量子到商業”（Q2B）大會上坦承NISQ未達預期。隨之而來的，是某些大公司團隊解散、初創企業倒閉，量子計算彷彿落入“寒冬”。
然而此時，我卻看到了NISQ實用的希望——如果我們能挑戰預設。
首先，要突破如下預設：實用的量子計算將由純粹的量子計算機獨立完成。當前的量子晶片連實際問題的輸入都無法容納，更遑論求解。而歷史一再證明，人類最善於把已有的工具發揮到淋漓盡致。讓當前的量子晶片和強大的經典計算系統緊密協同，融合成更強大的實用系統，這不僅實際可行，也很可能是量子計算邁向實用的主要形態。
其次，實用性不應僅以“量子加速”來衡量。我認為，除加速外，量子計算的意義也在於“不同”——提供一種遠在經典範式之外的解決方案。百級別量子位元的器件，即便堆積世界上所有的GPU也無法有效模擬。含有如此量子晶片的混合計算是純粹經典算力無法企及的，從而為發現價值提供了新的可能。這樣的“不同”有別於“加速”，是因為經典算力可以透過完全不同的想法趕超暫時領先的量子演算法，而兩者的競爭永遠沒有確定的勝者。因此我稱量子–經典深度融合的計算為“量子躍遷計算”；用“躍遷”而非“加速”，正是為了突出“不同”的價值。
我甚至認為，相比於材料、化學模擬等有理論量子加速的領域，量子躍遷計算在物流、排程、最佳化、路徑設計等難題上，或許會帶來更大的價值。這些問題在現實中無處不在，同時也如此之難 — 包括所謂“NP難”問題 — 以至於即使量子計算也無法快速求解。在嘗試中驗證和提升的啟發式演算法是唯一的解決路徑。此時量子躍遷計算的“不同”，有廣泛而高價值的用武之地。
我們看到，近年來系統、軟體、融合演算法和應用等量子計算機科學的研究在迅速升溫。比如計算機體系架構頂級會議ISCA中量子論文的比例4年內就增加了2倍。與此同時，產業界也如火如荼。英偉達與以色列初創公司 Quantum Machines（QM）聯合推出DGX Quantum，將 GPU 超算平臺與量子控制模組整合；與紐約初創公司 SEEQC 聯合實現量子晶片與 GPU 的直接高速互聯；高階程式語言CUDA-Q 將量子程式無縫嵌入如AWS Quantum Service的雲端服務中。這些產品助力技術棧兩端的玩家：量智融合應用開發者和量子硬體的提供商；幫助他們專注於自身領域，並在協作中互利共贏，從而實現從應用到硬體的價值閉環，啟用量子算力產業。
英偉達量智融合系統DGX Quantum架構圖
圖源：https://www.quantum-machines.co/wp-content/uploads/2023/07/NVIDIA-QM-DGX_digital.pdf
這個產業形成的一個標誌性事件是英偉達在2025年3月首次舉辦的“量子日”。黃仁勳量智融合的大旗一揮，彙集幾乎所有量子硬體明星初創公司的一號位以及微軟和AWS兩個潛在雲計算合作伙伴的量子計算負責人。另一個側面證據是QM這個聚焦控制系統的初創企業累計竟已獲得2.6億美元的鉅額融資。這說明資本市場認同量智融合算力中心的圖景和QM可在其中規模化部署的故事。
公共領域的投資同樣惹人注目：一股國家超算量子升級的熱潮正在席捲歐美亞等致力科技的國家，包括美、英、德、西、日等國。
那麼，核心問題是：量子躍遷計算何時能進入實際應用？未來並不遙遠。
這裡我要再次挑戰預設——量子計算的實現不會發生在一夜之間，而會是一個浩浩蕩蕩的、不可抵擋的、量變至質變的演化過程——從最初的炒作和批判，到各自有理有據的爭議，再到廣為接受的共識。
我認為這個過程已經進入第二階段：在科學論文和財報裡釋出的實用宣稱，雖非鐵證如山，已經不容忽視。當前我們無法確定量子計算已經帶來實用價值；但可以確定的是，已經有充足的理由加大探索的力度。
對任何有遠見卓識之士，現在正是積極佈局，搶佔先機的時刻。管理者不僅要讓自己的企業“量子就緒”，而且要開始打磨未來量子競爭優勢。計算機科學家和工程師，要自信地在舞臺中心開拓量子計算技術。科技政策制定者除了繼續支援量子硬體外，需積極投入計算方向的研發、人才培養和生態建設。一個急迫且高效的方向是刺激應用，以應用端的市場引導和帶動下層的軟體、系統和量子硬體整個技術棧。
量子計算正處於一個深刻的轉變之中——從“量子”走向“計算”。能夠辨識這個轉變並且趁勢而為者，將佔據駕馭量子算力的最佳位置：在量子和經典的雙駕馬車上，不僅算得更快，而且算得不同。
作者簡介：
本文作者施堯耘，於普林斯頓大學取得計算機科學博士學位。曾任密歇根大學電子工程與計算機科學系教授，阿里巴巴量子實驗室創始主任。現為獨立研究者與創業者。
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