院士谈走到十字路口的量子计算

院士谈走到十字路口的量子计算：技术突破与产业化并行，但实用化仍面临挑战

一、技术突破与产业化并行

1. 多技术路线并行发展：

  • 当前量子计算技术路线呈现多元化格局，超导、光子、拓扑、硅基自旋和量子退火等五大主流技术路线并行发展，各自在解决可扩展性这一核心挑战方面取得了实质性进展。

  • 超导量子计算是目前最成熟的技术路线，谷歌、IBM等科技巨头持续推动量子处理器规模的扩大。

  • 光子量子计算在2025年取得了里程碑式突破，PsiQuantum公司公布了其Omega芯片组，这是一种可制造的光子量子计算平台。

  • 拓扑量子计算路线在2025年引发广泛关注与争议，微软宣布其"Majorana 1"硬件设备成功创建了拓扑量子比特。

2. 产业化进程加速：

  • 中国量子计算产业规模快速增长，2024年市场规模达到90.4亿元，同比增长82.1%，占量子科技总规模的68.6%。

  • 全球量子计算市场规模也在快速增长，预计2030年将达2199.78亿美元，2035年突破8077.50亿美元。

  • 资本市场对量子计算持续乐观，2024年全球量子计算投资达78亿美元，研发投入占比58%，产业应用占42%。

二、实用化仍面临挑战

1. 量子比特的稳定性问题：

  • 当前的量子比特极其容易被周围环境干扰，哪怕是微弱的温度变化或电磁波动，都可能让计算结果跑偏。

  • 量子态的脆弱性导致出错成为家常便饭，不得不耗费大量资源搭建复杂的纠错系统，这让量子计算的实用化进程大打折扣。

2. 量子纠错的难题：

  • 现有系统需要10^6量级的纠错量子比特才能实用，而当前技术仅能稳定运行100-200个量子比特。

  • 量子纠错效率的提升是推动量子计算机向实用化迈进的关键。

3. 低温环境控制的挑战：

  • 超导量子计算需在-273℃恒温环境下运行，能耗与稳定性成为关键问题。

  • 低温环境控制技术的突破，将为量子计算硬件的规模化部署提供支持。

三、未来展望与战略建议

1. 未来展望：

  • 量子计算不会取代经典计算，而是并行发展。经典计算擅长“线性快算”，量子计算则靠“叠加态”实现“并行运算”。

  • 量子计算的商业化可能还要十到二十年才能看到小规模应用，真正大规模普及或许要四五十年的时间。

  • 最先受益的领域包括量子精密测量、量子加密、药物研发、气象预测、人工智能等。

2. 战略建议：

  • 加强合作：量子科技大部分属于基础科学研究，需要加强科研机构、企业以及国际间的合作。

  • 聚焦核心技术：量子领域高端人才有限，投入不能太分散，要推动形成“目标聚焦、能相互促进”的攻关团队。

  • 长线思维：对企业来说，投身量子研究要有“长线思维”，借鉴灵活而坚定的研发模式。