德國布倫瑞克聯邦物理技術研究所無塵實驗室中展示的量子處理器微芯片

跟核聚變反應堆和個性化基因醫療一樣，量子計算機技術已經誕生多年，并有望在發展成熟之后徹底改變我們的生活。而且參與探索的不只有研究機構和學術組織，眾多私營企業也向其中投入了數十億美元、希望將技術原理真正轉化為生產力。

然而，相信大家也都清楚，量子計算的成熟商業應用尚未成為現實。還沒有哪家廠商能夠開發出相關產品，在除缺乏實際用途的晦澀研究問題之外真正壓倒經典超級計算機。簡而言之，這些廠商目前唯一能做的，就是努力克服種種障礙、讓量子計算先發揮出作用（哪怕是不具現實意義的作用）。目前市面上在售的各類量子計算機，服務的主要就是抱有此類需求的研究實驗室。

但巨大的可能性也就蘊藏在這看似徒勞的嘗試當中。通過本文，我們將共同了解各頂尖量子計算廠商如何突破這項革命性技術的邊界、塑造量子計算的未來。

量子計算：技術綜述

量子疊加的概念是指微觀粒子同時處于多種狀態，如同一枚快速旋轉的硬幣既是正面、又是反面，直到最終落地。

量子計算按照量子力學的原理運行，而量子力學則是處理原子與亞原子尺度上各種現象的物理學分支。與傳統計算機在晶體管上用門的開、閉兩種狀態代表二進制（0或1）從而處理信息不同，量子計算機使用的是量子比特或者量子位。由于量子疊加特性的存在，量子比特可以同時表示兩種狀態。大家可能覺得這難以想象，其實沒關系——畢竟沒人真的見過處于疊加狀態的量子比特。這里說的是純數學概念，而數學和各種量子比特測量方法告訴我們，操縱這些疊加態量子比特能夠提供強大的算力，甚至以當今頂尖超級計算機都難以想象的速度解決某些復雜問題。

不斷發展的量子計算格局

投資的激增，表明人們對于量子計算徹底顛覆從金融到制藥、再到物流和汽車等各個工業領域的能力充滿了信心。在2019年至2022年期間，美國政府在量子計算領域投入29億美元，并計劃進一步增加支出。而在全球范圍內，英國、歐盟和中國也在進行總額達數十億美元的海量投入，反映出各方對于量子計算潛能的強烈信心。此外，2022年的私營部門投資也超過23.5億美元，商界和市場都對量子計算的未來應用表現出日益濃厚的興趣。

可盡管該領域確實取得一系列重大進展，但除了物理和數學實驗層面的突破之外，量子計算的實用性仍面臨著諸多挑戰和質疑。從事量子領域研究的廠商雖在定期公布進展和成果，但相關算力的具體應用似乎還是遙不可及。

具體來講，關于量子計算的種種夸張能力，例如徹底終結傳統密碼學、瞬間開發出藥物分子的神奇魔力以及逆轉氣候變化等，距離真正實現仍遙遙無期。因此，想要努力證明量子投資合理性的私營企業必須在該技術的當前應用與未來前景之間尋求微妙的平衡。

量子計算領域的領導廠商

盡管量子計算領域不乏創新型初創公司，但真正扮演先驅角色的仍然是那些老牌行業巨頭。下面來看十家正推動這項前沿技術不斷發展的頂尖量子計算廠商：

1. IBM

作為當前量子計算領域的領導者，IBM去年推出了其Quantum System Two，即量子系統二號。這是一臺模塊化量子計算機，由IBM開發的Heron芯片提供支持。此芯片改進了“糾錯”、即抗退相干能力，這種現象會導致量子系統中的量子態發生丟失。最近，IBM又公布了Condor，一款基于該公司交叉諧振門技術的1121超導量子比特處理器。IBM還計劃到2033年打造出擁有10萬量子比特的計算系統。

2. Google Quantum AI

Google Quantum AI曾在2019年宣布，其量子計算機Sycamore成功實現“量子霸權”，即號稱對隨機量子電路輸出的采樣速度已經超越經典超級計算機。（但IBM很快反駁稱，自家超級計算機能夠更快完成這項任務。）谷歌的目標是在十年之內建立起擁有100萬量子比特的計算系統。與此同時，Google Quantum AI的Cirq開源框架則致力于為這些即將出現的量子計算機開發新穎的量子算法。

3. 亞馬遜

2019年，亞馬遜云科技在加州理工學院建立起量子計算中心——這里也正是理查德·費曼先生于20世紀80年代初首次提出量子計算機構想的地方。Amazon Braket是一項全托管量子計算服務，能夠訪問來自多家供應商的量子硬件，包括IonQ、Rigetti、Oxford Quatnum Circuits、QuEra以及自家Amazon Braket Quantum Simulator。這樣用戶就能體驗不同硬件架構，并從中找出最適合自身需求的特定選項。最近，亞馬遜云科技又推出一款內部研發的定制化芯片，使用被動糾錯方法將錯誤抑制效果提升上百倍。

4. 微軟

微軟Azure為量子計算建立起一套全面的工具與資源，并且正積極開發可擴展且具備容錯能力的量子計算機。Azure Quantum平臺提供對量子硬件、模擬器和開發工具的訪問，允許用戶試驗量子算法并探索量子計算的潛力。

5. 英特爾

英特爾一直致力于打造全棧商用量子計算系統。該公司最近發布了一款名為Tunnel Falls的12量子比特硅芯片，旨在推進硅自旋量子比特的研究。芯片巨頭還計劃通過英特爾量子軟件開發套件，將Tunnel Falls芯片集成至完整的量子技術棧當中。英特爾亦有計劃在2024年發布下一代量子芯片，并宣布與芝加哥大學和東京大學合作，共同推進容錯量子計算機的開發。

6. D-Wave

作為量子計算系統、軟件與服務領域的領導者，D-Wave公司采用所謂量子退火過程，且系統方案已經得到全球多家前沿企業的采用，包括谷歌、NASA艾姆斯研究中心以及大眾汽車。不同于領域內大多數其他廠商所追求的基于門的量子計算思路，量子退火在解決高復雜度、大規模優化問題方面顯示出了光明的前景。D-Wave公司則專注于這類優化問題以提供商業價值。

7. Quantinuum

作為由劍橋量子計算公司和霍尼韋爾量子解決方案公司合并而來的新企業，Quantinuum的H系列俘獲離子量子計算機能夠支持全對全量子比特連接，即允許在所有量子比特之間建立糾纏態，從而實現量子態的高保真度。Quantinuum還為俘獲量子及其他量子計算平臺開發出多種中間件和軟件產品，適用于量子化學、量子機器學習和量子人工智能等場景。

8. Rigetti

Rigetti Computing利用超導量子比特技術構建和部署集成化量子計算系統。該公司還提供Forest云平臺，供程序員在其上編寫量子算法。

9. Xanadu

Xanadu是一家全棧光量子計算公司，致力于構建量子計算機并提供量子云服務。該公司的系統基于光子學技術，旨在開發具備實用意義的量子應用方案。

10. Atos Quantum

Atos Quantum是數字化轉型領域的全球領導者。其量子學習機（QLM）是一套強大的專用硬件基礎設施，可供研究人員、工程師和學生開發及實驗各類量子軟件。

其他重要廠商還包括IonQ、Infleqtion、QC Ware以及Zapata Computers等。這些量子計算公司同樣在各自領域取得了重大進展，共同塑造著量子計算的未來形態。

企業為何要對量子計算服務保持關注？

專家們的共識是，量子計算如同重力一般避無可避。問題不在于“要不要”，而在于“誰”在“何時”能拿出具有實用意義的量子計算方案，并以此解決涉及大量變量和潛在結果的復雜問題，進而顛覆各行各業。量子計算預計將徹底重塑幾乎所有行業的面貌，包括醫療保健、金融、網絡安全、物流和AI等等。

量子計算用例：一切皆有可能

目前，量子計算機的主要應用仍局限于研究領域。但正在探索的其他已知用例還包括：

量子仿真：量子計算機能夠模擬復雜量子系統的行為，在化學、材料科學、藥物發現和預測等領域發揮作用。

量子優化：相較于傳統經典計算機，量子計算機能夠更高效地解決優化問題，因此在物流、金融和供應鏈管理等領域具有應用潛力。

量子機器學習：量子計算機能夠改進機器學習算法，并支撐起新的AI模型開發方式。

量子密碼學：量子計算機可以開發出新的密碼協議，借此增強通信與數據安全性。

總結

量子計算目前仍處于起步階段，許多相關難題依舊沒有答案。然而，該領域自身的快速進步以及流入領域內的大量投資證明，這項技術具備徹底顛覆各個領域的巨大潛力。

盡管未來的發展道路還很長，但迄今為止所取得的進展表明，量子計算有著光明的發展前景和解決世界上一系列最復雜挑戰的潛在可能性。