電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李彎彎）量子計算是一種基于量子力學原理的新型計算模式，其核心在于利用量子比特的疊加態(tài)和糾纏態(tài)特性，實現(xiàn)遠超經(jīng)典計算機的并行計算能力。

何為量子疊加和量子糾纏？量子疊加，即量子比特可同時處于0和1的疊加態(tài)，使量子計算機在處理并行問題時具備指數(shù)級加速潛力。量子糾纏，即多個量子比特間形成強關(guān)聯(lián)，即使物理隔離，狀態(tài)變化也能瞬時同步，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：超冷原子中首次實現(xiàn)“超糾纏”態(tài)

量子計算的技術(shù)突破近年來在多個關(guān)鍵領(lǐng)域取得顯著進展，推動該領(lǐng)域從實驗室研究向?qū)嶋H應用邁進。近日，美國加州理工學院團隊在最新一期《科學》雜志上報告稱，首次在超冷原子體系中實現(xiàn)了“超糾纏”態(tài)。這一突破性成果標志著人類對這些原子的量子特性實現(xiàn)了前所未有的控制，或為量子計算以及旨在探索物理學基本問題的量子模擬開辟新路徑。

該團隊通過激光構(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零度的狀態(tài)。利用39束特定波長的激光光束，對單個原子進行光學操控和冷卻，實現(xiàn)了對原子的精確控制。通過精準檢測和主動糾正溫度稍高的原子，使99%的原子達到“極冷”狀態(tài)，這種創(chuàng)新性方法優(yōu)于現(xiàn)有最先進的激光冷卻技術(shù)。

更關(guān)鍵的是，團隊首次將原子的運動狀態(tài)也納入量子信息編碼之中，將過去被視為噪聲的熱運動轉(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動狀態(tài)，并進一步將原子的兩個振蕩狀態(tài)疊加形成量子“疊加態(tài)”。

團隊將這些“搖擺”的原子兩兩糾纏，不僅使它們的運動狀態(tài)保持同步，還同步了它們的內(nèi)部電子能級狀態(tài)，即實現(xiàn)了“超糾纏”態(tài)。在“超糾纏”態(tài)中，一對粒子的兩個特性（運動狀態(tài)和內(nèi)部電子能級狀態(tài)）相互關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)的穩(wěn)定性遠超傳統(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，也是整個量子計算行業(yè)的關(guān)鍵節(jié)點，因為我們將第六代量子計算機推向市場。”

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

安徽省量子計算工程研究中心副主任、本源天機研制團隊負責人孔偉成博士介紹，團隊通過完全自主研發(fā)的系列底層軟硬件架構(gòu)，進一步增強了對量子芯片的高效控制與精準讀取，可大幅縮短量子計算機的研發(fā)與交付時間。除此之外，本源天機4.0還額外搭載四大核心軟件——量子計算測控系統(tǒng)服務端管理軟件Naga&Venus、超導量子比特底層操控服務軟件Monster、全界面量子芯片調(diào)控分析應用軟件Visage以及量子計算機操作系統(tǒng)連接軟件Storm。

安徽省量子計算工程研究中心主任、本源量子首席科學家郭國平教授表示：“搭載本源天機3.0的中國第三代自主超導量子計算機本源悟空自上線以來，已為來自全球139個國家和地區(qū)的超2600萬人次，完成38萬余個量子計算任務，深度賦能金融、生物醫(yī)藥、流體動力學等領(lǐng)域。當前“本源天機4.0”正支撐著中國下一代自主量子計算機的研發(fā)攻關(guān)，有望在全球量子科技競爭中全面構(gòu)建自主可控的“中國方案”。

5月20日，美國量子計算公司D-Wave Quantum Inc.在官網(wǎng)宣布，其最先進、性能最強的Advantage2量子計算系統(tǒng)正式上市。這是一款強大且節(jié)能的退火型量子計算機，具備解決傳統(tǒng)計算機難以應對的復雜計算問題的能力。該系統(tǒng)搭載了D-Wave迄今為止最先進的量子處理器，具備商業(yè)級品質(zhì)，專為優(yōu)化、材料模擬以及人工智能等現(xiàn)實應用場景而設計。

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拓撲結(jié)構(gòu)，具有20路量子比特間連接能力，可嵌入更復雜的問題模型。系統(tǒng)能量尺度提升40%，噪聲降低75%，為復雜計算提供更高質(zhì)量的解決方案。快速退火機制支持大規(guī)模相干退火計算，大幅降低熱波動等外界干擾對計算的影響。

量子計算助力人工智能應用

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

量子計算在金融、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”融合應用是目前一個創(chuàng)新方向。在上周舉行的深圳國際人工智能展上，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算產(chǎn)業(yè)化的一站式解決方案服務商。展會上，量旋科技攜三款量子計算硬件產(chǎn)品重磅亮相。

量旋雙子座Lab，一款全棧式的量子計算實驗平臺?；诤舜殴舱窳孔佑嬎阍?，搭載先進的射頻技術(shù)和小型化的量子系統(tǒng)，尤其適用于教室環(huán)境運行的真實量子計算實驗，適合作為高等院校本科生及研究生的實驗教學設備和科研平臺。


量旋雙子座Mini2，比特便攜式核磁量子計算機?？蔀榱孔佑嬎憬虒W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算教學課程，同時支持教師講授和學生自學；有利于不同知識背景的受眾快速掌握量子計算基礎(chǔ)知識與算法設計。



超導量子芯片——少微，采用1維鏈或2維鏈拓撲結(jié)構(gòu)設計，在20mK溫區(qū)環(huán)境工作，具有高 Qi 值、長比特壽命、高穩(wěn)定性等特點，意味著量子比特能夠在更長的時間里保持其量子態(tài)，得以進行更多的計算操作，提高量子計算的可靠性和準確性。

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)場展出的多模態(tài)交互體驗“AI量子教學助手”，借助 AI 技術(shù)與量子硬件的有機結(jié)合，降低量子教育的門檻，構(gòu)建“理論 - 模擬 - 實驗”的閉環(huán)教學體系，讓學生在理解量子理論知識的基礎(chǔ)上，通過模擬實驗進行實踐操作，最終在真實的量子實驗環(huán)境中驗證所學，提升學習效果。

量旋科技也帶來了量子計算助力人工智能的應用案例——與自動駕駛領(lǐng)域先鋒元戎啟行聯(lián)合開發(fā)的量子計算解決方案。量旋科技表示，量子計算可以賦能自動駕駛在復雜任務和海量數(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)，在復雜場景下精準識別目標；路徑規(guī)劃時，量子算法可高效搜索最優(yōu)路徑，實時應對路況變化進行路線調(diào)整，而經(jīng)典計算在處理這類任務時速度較慢。

此外，在決策系統(tǒng)方面，量子計算能快速綜合多因素做出準確決策，加速深度強化學習算法訓練；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)實現(xiàn)數(shù)據(jù)隱私保護下的共享協(xié)作，對于以上這些復雜任務的處理，量子計算更有優(yōu)勢。

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算方法，利用量子計算的糾纏和疊加的特性，只需要一次計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)級加速。

寫在最后

量子計算的發(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)路線競爭、應用場景逐步落地等特征，但同時也面臨硬件穩(wěn)定性、量子糾錯等核心挑戰(zhàn)。當前行業(yè)正通過硬件創(chuàng)新、算法優(yōu)化和生態(tài)建設逐步突破瓶頸，但距離實用化仍需5-10年甚至更長時間。未來，量子計算將與經(jīng)典計算長期共存，在特定領(lǐng)域形成互補優(yōu)勢。