什么是“量子优势”，企业将如何从中受益？

2025年2月19日之前，大多数人对“马约拉纳”这个名字可能还一无所知。就在那天，微软宣布已研发出首款由“拓扑量子比特”驱动的芯片。据称，这些量子比特是以一种被称为“马约拉纳费米子”的难以捉摸的粒子为基础构建的，得名于意大利物理学家埃托雷·马约拉纳。

量子计算机依靠量子比特（qubit）编码信息的0和1，同时利用原子及微观粒子的奇异特性，解决传统计算机难以处理、或需要更长时间处理的复杂数学问题。微软的拓扑量子比特方法是当前学术界和产业界正在探索的众多构建未来量子计算机路径之一。

一旦完全成熟，量子计算机将在需要大量概率计算以寻找最优解的任务中展现优势。比如航空公司想要优化航线，从悉尼飞往纽约时如何兼顾航程时间与燃油使用效率；又如制药企业在开发新药时，需要通过精确排布原子来合成新分子。量子计算机可以迅速遍历各种可能情景，找出最优方案。

此外，在开发新材料、预测金融市场波动、提升制造与设计效率等领域，量子计算机也有望为全球企业打开新大门。AI有望进一步增强量子计算能力。

尽管一些研究人员对微软马约拉纳费米子的消息仍持怀疑态度，但消息发布后的几天里，量子计算公司的股价却大幅上涨。更普遍的是，在与量子相关的会议和活动中，即使是稍稍相关的讨论，人们也开始在谈话中随意地使用“马约拉纳费米子”这个词。甚至连主流媒体也在报道研究人员最近为推动这项新兴技术的发展所做的努力。

虽然量子计算机不会取代传统计算机，但它们在某些特定任务上有望实现超越，尤其是在医学、化学、材料科学、金融与制造领域。这也是为何各国政府、高校与企业正在积极投资量子技术，培育支撑其规模化发展的高端人才。

不过，要达成真正意义上的“量子优势”（即量子计算机能解决传统计算机无法胜任的现实问题），需要更多投资和支持。尽管全球对量子技术的认知正在提高，我们仍需加深对其当前发展阶段及技术距离“优势实现”的认知。

虽然量子信息理论研究始于20世纪60年代，但真正开始讨论“构建量子计算机”的可能性是在1980年代初。1980年，美国物理学家保罗·贝尼奥夫和俄罗斯数学家尤里·马宁分别独立工作，从数学角度描述了制造一台能够运用量子力学定律的机器的可能性。1982年，美国物理学家理查德·费曼在一篇论文中进一步探讨了这一问题，他认为需要量子计算机才能有效地模拟自然界的复杂性。这促使研究人员开始将理论付诸实践。

如今，谷歌、IBM、Rigetti Computing 等几家公司都在押注于超导量子比特。这种方法依赖于由超导材料制成的电路，其电阻在临界温度下趋近于零，从而实现高效导电。

2024年11月，IBM在其量子开发者大会上发布了第二代Heron芯片，包含156个量子比特，目前已被全球客户使用。IBM的量子路线图设定了到2029年开发出功能齐全、容错能力强的量子计算机的目标。IBM正朝着这个方向迈出坚实的步伐，集中精力于抑制错误并进一步扩展该技术。

在IBM最近的一篇论文中提到，其量子计算机已在部分应用中超越传统计算机，这证明了IBM所称的“量子效用”，即量子计算机能够完成超越强力传统计算的科学实用工作。后者是传统计算中的一种问题求解方法，需要测试所有可能的解，直到找到正确答案；而量子方法则可以同时测试多个解。

与此同时，谷歌去年发表了一篇论文，描述了其科学家如何在量子芯片Willow上实现极低的错误率，引起了广泛关注。这篇论文被世界各地的许多研究人员誉为向前迈出的重要一步——事实也确实如此。纠错是整个行业都需要付出巨大努力的，许多公司和学术专家都在努力创造能够提供无错误输出的量子比特，也就是所谓的“高保真度”。

这些努力似乎正在取得成效。据业内人士和学术界报告，量子比特的质量正在不断提高。例如，亚马逊网络服务 (AWS)的Ocelot（于2025年推出）从一开始就内置了纠错功能。该芯片基于“猫量子比特”，该名称源自著名的薛定谔猫思想实验，该实验中某些类型的错误被内在地抑制，因此更容易纠正可能出现的任何剩余错误。

量子计算还有其他方法。包括Quantinuum和IonQ在内的公司正在利用激光捕获离子来制造量子比特，在保真度方面表现出色。然而，捕获离子的运算速度比超导量子比特的运算速度慢，因此这些公司也在致力于提高速度。

Xanadu、PsiQuantum、Pasqal和其他一些公司正在探索利用“光子学”构建量子计算机，即利用光来处理数据。例如，Xanadu刚刚发布了一款名为Aurora的新系统。该公司将其描述为第一台能够大规模运行的光子量子计算机，通过光纤连接多个模块。

与此同时，D-Wave最近宣布在量子模拟领域取得了“计算霸权”（量子计算机可以解决传统机器无法解决的问题）——虽然目前已经有两个研究团队对此说法提出质疑。该公司表示，其Advantage量子计算机可以模拟磁性材料的特性，而这个问题对于传统机器来说需要数千年才能解决。

还有像英伟达这样的公司，他们正在使用包括人工智能驱动算法在内的技术来增强量子系统的可靠性。英伟达的方法包括模拟量子纠错码和优化错误缓解策略。这对于构建容错量子计算机至关重要，即使存在错误，这种计算机也能继续正常工作。

让我们回到微软那难以捉摸的马约拉纳费米子——其实微软尚未提供足以让批评者满意的证据。即使这一突破未能实现，我们也必须继续推动量子计算的发展。如果量子领域的参与者是正确的，那么一台功能齐全、容错的量子计算机可能在短短十年内成为现实。

尽管人们对量子计算的认识日益加深，但大多数企业仍然对其可能为众多行业带来的优势缺乏了解。因此，在构建这项技术的同时，我们也需要着手培育量子经济。

这将需要公共和私人投资，让科研工作在产业实验室、学术机构及公私合作中持续推进。根据埃森哲的研究，全球超大规模企业（提供海量计算能力和存储能力的提供商）仍然是量子计算的主要投资者。他们将这项新兴技术视为云计算的下一个前沿，并致力于成为量子驱动的全球变革的前沿。

此外，从小学开始普及量子知识，中学与大学继续深化教育，并在职场提供定制化培训，是培养未来量子人才的关键。

这就是培养量子未来顶尖人才的方法——只有当未来的程序员与 CEO 们都能理解量子计算带来的商业可能，世界才能真正受益于“量子优势”。

本文作者：

Katia Moskvitch，世界经济论坛量子技术负责人

本文原载于世界经济论坛Agenda博客，转载请注明来源并附上本文链接。

编辑：万汝鑫