量子芯片會不會是下一個“原子彈”？

文 | 半導體產業縱橫

1980年，一位名叫尤里·曼寧的俄羅斯數學家在著作《可計算和不可計算》中首次提出了量子計算機的概念。這一年，量子計算還只是一個模糊的理論設想，連它的提出者自己都不知道，這個想法是否真的能夠成為現實。

一年后的1981年，美國物理學家理查德·費曼獨立提出了相同的概念，并在一次演講中指出：“自然不是經典的，如果你想模擬自然，最好用量子力學來做。”正是這句話，點燃了量子計算研究的星星之火。

此后漫長的歲月里，量子計算經歷了反復的挫折與等待。

1994年，彼得·秀爾在貝爾實驗室提出了著名的秀爾算法，證明了量子計算機可以在理論上破解現行加密體系；1999年，加拿大物理學家喬迪·羅斯創立了D-Wave——世界上第一家量子計算公司；2007年，D-Wave推出了16位量子比特的量子退火模擬機，這是量子計算機第一次從實驗室走進現實。

歷史似乎在反復證明一件事：量子計算永遠是一個“十年后”的技術。

然后，時間來到了2019年10月。那個秋天的凌晨，在谷歌位于加州圣巴巴拉的研究園區里，一群工程師正圍著一臺名為“Sycamore”的量子芯片屏息以待。這臺只有53個量子比特的芯片，在200秒內完成了一項特定任務。同樣的任務，如果用當時世界上最強大的超級計算機"Summit"來完成同樣的任務，需要一萬年。2019年10月23日，谷歌正式在《Nature》雜志上發表論文，宣布實現了“量子優越性”——這是量子計算發展史上第一次，量子計算機在特定問題上超越了所有經典計算機。

消息傳來，全球輿論沸騰?！督洕鷮W人》稱之為“量子衛星時刻”。人們突然意識到：那個曾經只存在于理論中的“未來”，可能真的來了。

但很少有人知道，谷歌那個凌晨的背后，是一場已經持續了四十年的技術競賽。從曼寧的數學構想，到硅谷車庫里的創業公司，再到今天中美歐日韓的傾國投入，量子計算從來就不只是一項技術創新，它從誕生的第一天起，就成了大國博弈的焦點。

這是一個關于等待、失敗、偏見和重新崛起的故事。

“原子彈”的隱喻

當“原子彈”被用來形容量子芯片時，它觸及的不只是技術威力的恐懼，更是一種文明焦慮。

1945年7月16日，人類第一顆原子彈在新墨西哥州的沙漠中試爆成功。奧本海默在那一刻想起了印度史詩《薄伽梵歌》中的一句話：“現在我成了死神，世界的毀滅者。”此后不到一個月，廣島和長崎被夷為平地。原子彈不僅終結了二戰，也開啟了大國核威懾的時代。

今天，當人們用“原子彈”形容量子芯片時，他們在恐懼什么？

第一個層面是密碼系統的崩塌。現行全球金融、軍事通信、政府機密的加密基礎，幾乎全部建立在“經典計算機無法在合理時間內分解大整數”這一數學假設之上。但秀爾算法已經證明：一旦擁有足夠強大的量子計算機，這個假設將在一夜之間失效。2023年，美國國家安全局發布公告，敦促所有政府機構盡快遷移到“后量子密碼”體系。

第二個層面是全球范圍的舉國動員。今天，全球主要經濟體都在以國家之力投入量子研發，中國的“十四五”規劃將量子信息列為優先前沿科技；歐盟啟動“Quantum Flagship”，承諾十年內投入十億歐元；美國國會通過兩黨法案，向量子研究投入超過十二億美元。

目前，從企業國家分布看，歐盟有量子企業230 余家，占比29%，其中德國量子企業數量超過 70 家。美國量子企業數量 210 余家，占比 26%。我國有量子企業 140 余家，占比 17%。

如果我們仔細審視這個類比，量子計算的影響將是全方位的，而非僅限于軍事或破壞。原子彈是武器，用途單一而明確——毀滅。而量子芯片不是一種“東西”，而是一類“能力”。它可能顛覆密碼學，但它也可能幫助人類研發抗癌藥物、設計新型材料、優化全球物流網絡。

但是，量子芯片確實有改變權力格局的潛力。掌握了量子芯片能力，誰就在信息時代擁有了不對稱優勢。但它不會像原子彈那樣是一個明確的時刻，量子芯片能力的增長將是漸進的、商業化的、需要長期投入的。

六路競逐，量子計算的技術版圖

2024年12月，量子芯片領域迎來了一場久違的“同步”。谷歌和中國科學技術大學先后發布了各自最新的105比特超導量子芯片，再度點燃了產業界對量子計算的熱情。

潘建偉團隊演示的祖沖之三號量子處理器示意圖。

在谷歌發布新一代量子芯片“Willow”的前后兩天，遠在合肥的中國科學技術大學校園里，潘建偉院士團隊宣布成功研發同規格的“祖沖之3.0”處理器。這兩款幾乎同期發布的處理器，在量子比特數量上持平，但在架構設計上走向了不同的方向。

第一條路線是超導量子計算。這是目前最主流、商業化程度最高的技術路線。谷歌、IBM、英特爾、Rigetti，以及中國的本源量子，都在這個方向上投入了大量資源。超導量子芯片的基本原理是：在接近絕對零度的極低溫環境下，利用超導電路中的“約瑟夫森效應”來創建量子比特。這種路線的優點是：量子門操作速度快、與現有半導體制造工藝兼容、易于規?；?。缺點是：需要極其昂貴的低溫稀釋制冷機、量子比特的相干時間有限、對環境噪聲極度敏感。

2025年6月，微軟宣布了其四維拓撲量子糾錯碼技術的最新進展，聲稱將量子比特錯誤率降低了千倍，量子計算機首次具備了處理復雜任務的可靠性。

量子經典數據流（來源：IBM）

IBM則采取了更為激進的商業化策略。IBM提出了“以量子為中心的超級計算機”概念，將量子處理器、CPU和GPU整合到同一個計算結構中。用QPU解決負責處理那些需要指數級經典內存才能模擬的量子線路。

第二條路線是光量子計算。這是中國目前領先的技術方向。以中國科學技術大學潘建偉團隊為代表的“光量子派”，利用光子作為量子比特的載體。光子的優點是：相干時間長、不需要極低溫環境、對環境噪聲相對不敏感。

2025年2月，北京大學和山西大學的聯合團隊在集成光子量子芯片領域取得了重大突破。首次在芯片上實現了“連續變量”量子糾纏簇態。這一成果發表在《Nature》雜志上，解決了光子量子芯片發展中的一個關鍵空白。

這就是當前量子芯片領域最核心的張力：技術路線之爭背后，是兩種創新哲學的碰撞。超導路線依托于現有的半導體產業基礎，技術成熟度高、商業化路徑清晰，但物理瓶頸明顯；光量子路線在特定問題上表現驚艷，但距離通用計算還有很長的路要走。

在更深層次上，這場競賽正在演變成兩個陣營的對壘。

美國陣營以谷歌、IBM、英特爾等科技巨頭為核心，加上IonQ、Rigetti等初創公司，以及MIT、斯坦福、哈佛等頂尖研究型大學。美國在超導量子芯片和離子阱路線上都有深厚積累。2022年，美國商務部將量子計算列入出口管制清單，限制向中國出口先進量子技術設備和材料。

中國陣營以中國科學技術大學、本源量子、華為等機構和企業為核心，在光量子計算和超導量子計算兩個方向上同時發力。中國的優勢在于：政府決策高效、研發投入巨大、人才儲備豐富。2025年，中國電信子公司完成了對國盾量子的控股權變更，標志著中國量子產業正在進入資源整合的新階段。

需要指出的是，量子計算的賽道從未局限于單一或兩種選擇。當前，全球量子計算正處于前沿科學研究與原型樣機開發的科技攻關關鍵期。超導、離子阱、中性原子、光量子、硅半導體、拓撲等多種技術路線正在并行發展、開放競爭。 每一種路線都有其獨特的物理優勢和工程挑戰，最終哪種路線能通向通用量子計算，業界尚無定論。

中國量子芯片故事

要理解中國量子芯片的今天，需要回到1980年代，這是一段幾乎被遺忘的起點。

1980年代初期，中國量子計算研究幾乎是一片空白。那時的中國，改革開放剛剛起步，科研經費緊張，實驗設備落后，大多數研究型大學連像樣的低溫實驗室都沒有。在這樣的條件下，一批年輕的中國物理學家開始嘗試進入量子計算這個領域。

郭光燦是中國量子計算事業的奠基人之一。1980年代末期，他在意大利和國際學者交流時接觸到了量子信息理論，立刻意識到這將是一個改變未來的領域。1999年，郭光燦在中國科學技術大學創立了量子信息實驗室，開始了漫長的拓荒之旅。

2001年，郭光燦第四次申請“973計劃”，終于成功，申請到了國家首個量子信息領域的973計劃，獲得2500萬元科研經費。作為首席科學家，他不僅要考慮自己的團隊，更要考慮國家量子信息未來的發展。“中國要在世界上競爭，靠一個團隊是不行的，必須團結國內所有力量來參與競爭。”

2017年，郭國平創立了本源量子，中國第一家量子計算公司。本源量子選擇了超導量子芯片作為主攻方向，這是一條與谷歌、IBM直接競爭的技術路線。從0到1的過程是艱難的：高端制冷機禁運，中國團隊不得不自己研發低溫設備；量子芯片制造需要先進的半導體工藝，國內供應鏈不完善。

2021年，本源量子發布了“悟本”，中國第一臺超導量子計算機原型機。這臺擁有24個量子比特的處理器，雖然在規模上還不如谷歌的"Sycamore"，但它的意義在于：它是中國第一次在超導量子芯片這個主流技術路線上完成了從0到1的突破。

2024年，中國量子芯片行業進入了加速發展期。2025年是一個具有里程碑意義的年份。11月，搭載“祖沖之三號”同款芯片的超導量子計算機“天衍-287”完成搭建，這是中國首個具備“量子計算優越性”能力的量子計算系統。同一年，“天目2號”百比特芯片實現了“熱”拓撲邊緣態，顯著提升了量子信息的穩定性，推動了超導量子芯片的實用化進程。

當前，中國量子芯片是并跑嗎？

客觀來看，中國量子芯片目前的狀態是：在特定技術指標上領先，在整體能力上仍存差距，在產業化進程上相對滯后。

在量子計算方面，中國與美國的差距大約在3到5年左右。量子比特的數量不是唯一指標——相干時間、門保真度、量子體積等都是衡量量子芯片性能的關鍵參數。在這些綜合指標上，中國與國際先進水平的差距仍然明顯。

更值得關注的是產業鏈和產業化層面的差距。量子芯片的商業化需要完整的生態系統，包括硬件制造、軟件開發、云服務、應用落地、人才培訓等多個環節。

結語

據全球前沿科技咨詢公司ICV報告預測，2027年，專用量子計算機預計將實現性能突破，帶動整體市場規模達到105.4億美元；在2028年至2035年，市場規模將繼續迅速擴大，受益于通用量子計算機的技術進步和專用量子計算機在特定領域的廣泛應用，到2035年總市場規模有望達到8117億美元。

2026年以來，國內量子計算領域多起融資項目規模超億元。具體到企業端，從2026年以來的投融資項目規模來看，量子科技賽道的投融資項目有著“數量增多、規模逐漸增大”的特點。截至目前，2月共3家企業分別獲得3次融資，1月有6家企業獲得共7次融資。

我國量子科技領域科研的發展，在理論不斷實現突破的同時，投融資開始快速轉化成項目。2026年，已經邁入量子計算技術從實驗室研發加速邁向產業應用的關鍵窗口期。