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量子芯片会不会是下一个“原子弹”？


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2026-03-11 19:38·北京·独立财经科技媒体

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文 | 半导体产业纵横


1980年，一位名叫尤里·曼宁的俄罗斯数学家在著作《可计算和不可计算》中首次提出了量子计算机的概念。这一年，量子计算还只是一个模糊的理论设想，连它的提出者自己都不知道，这个想法是否真的能够成为现实。

一年后的1981年，美国物理学家理查德·费曼独立提出了相同的概念，并在一次演讲中指出：“自然不是经典的，如果你想模拟自然，最好用量子力学来做。”正是这句话，点燃了量子计算研究的星星之火。

此后漫长的岁月里，量子计算经历了反复的挫折与等待。

1994年，彼得·秀尔在贝尔实验室提出了著名的秀尔算法，证明了量子计算机可以在理论上破解现行加密体系；1999年，加拿大物理学家乔迪·罗斯创立了D-Wave——世界上第一家量子计算公司；2007年，D-Wave推出了16位量子比特的量子退火模拟机，这是量子计算机第一次从实验室走进现实。

历史似乎在反复证明一件事：量子计算永远是一个“十年后”的技术。

然后，时间来到了2019年10月。那个秋天的凌晨，在谷歌位于加州圣巴巴拉的研究园区里，一群工程师正围着一台名为“Sycamore”的量子芯片屏息以待。这台只有53个量子比特的芯片，在200秒内完成了一项特定任务。同样的任务，如果用当时世界上最强大的超级计算机"Summit"来完成同样的任务，需要一万年。2019年10月23日，谷歌正式在《Nature》杂志上发表论文，宣布实现了“量子优越性”——这是量子计算发展史上第一次，量子计算机在特定问题上超越了所有经典计算机。

消息传来，全球舆论沸腾。《经济学人》称之为“量子卫星时刻”。人们突然意识到：那个曾经只存在于理论中的“未来”，可能真的来了。

但很少有人知道，谷歌那个凌晨的背后，是一场已经持续了四十年的技术竞赛。从曼宁的数学构想，到硅谷车库里的创业公司，再到今天中美欧日韩的倾国投入，量子计算从来就不只是一项技术创新，它从诞生的第一天起，就成了大国博弈的焦点。

这是一个关于等待、失败、偏见和重新崛起的故事。

“原子弹”的隐喻

当“原子弹”被用来形容量子芯片时，它触及的不只是技术威力的恐惧，更是一种文明焦虑。

1945年7月16日，人类第一颗原子弹在新墨西哥州的沙漠中试爆成功。奥本海默在那一刻想起了印度史诗《薄伽梵歌》中的一句话：“现在我成了死神，世界的毁灭者。”此后不到一个月，广岛和长崎被夷为平地。原子弹不仅终结了二战，也开启了大国核威慑的时代。

今天，当人们用“原子弹”形容量子芯片时，他们在恐惧什么？

第一个层面是密码系统的崩塌。现行全球金融、军事通信、政府机密的加密基础，几乎全部建立在“经典计算机无法在合理时间内分解大整数”这一数学假设之上。但秀尔算法已经证明：一旦拥有足够强大的量子计算机，这个假设将在一夜之间失效。2023年，美国国家安全局发布公告，敦促所有政府机构尽快迁移到“后量子密码”体系。

第二个层面是全球范围的举国动员。今天，全球主要经济体都在以国家之力投入量子研发，中国的“十四五”规划将量子信息列为优先前沿科技；欧盟启动“Quantum Flagship”，承诺十年内投入十亿欧元；美国国会通过两党法案，向量子研究投入超过十二亿美元。

目前，从企业国家分布看，欧盟有量子企业230 余家，占比29%，其中德国量子企业数量超过 70 家。美国量子企业数量 210 余家，占比 26%。我国有量子企业 140 余家，占比 17%。

如果我们仔细审视这个类比，量子计算的影响将是全方位的，而非仅限于军事或破坏。原子弹是武器，用途单一而明确——毁灭。而量子芯片不是一种“东西”，而是一类“能力”。它可能颠覆密码学，但它也可能帮助人类研发抗癌药物、设计新型材料、优化全球物流网络。

但是，量子芯片确实有改变权力格局的潜力。掌握了量子芯片能力，谁就在信息时代拥有了不对称优势。但它不会像原子弹那样是一个明确的时刻，量子芯片能力的增长将是渐进的、商业化的、需要长期投入的。

六路竞逐，量子计算的技术版图



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2024年12月，量子芯片领域迎来了一场久违的“同步”。谷歌和中国科学技术大学先后发布了各自最新的105比特超导量子芯片，再度点燃了产业界对量子计算的热情。



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潘建伟团队演示的祖冲之三号量子处理器示意图。

在谷歌发布新一代量子芯片“Willow”的前后两天，远在合肥的中国科学技术大学校园里，潘建伟院士团队宣布成功研发同规格的“祖冲之3.0”处理器。这两款几乎同期发布的处理器，在量子比特数量上持平，但在架构设计上走向了不同的方向。

第一条路线是超导量子计算。这是目前最主流、商业化程度最高的技术路线。谷歌、IBM、英特尔、Rigetti，以及中国的本源量子，都在这个方向上投入了大量资源。超导量子芯片的基本原理是：在接近绝对零度的极低温环境下，利用超导电路中的“约瑟夫森效应”来创建量子比特。这种路线的优点是：量子门操作速度快、与现有半导体制造工艺兼容、易于规模化。缺点是：需要极其昂贵的低温稀释制冷机、量子比特的相干时间有限、对环境噪声极度敏感。

2025年6月，微软宣布了其四维拓扑量子纠错码技术的最新进展，声称将量子比特错误率降低了千倍，量子计算机首次具备了处理复杂任务的可靠性。



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量子经典数据流（来源：IBM）

IBM则采取了更为激进的商业化策略。IBM提出了“以量子为中心的超级计算机”概念，将量子处理器、CPU和GPU整合到同一个计算结构中。用QPU解决负责处理那些需要指数级经典内存才能模拟的量子线路。

第二条路线是光量子计算。这是中国目前领先的技术方向。以中国科学技术大学潘建伟团队为代表的“光量子派”，利用光子作为量子比特的载体。光子的优点是：相干时间长、不需要极低温环境、对环境噪声相对不敏感。

2025年2月，北京大学和山西大学的联合团队在集成光子量子芯片领域取得了重大突破。首次在芯片上实现了“连续变量”量子纠缠簇态。这一成果发表在《Nature》杂志上，解决了光子量子芯片发展中的一个关键空白。

这就是当前量子芯片领域最核心的张力：技术路线之争背后，是两种创新哲学的碰撞。超导路线依托于现有的半导体产业基础，技术成熟度高、商业化路径清晰，但物理瓶颈明显；光量子路线在特定问题上表现惊艳，但距离通用计算还有很长的路要走。

在更深层次上，这场竞赛正在演变成两个阵营的对垒。

美国阵营以谷歌、IBM、英特尔等科技巨头为核心，加上IonQ、Rigetti等初创公司，以及MIT、斯坦福、哈佛等顶尖研究型大学。美国在超导量子芯片和离子阱路线上都有深厚积累。2022年，美国商务部将量子计算列入出口管制清单，限制向中国出口先进量子技术设备和材料。

中国阵营以中国科学技术大学、本源量子、华为等机构和企业为核心，在光量子计算和超导量子计算两个方向上同时发力。中国的优势在于：政府决策高效、研发投入巨大、人才储备丰富。2025年，中国电信子公司完成了对国盾量子的控股权变更，标志着中国量子产业正在进入资源整合的新阶段。

需要指出的是，量子计算的赛道从未局限于单一或两种选择。当前，全球量子计算正处于前沿科学研究与原型样机开发的科技攻关关键期。超导、离子阱、中性原子、光量子、硅半导体、拓扑等多种技术路线正在并行发展、开放竞争。 每一种路线都有其独特的物理优势和工程挑战，最终哪种路线能通向通用量子计算，业界尚无定论。

中国量子芯片故事

要理解中国量子芯片的今天，需要回到1980年代，这是一段几乎被遗忘的起点。

1980年代初期，中国量子计算研究几乎是一片空白。那时的中国，改革开放刚刚起步，科研经费紧张，实验设备落后，大多数研究型大学连像样的低温实验室都没有。在这样的条件下，一批年轻的中国物理学家开始尝试进入量子计算这个领域。

郭光灿是中国量子计算事业的奠基人之一。1980年代末期，他在意大利和国际学者交流时接触到了量子信息理论，立刻意识到这将是一个改变未来的领域。1999年，郭光灿在中国科学技术大学创立了量子信息实验室，开始了漫长的拓荒之旅。

2001年，郭光灿第四次申请“973计划”，终于成功，申请到了国家首个量子信息领域的973计划，获得2500万元科研经费。作为首席科学家，他不仅要考虑自己的团队，更要考虑国家量子信息未来的发展。“中国要在世界上竞争，靠一个团队是不行的，必须团结国内所有力量来参与竞争。”

2017年，郭国平创立了本源量子，中国第一家量子计算公司。本源量子选择了超导量子芯片作为主攻方向，这是一条与谷歌、IBM直接竞争的技术路线。从0到1的过程是艰难的：高端制冷机禁运，中国团队不得不自己研发低温设备；量子芯片制造需要先进的半导体工艺，国内供应链不完善。

2021年，本源量子发布了“悟本”，中国第一台超导量子计算机原型机。这台拥有24个量子比特的处理器，虽然在规模上还不如谷歌的"Sycamore"，但它的意义在于：它是中国第一次在超导量子芯片这个主流技术路线上完成了从0到1的突破。

2024年，中国量子芯片行业进入了加速发展期。2025年是一个具有里程碑意义的年份。11月，搭载“祖冲之三号”同款芯片的超导量子计算机“天衍-287”完成搭建，这是中国首个具备“量子计算优越性”能力的量子计算系统。同一年，“天目2号”百比特芯片实现了“热”拓扑边缘态，显著提升了量子信息的稳定性，推动了超导量子芯片的实用化进程。

当前，中国量子芯片是并跑吗？

客观来看，中国量子芯片目前的状态是：在特定技术指标上领先，在整体能力上仍存差距，在产业化进程上相对滞后。

在量子计算方面，中国与美国的差距大约在3到5年左右。量子比特的数量不是唯一指标——相干时间、门保真度、量子体积等都是衡量量子芯片性能的关键参数。在这些综合指标上，中国与国际先进水平的差距仍然明显。

更值得关注的是产业链和产业化层面的差距。量子芯片的商业化需要完整的生态系统，包括硬件制造、软件开发、云服务、应用落地、人才培训等多个环节。

结语

据全球前沿科技咨询公司ICV报告预测，2027年，专用量子计算机预计将实现性能突破，带动整体市场规模达到105.4亿美元；在2028年至2035年，市场规模将继续迅速扩大，受益于通用量子计算机的技术进步和专用量子计算机在特定领域的广泛应用，到2035年总市场规模有望达到8117亿美元。

2026年以来，国内量子计算领域多起融资项目规模超亿元。具体到企业端，从2026年以来的投融资项目规模来看，量子科技赛道的投融资项目有着“数量增多、规模逐渐增大”的特点。截至目前，2月共3家企业分别获得3次融资，1月有6家企业获得共7次融资。

我国量子科技领域科研的发展，在理论不断实现突破的同时，投融资开始快速转化成项目。2026年，已经迈入量子计算技术从实验室研发加速迈向产业应用的关键窗口期。








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