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? 本報記者 李洋

IBM的156量子比特Heron芯片成為當(dāng)下超導(dǎo)量子技術(shù)標(biāo)桿產(chǎn)品，Google的Willow芯片領(lǐng)跑量子糾錯賽道，全球量子計算已邁入算力比拼與生態(tài)競爭合作的“深水區(qū)”。

作為新一輪科技革命的核心引擎，量子計算正從實驗室成果加速邁向規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。中國如何沖破核心技術(shù)封鎖、構(gòu)建自主產(chǎn)業(yè)生態(tài)，成為實現(xiàn)科技自立自強(qiáng)的必答題。對此，業(yè)界共識清晰明確：唯有構(gòu)建以“量子芯片、量子計算測控系統(tǒng)、環(huán)境支撐系統(tǒng)”三大硬件為基礎(chǔ)，“量子計算機(jī)操作系統(tǒng)、量子云服務(wù)、量子應(yīng)用軟件”三大軟件為支撐的完整技術(shù)體系，才能在全球競爭中贏得主動。

“三硬”筑基

自主可控決定算力“天花板”

量子芯片、量子計算測控系統(tǒng)、環(huán)境支撐系統(tǒng)，這“三硬”是量子計算機(jī)的核心物理載體，其技術(shù)成熟度與自主化水平，直接決定了量子計算的算力上限與運行穩(wěn)定性，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的硬件“基石”。

其中，量子芯片作為量子計算機(jī)的“大腦”，其比特數(shù)量、相干時間、門操作保真度等關(guān)鍵指標(biāo)，直接劃定了量子算力的邊界與應(yīng)用落地的潛力。

當(dāng)前，全球量子計算領(lǐng)域呈現(xiàn)超導(dǎo)、光量子、離子阱等多種技術(shù)路線并行競爭格局，但因其性能評價標(biāo)準(zhǔn)、測試方法尚未統(tǒng)一，導(dǎo)致不同路線間難以形成公平可比的性能基準(zhǔn)，成為產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展的最大障礙?！俺瑢?dǎo)量子芯片需要在相干性與可擴(kuò)展性之間找到最佳平衡，而全流程標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)工程化量產(chǎn)的前提?！鼻迦A大學(xué)教授劉玉璽表示，必須建立覆蓋從芯片設(shè)計、制造、封裝到測試的全鏈條標(biāo)準(zhǔn)體系，才能破解技術(shù)協(xié)同難題。

如果說量子芯片是“大腦”，量子計算測控系統(tǒng)就是連接軟硬件的“中樞神經(jīng)”，直接決定量子算力輸出的可靠性與穩(wěn)定性。“沒有高精度的測控技術(shù)，再先進(jìn)的量子芯片也只能是無法發(fā)揮作用的‘空殼’；沒有統(tǒng)一的測控標(biāo)準(zhǔn)，不同企業(yè)、不同技術(shù)路線的產(chǎn)品就難以互聯(lián)互通?！闭憬髮W(xué)物理系教授尹藝指出，標(biāo)準(zhǔn)缺失導(dǎo)致企業(yè)間協(xié)同創(chuàng)新成本激增，系統(tǒng)兼容難度加大，嚴(yán)重制約了產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建效率，已成為阻礙產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的核心“瓶頸”。

量子比特的穩(wěn)定運行，還離不開極端苛刻的環(huán)境支撐系統(tǒng)。尤其是超導(dǎo)量子路線所需的接近絕對零度（-273.15攝氏度）的極低溫環(huán)境，曾長期依賴進(jìn)口稀釋制冷機(jī)，成為制約我國量子計算規(guī)模化發(fā)展的“卡脖子”環(huán)節(jié)。2023年，本源量子推出SL400稀釋制冷機(jī)，成功打破國外技術(shù)壟斷；2024年，升級后的SL1000型號稀釋制冷機(jī)進(jìn)一步提升了制冷效率與穩(wěn)定性。與此同時，國際巨頭也在加緊布局規(guī)模化低溫基礎(chǔ)設(shè)施，PsiQuantum等公司正推進(jìn)百萬量子比特級容錯計算所需的大規(guī)模低溫工廠建設(shè)。盡管技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，但低溫系統(tǒng)的復(fù)雜運維、成本控制等問題，仍是影響量子系統(tǒng)可及性與可靠性的突出挑戰(zhàn)，成為全球行業(yè)共同面對的技術(shù)難題。

“三軟”賦能

標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)激活應(yīng)用潛力

如果說“三硬”決定了量子計算的算力“天花板”，那么以量子計算機(jī)操作系統(tǒng)為核心的“三軟”——操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、云平臺則定義了算力轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)價值的應(yīng)用下限。其中，操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化是構(gòu)建開放生態(tài)、降低應(yīng)用開發(fā)門檻的關(guān)鍵所在。

“當(dāng)前全球活躍的量子算法開發(fā)者已突破12萬人，較2020年增長近8倍，但軟硬件適配難、開發(fā)效率低的痛點突出，根源就在于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?！敝袊Ｑ蟠髮W(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授顧永建表示。荷蘭、奧地利等國科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的QNodeOS操作系統(tǒng)通過硬件抽象化技術(shù)降低開發(fā)門檻；國內(nèi)“本源司南”已升級為量超智融合操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了量子處理器（QPU）與中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）的無縫集成，讓企業(yè)無需巨額投入即可獲取高效的異構(gòu)計算資源。

應(yīng)用軟件是量子算力產(chǎn)業(yè)落地的“最后一公里”，其成熟度直接決定量子計算的產(chǎn)業(yè)價值轉(zhuǎn)化效率。調(diào)研顯示，超九成行業(yè)受訪者將問題識別與量子算法設(shè)計列為應(yīng)用落地的首要障礙。“統(tǒng)一的操作系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)，能讓開發(fā)者從繁瑣的硬件適配工作中解放出來，集中精力攻克行業(yè)實際問題?！焙戏示C合性國家科學(xué)中心人工智能研究院副研究員陳昭昀指出，實踐已證明量子計算在金融風(fēng)控、藥物研發(fā)、材料設(shè)計等多個領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，而應(yīng)用軟件的規(guī)?；l(fā)展，根本上依賴于操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化水平，只有建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，才能推動應(yīng)用生態(tài)的快速迭代。

量子云平臺是量子計算商業(yè)化落地的“試金石”，更是生態(tài)資源聚合的核心載體?！霸品?wù)不僅大幅度降低了用戶使用量子計算的門檻和成本，更能快速積累多元應(yīng)用場景，反哺技術(shù)優(yōu)化。”中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員林志榮介紹說，IBM量子云平臺注冊用戶已超60萬，國內(nèi)“本源悟空”云服務(wù)覆蓋全球3800萬人次，這些實踐不僅驗證了量子計算的實用價值，更為算力付費、訂閱制等商業(yè)化模式積累了寶貴經(jīng)驗。

“量子計算的核心特征是軟硬件深度耦合，外購芯片或操作系統(tǒng)無法實現(xiàn)最優(yōu)協(xié)同，既難以形成核心技術(shù)壁壘，更無法參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定，最終將喪失產(chǎn)業(yè)話語權(quán)?！敝猩酱髮W(xué)計算機(jī)學(xué)院教授、量子計算與軟件研究所所長李綠周直言，部分初創(chuàng)企業(yè)曾試圖通過外購核心部件快速入場，卻因缺乏標(biāo)準(zhǔn)化適配能力陷入發(fā)展困境，這一教訓(xùn)充分印證了自主可控的重要性。

當(dāng)前，我國量子計算產(chǎn)業(yè)仍面臨多重挑戰(zhàn)：技術(shù)層面，芯片大規(guī)模集成、量子糾錯等關(guān)鍵“瓶頸”尚未完全突破；生態(tài)層面，應(yīng)用軟件場景覆蓋有限，用戶使用習(xí)慣仍需培養(yǎng)；人才層面，專業(yè)人才儲備僅千人規(guī)模，崗位缺口達(dá)數(shù)萬量級，使之成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突出短板。對此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、安徽省量子計算工程研究中心主任郭國平建議，要堅持自主研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)雙輪驅(qū)動，采取漸進(jìn)式標(biāo)準(zhǔn)化策略，先建立統(tǒng)一的術(shù)語定義、性能指標(biāo)等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，為不同技術(shù)路線保留充足的創(chuàng)新空間，再逐步完善全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系?！傲孔佑嬎惝a(chǎn)業(yè)的核心競爭力，從來都不是單一技術(shù)的單點突破，而是‘三硬三軟’六大能力的協(xié)同發(fā)展與深度融合?！惫鶉奖硎?，我國要實現(xiàn)量子計算領(lǐng)域科技自立自強(qiáng)，必須全面構(gòu)建并持續(xù)強(qiáng)化這六大自主能力，打造自主可控、安全可靠的完整技術(shù)體系與產(chǎn)業(yè)生態(tài)。