社员大讲堂|超导量子计算:下一代计算机技术的“核爆点”


社员大讲堂|超导量子计算:下一代计算机技术的“核爆点”

在合肥量子计算实验室的超低温环境中,一块指甲盖大小的芯片正以万亿次每秒的速度处理着量子比特。这不是科幻电影中的场景,而是我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”的日常工作。当这台搭载72位量子芯片的计算机上线运行时,全球科技界为之震动 ,它标志着人类正站在算力革命的临界点。

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量子霸权的算力密码

量子计算机的核心在于量子比特的叠加态。传统计算机的二进制位只能表示0或1,而量子比特可以同时处于0和1的叠加态。这种特性赋予量子计算机指数级的并行计算能力:量子计算机只需要200秒就可以成功完成任务,而如果采用当年世界上排名第一的超级计算机进行计算,则需要长达一万年才能实现。形象地说,在量子计算机面前,传统的计算机就像“算盘”。

我国在量子计算领域的突破并非偶然。2024年上线的“本源悟空”搭载了自主研发的“悟空芯”,在国内首条量子芯片生产线上实现了198个量子比特的集成。“本源悟空”匹配了本源第三代量子计算测控系统“本源天机”,在中国首次真正落地了量子芯片的批量自动化测试,量子计算机的整机运行效率提升了数十倍。2024年10月,中国科学家在“本源悟空”上,成功完成了全球最大规模的量子计算流体动力学仿真。2025年2月14日,中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”全球访问量突破2000万次,刷新了中国自主量子算力服务规模纪录,彰显了中国量子算力的国际影响力。

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全球量子军备竞赛

量子计算的战略价值早已引发全球竞逐。美国通过《国家量子倡议法案》和《美国量子网络战略愿景》构建研发体系,IBM 成立的国际主流量子计算产业联盟吸纳了美国、日本、韩国、德国、澳大利亚等国家210多个成员;欧盟启动“量子旗舰计划”,德国慕尼黑量子谷聚集顶尖科研力量;英国政府启动“国家量子技术计划”,成立4个国家量子技术中心来开展工作;加拿大宣布制定国家量子战略,成立了量子计算发展机构;日本则将量子计算纳入“绿色增长战略”。在这场竞赛中,我国已建成全球唯一在超导和光量子领域均实现“量子优越性”的国家,量子计算专利数位列全球第二。

然而,差距依然存在。全球 300 余家量子计算企业中,我国仅占10家;美国初创企业占据全球量子融资事件的70%。在核心技术方面,量子芯片的相干时间、量子门保真度等指标仍有提升空间。更严峻的是,欧美已构建起覆盖芯片、测控、软件的完整产业链,而我国超导量子计算机的产业化尚处于起步阶段。

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构建中国量子生态

面对挑战,我国正加速构建自主创新体系。在合肥,量子计算产业联盟已吸引34家央企和龙头企业,探索金融、生物医药等领域的应用场景。通过“量超融合”平台,量子计算机与超级计算机协同工作,为材料设计、气象预报等复杂问题提供解决方案。这种“以用促研”的模式,正在激活万亿级的量子计算市场。

人才培养成为关键突破口。中国科学技术大学率先设立“量子信息科学”学科,本源量子与高校合作开发量子操作系统课程。在中小学科普中,量子计算机的原理被转化为生动的互动实验,激发青少年对量子科技的兴趣。正如中科院院士郭光灿所言:“量子计算的竞争,本质上是人才的马拉松。”

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未来已来的算力图景

站在2026年的节点回望,中国量子计算走过了从跟跑到并跑的二十年。从“九章”光量子计算机到“悟空”超导计算机,从量子芯片生产线到自主操作系统,我国正逐步突破“卡脖子”技术。当量子计算机的算力开始渗透到药物研发、金融风控等领域,其带来的不仅是效率革命,更是对产业格局的重构。

这场算力革命没有终点。随着量子纠错码、量子存储技术的突破,通用量子计算机的实现已不再遥远。正如“悟空”之名寓意的“七十二变”,量子计算的潜力远超想象。当中国科学家将量子芯片的集成度提升至千比特量级,当量子操作系统成为数字经济的基础设施,人类或将见证一个由量子算力驱动的新纪元。

(作者:周迪,九三学社厦门市委科技委委员,教授,高级工程师,科技部国家科技专家)