2025 年量子计算 — 是否正在转折？

是时候停止怀疑量子信息技术了。

我们到达了吗？不。不是很有可能。但是，在一些关键挑战上取得的进展、为成功（并赚钱）而奋斗的组织数量之多、无回头的公共投资以及令人讨厌的国际竞争都是很好的保证。

感觉量子计算正在转折一个重要的转折点，也许不是通往最后冲刺的转折点，但可能是转折点之后的转折点。我们现在拥有的量子计算机能够执行经典系统无法完成的任务。Google 最新的突破性基准测试证明了这一点。这些机器还不是纠错机器，但纠错的进展是 2024 年的亮点之一。

量子先驱 John Preskill 最近建议我们改变思维方式和语言，停止谈论 NISQ（嘈杂的中等规模量子）与 FASQ（容错应用程序规模量子）系统，开始谈论 Mega/Gigaquop（百万/十亿量子操作）系统——基本上是能够完成某种程度的生产性“工作”的系统。

感觉很对。我们正在快速开发使 Mega/Gigaquop 成为可能的功能（硬件和软件）。我们正在进入量子计算发展的下一阶段。不是最终游戏，而是一个重大变化，让我们称之为中间游戏，获胜的硬件和软件策略将出现，而较小的策略将逐渐消失。

今年，HPCwire 发表了大约 90 篇关于量子计算的专题文章。去年，我们发布了大约 80 个。就在几年前，HPCwire 的覆盖范围还很小一部分，现在已经稳步增长。如今，AI、传统 HPC 和量子构成了我们的大部分覆盖范围。

但回到量子计算 — 它正在发生，而且可能比许多人预期的要快。以下是 2025 年值得关注的六大关键趋势和九个值得关注的亮点。

让我们开始吧。

1. 纠错方面取得长足进步

去年，以 Google 在 Google 的新芯片 （Willow） 上突破 QEC 阈值为首，掀起了一波令人印象深刻的量子纠错进步浪潮。更高效的表面编码。改进的替代方法 （Cat Qubits）。令人印象深刻的合作，例如 Microsoft 和 Quantinuuum 使用量子和经典资源开发量子比特虚拟化技术。

物理学会（英国）是世界上最大的物理学会之一，其会员杂志《物理世界》将量子纠错选为年度突破，两个团体分享了这一荣誉：1） 在 Google 上搜索 Willow 并打破了 QEC 阈值障碍，以及 2） 麻省理工学院、哈佛大学和 QuEra 在具有 48 个逻辑量子比特的原子处理器上演示量子纠错的工作。

Physics World 写道：“与环境相互作用（噪声）引起的错误是每台量子计算机的致命弱点，纠正它们被称为该技术的”决定性挑战”。这两个团队使用截然不同的量子系统，为克服这一挑战迈出了重要的一步。通过这样做，它们使量子计算机更有可能成为实用的问题解决机器，而不仅仅是用于科学研究的嘈杂的中等规模工具。

似乎正在探索所有可能的 QEC 途径，并在许多方面取得了进展。（谷歌幻灯片在下面）

不仅关注 QEC 结构，还关注 QEC 解码器功能。错误解码由位于同一位置的经典系统完成。Google 的错误解码器（经典）大约需要 63 微秒才能执行，另外需要 10 秒才能通过以太网传输*。“还不错，”John Preskill 最近说，但随着代码规模的增长，它需要改进。

Riverlane 和 Rigetti 在小型实验中证明，通过在 FPGA 而不是 CPU 上运行解码算法，并将解码器集成到控制堆栈中以减少通信时间，可以减少解码延迟。随着我们进一步扩大规模，采用这些方法可能会变得越来越重要，“Preskill 说。“Google DeepMind 已经表明，通过强化学习训练的解码器可以实现比人类构建的解码器更低的逻辑错误率，但目前尚不清楚这是否会大规模发挥作用，因为训练成本会随着代码距离的增加而急剧上升。此外，Harvard / QuEra 团队强调，跨多个代码块执行相关解码可以减少容错结构的深度，但这也增加了解码的复杂性，引发了人们对这种方案是否可扩展的担忧。

行业目标（或者说是相关目标）是创建一个物理百万量子比特系统，该系统具有大约 100 个可靠的量子比特，能够运行 10,000 个电路深度。虽然大多数观察家认为要实现这一目标还需要十年时间，但有些人（我）认为时间表可能会缩短。有这么多人在努力解决这个问题，产生结果，并在彼此的工作基础上再接再厉。

相关链接
Google 首次推出新型量子芯片、纠错突破和路线图详情

2024 年物理世界突破

Cat Qubit 先驱 Alice & Bob 发布路线图

Quantinuum， CU 成功实现非本地 qLDPC 代码

Microsoft 和 Quantinuum 创建了 12 个逻辑量子比特，并演示了混合的端到端化学模拟

哈佛大学领导的研究在纠错量子计算方面取得新里程碑

2. 区域热点的兴起

称之为硅谷 （SVI）。全球至少有十几个（或更多）城市正在争先恐后地成为量子发展和商业的热点。硅谷在推动电子革命的同时致富的记忆让人们垂涎三尺。

觉得这很夸张吗？以下是美国的一些区域性工作：伊利诺伊州 （Chicago Quantum Exchange）、科罗拉多州 （Elevate Quantum）、田纳西州 （Chattanooga Quantum Collaborative）、马里兰州 （The Quantum Stater）、康涅狄格州 （QuantumCT）、马萨诸塞州 （Quantum Complex）。毫无疑问，还有更多。许多项目被指定为 TechHubs 作为美国商务计划的一部分。

欧洲的情况也类似。在德国，有一个成熟的项目叫做慕尼黑量子谷（Munich Quantum Valley），几乎可以与任何其他区域性项目相媲美。就在上个月，汉堡加入了一个新联盟，宣传汉堡全栈计划。SVI 工作在全球范围内如雨后春笋般涌现。当然，世界各地有许多国家的努力。

他们都看到了预期的量子技术革命带来的财富和影响力。他们正在精心设计税收减免、土地使用规定、政府资金、学术中心附属机构和政府实验室协会的组合作为诱惑。与工业界的密切合作通常是必不可少的。

正如美国 Elevate Quantum 的努力所展示的那样，人们的抱负很高：

• Elevate Quantum（一个跨西部州的努力——科罗拉多州、新墨西哥州和怀俄明州）表示，到 2030 年，它将提供 15,000 个工作岗位、20 亿美元的初创公司资金和 1.5 亿美元的收入。它的网站说：“由 120 个组织组成的联盟致力于确保该地区仍然是 Quantum 的全球中心，帮助将尖端研究转化为改变世界的公司，促进充满活力的创业和扩大生态系统，并建立多元化和包容性的员工队伍。
• Elevate Quantum 的既定使命很简单：“确保西部山区作为 QIT 发展全球中心的地位，并加强美国的经济和国家安全。

目前，芝加哥量子交易所/伊利诺伊州的工作和慕尼黑量子谷的工作似乎是最先进的，并且正在处理最广泛的量子活动。

伊利诺伊州正在芝加哥东南侧建造伊利诺伊量子和微电子园 （IQMP），这是一个价值数十亿美元的量子园区。它将包括价值数百万美元的伊利诺伊州-DARPA 量子试验场，并由 PsiQuantum 锚定。上个月，IBM 宣布计划在 IQMP 建立一个国家量子算法中心，并将 Quantum Systems Two 之一设在那里。芝加哥量子交易所成立于 2017 年，拥有芝加哥大学、费米国家实验室和阿贡国家实验室等核心成员。

在德国，慕尼黑量子谷（Munich Quantum Valley）的努力也在如火如荼地进行。在 SC24 上，在关于将量子计算与 HPC 集成的圆桌会议上，慕尼黑量子谷核心 LRZ 量子负责人 Laura Shultz 指出：

“我们目前在我们的设施中安装了四个量子系统，三个超导和一个离子阱。我们的任务不仅是安装这些系统，让它们可供用户使用，而且还专注于确保多模态类型的量子系统可以集成到 HPC 工作流程和操作系统中。我们已经为此工作了大约三年。这包括启动系统，将它们集成到设施中，然后确保它们与我们称为慕尼黑量子软件堆栈的开源混合软件堆栈连接。因此，我们已经为此努力了几年，并设想了我们所说的紧密集成的混合 HPC 用例。

“因此，我们不仅希望让系统、HPC 系统、量子系统在不同的不同网络、不同的空间上分别工作，我们认为，对于某些应用来说，这绝对没问题，但我们希望真正专注于非常紧密的集成，这意味着我们将其放在同一个网络上。我们将其放在本地，将它们放在一起，这样我们就能够真正降低延迟，最大限度地提高两者之间的通信和计算能力，并真正将它们视为整个 HPC 框架的加速器。

这是令人印象深刻的工作。

这些区域性努力的严肃性并不总是那么容易判断，但许多努力正在迅速采取行动以建立强大的立足点。现在选择赢家还为时过早，看看这些努力如何/是否得到回报将会很有趣。

没有人愿意被抛在后面。

有趣的是，如今笼罩着所有技术的 AI 热潮似乎并没有减缓量子技术落地热，尽管它可能减缓了资金。同样有趣的是，一些拥有大量量子公司的州（我想到了加利福尼亚）似乎没有集中精力。

相关链接
Go （Mountain） West， Quantum Workers！CU、CUbit 和 Elevate Quantum Issue 劳动力路线图

构建量子经济 — 芝加哥风格

Quantum-HPC 集成的状态如何？它有什么好处？

查塔努加 Quantum Collaborative 宣布细节

Hamburg Consortium 将开发用于图像数据处理的全栈量子解决方案

3. 合作的价值飙升

量子计算领域的单打独斗者正在缩小。公平地说，它一直是一个小社区，里面有很多对话和论文共享/阅读。也就是说，合作的数量和深度如雨后春笋般涌现，其中许多围绕着常见的问题，例如纠错，但实际上，这些合作现在几乎涵盖了 QC 开发和商业化的每个阶段。

看看下面 Bob Sorensen 的精彩幻灯片。这是他上个月在 Q2B 上的演讲。是的，这是对眼睛的测试，但它捕捉到了当今量子科学中的一系列伙伴关系和合作。正如他无疑会同意的那样，由于存在更多的合作，它是不完整的，但它作为典范的价值是巨大的。

Hyperion Research 的首席量子观察员 Sorensen 说：“各个层面的 QC 合作伙伴关系的快速增长清楚地表明，该行业已进入下一个关键发展阶段。正如波音不生产喷气发动机，固特异不制造汽车，麦当劳不养牛一样，聪明的 QC 供应商将越来越多地寻求磨练其特定的增值能力，同时在成熟的生态系统中合作，最终为最终用户提供更好的整体解决方案。

虽然许多公司仍然宣称全栈公司的口号，但实际的事实是，他们甚至正在参与有意义的合作。事实证明，真的没有其他办法了。

4. 股市波动，2 人伤亡，但有希望的迹象

尽管人们越来越乐观，但量子计算仍然是一项冒险的工作。

Zapata Computing 成立于 2017 年，最初是一家纯粹的 QC 软件公司，后来转向人工智能，并通过 Andretti Acquisition Corp 的 SPAC 上市，然后于 10 月停止运营。这家哈佛衍生公司的命运是一个警示故事，说明了疲软的用户需求中的不确定性。挪威公司 Nordic Quantum Computing 也关闭了。阿里巴巴和百度在 2023 年抛售了他们的量子业务。显然，“基于用户”的收入是稀缺的。

全球市场（除了相当于一回事的融资轮次和政府合同）仍然很小;根据 Hyperion Research 的数据，它今年将以 10 亿美元左右的价格结束，到 2026 年将达到约 15.44 亿美元。这是一个不错的大约 22% 的年增长率，但仍然不是一个大市场。还。

D-Wave 喜欢指出它对业务开放并且拥有客户。事实上，它是开放的，提供产品，并且有一些客户在生产中使用应用程序。不小的成就和真正的祝贺是应该的。但是，我们需要看到更多活跃的客户 — 比如 10 到 12 个 — 应用程序被用于生产并相应地增加收入，然后才能宣布活跃市场正在发生。

有迹象表明，金融市场可能开始认为，时间已经不远了。

D-Wave（纽约证券交易所代码：QBTS）和 Rigetti Computing（纳斯达克股票代码：RGTI）是为数不多的上市的纯量子计算公司之一，这两家公司都很早就受到了惩罚，并不止一次面临退市。在撰写本文时，它们正在激增。另一家早期参与者 IonQ （NYSE： IONQ） 已经有一段时间表现良好。目前的激增是信心的标志还是短暂的昙花一现，还有待商榷。

（下面的股票价格显示在撰写本文时）

计划进行 IPO 的传言已经围绕着其他早期的量子先驱——例如 Quantinuum。在 Quantinuum 的例子中，上市将为霍尼韦尔提供一个出口，Quantinuum 就是从中分拆出来的。有人猜测霍尼韦尔正在研究将自己拆分为几个部分。

敬请期待。

5.NQIA 2.0 — 重新授权法案 （MAYBE） 的内容

2018 年国家量子倡议法案 （National Quantum Initiative Act of 2018） 实际上可能会重新获得授权。12 月，一项正式法案提交给参议院，授权在五年内投入 27 亿美元。最初的法案启动了美国国家量子努力;除其他外，它建立了五个国家量子信息科学研究中心，并指示 NIST 帮助建立量子经济发展联盟 （QED-Q）。

最新法案的发起人——参议院商业、科学和交通委员会主席玛丽亚·坎特韦尔（Maria Cantwell，华盛顿州民主党）、委员会成员托德·杨（Todd Young，共和党）、伊利诺伊州民主党参议员迪克·德宾（Dick Durbin，伊利诺伊州民主党）和参议员史蒂夫·戴恩斯（Steve Daines，共和党-蒙特州）——表示，重新授权将把重点从基础科学转移到促进商业发展。

以下是该法案中的一些要点：

• 建立多达三个新的 NIST 量子中心，以推进量子传感、测量和工程方面的研究。
• 在 NSF 的技术、创新和合作伙伴关系理事会创建五个新的 NSF 量子研究和教育多学科中心、量子劳动力协调中心和量子测试台。
• 授权 NASA 量子研发活动，包括量子卫星通信和量子传感研究计划。
• 通过公私合作创建有奖挑战，以加速量子应用程序和算法的开发。
• 要求白宫科技政策办公室（OSTP）制定国际量子合作战略，以协调与美国盟友的研发活动。

正如以下两份支持声明所述，工业界正在全力支持该法案：

“QED-C 全心全意支持商业、科学和运输委员会在参议院提出的两党 NQI 重新授权法案。该法案将通过支持广泛的基础研究组合、促进与行业和国际合作伙伴的互动以及建立一支为量子做好准备的劳动力来确保美国的领导地位，“量子经济发展联盟执行董事 Celia Merzbacher 说。

“IonQ 赞扬参议员 Maria Cantwell 为重新授权国家量子倡议法案 （NQI） 所做的努力。NQI 有助于推动美国国家量子战略，并展示了政策如何支持技术领导地位。现在是美国政府利用量子计算和网络技术来帮助解决安全、金融、制造和生命科学等领域的许多复杂社会挑战的时候了。我们鼓励迅速通过这项必要的立法，“IonQ 总裁兼首席执行官 Peter Chapman 说。

去年，NQIA 的前景似乎更加悲观（参见 HPCwire 报道）。今年的气氛很乐观。（顺便说一句 – 根据法律要求，美国预算的 NQI 补充已于 12 月发布，该补充与现有计划有关。

祈祷。

相关链接
国家量子倡议法案重新授权法案要求 $2.7B 和新中心

6. NIST 推动后量子安全采用

没有人相信能够解密当前（RSA 主导的）加密方法的量子计算机很快就会启动。但他们要来了。8 月，NIST 发布了后量子密码学标准的第一个正式标准。已经有源源不断的新工具进入市场。NIST 预计过渡不会很快，并发布了指南（过渡到后量子加密标准）。最终，所有政府机构和大多数承包商都将被要求满足新标准。

正如报告中所指出的，“国家安全备忘录 10 （NSM-10） 将 2035 年确定为完成跨联邦系统迁移到 PQC 的主要目标 [NSM10]：”任何使用现有公钥加密公共标准或计划过渡到此类加密的数字系统都可能容易受到加密相关量子计算机 （CRQC） 的攻击。为了减轻这种风险，美国必须优先考虑及时和公平地将加密系统过渡到抗量子加密技术，目标是到 2035 年尽可能多地减轻量子风险。

该报告详细介绍了许多内容。下面是两个示例表。

预计过渡到 PQC 将很困难且成本高昂。NIST PQC 负责人兼过渡文件草案的作者之一 Dustin Moody 在 6 月份告诉 HPCwire，“很多时候，您需要使用正在开发的复杂工具来协助实现这一点。此外，与您的供应商、首席信息官、首席执行官交谈，确保他们了解并为此规划预算。仅仅因为 [能够解密] 的量子计算机不会为（谁知道）而构建，也许是 15 年，他们可能会认为我可以推迟这件事，但了解威胁的到来比你意识到的要早，这很重要。

相关链接
NIST 发布草案后量子密码学过渡策略和时间表

NIST 发布后量子密码学标准并呼吁采用这些标准

NIST Q&A：准备好应对后量子密码学威胁了吗？你应该是。

2025 年的声音片段

1. AI 量子机车将走向何方？
围绕混合量子潜力和 AI 的新闻和宣传层出不穷，但关于它们将如何协同工作的信息相对较少。我们中的一些人想知道备受推崇的 AI 量子机车将走向何方......甚至到底是什么？

感觉就像许多量子公司——因为害怕错过 AI 海啸——将这两个术语放在一起，希望奇迹发生。促销活动的数量似乎与澄清两者将如何合作不成比例。不可否认，AI 似乎注定要触及一切;量子计算可能没有那么多。

我们仍在等待围绕经常推广的 Quantum-AI 产品的具体信息。

2. 丰富的路线图。
似乎越来越多的公司正在分享他们的技术路线图，其中一些公司概述了相当详细的步骤，而另一些公司则取得了看似神奇的飞跃。现在是时候让所有这些公司对开始的计划负责了。

3. Peter Shorr 荣获 IEEE 2025 年 Claude Shannon 奖。
如果你不知道 Peter 是谁，你可能读错了文章。正是他的同名算法能够解密当前的加密代码，这让政府和行业都感到不寒而栗（更多关于他的奖项）。这位麻省理工学院的数学家和他的妻子写了以下诗：

如果你建造的计算机是量子的，
那么所有派系的间谍都会想要它们。
我们的代码都会失败，
他们会阅读我们的电子邮件，
直到我们拥有量子加密，然后吓倒他们。

4. 出口管制和特朗普因素。
那好吧。鉴于即将上任的美国总统唐纳德·特朗普（Donald Trump）在中国发表多次公开声明，已经收紧的量子技术出口限制可能会变得更加严格。至少目前，没有更多可说的了。

5. NSF 国家量子虚拟实验室 Gambit。
如果 NSF 能够实现 NQVL ，那么 NQVL 是一个了不起的主意。这是一个创建分布式量子计算基础设施（硬件和软件）的计划，旨在为许多领域的研究人员提供更广泛的访问。这个想法是为 NSF 研究人员快速创建所需的资源、技能集、用例和访问权限。最新的六个 NQVL 项目于 12 月宣布。

6. DARPA 的冒险。
量子计算不会奏效是 DARPA （半开玩笑的） 为其新的量子基准测试和测试台计划所宣布的开放立场。“我们会走进房间说，'我们非常确定你所做的任何事情都不会奏效，”DARPA 项目经理 Joe Altepeter 这样提出挑战，并补充说：“这符合任何认为他们可以证明自己正在走在工业量子计算道路上的公司的最佳利益——绝对包括以前申请过 US2QC 的公司——竞争 QBI 资金，”

开个玩笑，Altepeter 说，DARPA 将大力推广在 DARPA 评估计划中表现良好的产品。

去抢钱吧！

7. 集成商来了？
至少有两家公司——ParTec 和 TreQ——正在涉足量子系统集成商业务，包括将量子与经典系统集成。一个问题是，目前是否有这样的业务？随着越来越多的量子系统和系统组件可用，这似乎确实是自然而然的产物。问题是什么时候。你的猜测是什么？ParTec 有一个产品 Q 桥，用于集成量子和经典系统。

8. 欧洲量子机车的 LRZ 等人。
去年，欧洲在量子计算领域资金雄厚的投入赢得了他的专栏文章的一席之地，标题为“欧洲能否在量子领域占据领导地位？今年的回答不仅是明确的“是”，而且还表明它即将在全球提供实用量子计算的竞赛中处于领先地位。上面列出的 LRZ 统计数据只是一个例子。

不要认为欧洲的推动是理所当然的。

9. 量子比特之战仍在继续。
就今年与去年的区别而言，几乎可以说量子比特模式之间的战斗还远未结束。也就是说，QEC 最近在基于半导体的超导量子比特上使用表面代码的进展对其倡导者来说是重要的一步。量子研究员 John Preskill 在他的 Q2B 演讲中对不断发展的量子比特动物园有一些很好的观察。

无论量子比特类型如何，缩放对于所有基于门的系统来说都是一个挑战。如果 QEC 问题可以被解决，那么基于半导体的超导量子比特似乎在这里具有优势。随着系统模块化的努力变得更加具体，我们都将寻找有关 2025 年扩展技术的更多细节。

原文：2025 年量子计算 — 是否正在转折？ (hpcwire.com)

声明： 此文观点不代表本站立场；转载须要保留原文链接；版权疑问请联系我们。