量子計(jì)算領(lǐng)域正迎來(lái)前所未有的發(fā)展熱潮，全球科技巨頭與科研機(jī)構(gòu)紛紛加大投入，推動(dòng)這一革命性技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用。其中，量子處理單元（QPU）作為量子計(jì)算機(jī)的核心組件，成為各方爭(zhēng)奪的技術(shù)高地。QPU基于量子疊加與糾纏原理，其算力隨量子比特?cái)?shù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，被視為突破經(jīng)典計(jì)算極限的關(guān)鍵。

量子計(jì)算的技術(shù)路徑主要分為兩大陣營(yíng)：一類是以超導(dǎo)量子、硅半導(dǎo)體量子為代表的“人造粒子”路線，另一類是以離子阱、中性原子、光量子為代表的“天然粒子”路線。前者依托現(xiàn)有集成電路技術(shù)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，但面臨量子門保真度與比特控制的挑戰(zhàn)；后者比特全同性好、邏輯門精度高，卻在大規(guī)模系統(tǒng)構(gòu)建上存在瓶頸。目前，兩大路線并行發(fā)展，共同推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)快速迭代。

在商業(yè)化探索中，量子計(jì)算與人工智能的融合被視為下一代計(jì)算革命的核心方向。量子計(jì)算有望突破AI模型訓(xùn)練的算力瓶頸，提升算法效率；而AI則能在量子控制、誤差校正、算法設(shè)計(jì)等方面反向賦能，為量子系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供解決方案。例如，谷歌曾用量子人工智能優(yōu)化糾錯(cuò)碼，未來(lái)量子計(jì)算機(jī)成熟后，將為AI提供算力支持。QPU的理論功耗低于經(jīng)典處理器，混合系統(tǒng)被視為降低智算數(shù)據(jù)中心能耗的有效路徑。

作為AI領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，英偉達(dá)在QPU領(lǐng)域布局深遠(yuǎn)。公司早在2022年便啟動(dòng)經(jīng)典-量子混合計(jì)算機(jī)項(xiàng)目，提出構(gòu)建GPU-QPU低延遲連接架構(gòu)與統(tǒng)一編程模型。其核心技術(shù)工具包c(diǎn)uQuantum已實(shí)現(xiàn)商用，被亞馬遜云科技、Menten AI等機(jī)構(gòu)應(yīng)用于量子電路模擬與藥物研發(fā)優(yōu)化。在近期的大會(huì)上，英偉達(dá)推出NVQLink，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)QPU和GPU的直接通信，延遲低于4.0微秒，吞吐量高達(dá)400 Gb/s。這一技術(shù)突破為量子糾錯(cuò)提供了關(guān)鍵支持，因?yàn)榱孔討B(tài)極其脆弱，必須在極短時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)和修正。

英偉達(dá)還推出了開源量子-經(jīng)典混合計(jì)算軟件平臺(tái)CUDA-Q，被定位為“量子計(jì)算的CUDA”。該平臺(tái)允許在單個(gè)量子程序中協(xié)同計(jì)算GPU、CPU和QPU資源，顯著降低量子計(jì)算開發(fā)門檻。通過(guò)CUDA-Q，英偉達(dá)已連接德國(guó)于利希中心、日本ABCI-Q等超算系統(tǒng)，構(gòu)建QPU與GPU協(xié)同計(jì)算生態(tài)。在這一架構(gòu)中，QPU負(fù)責(zé)執(zhí)行量子算法核心模塊，經(jīng)典處理器處理數(shù)據(jù)預(yù)處理與結(jié)果優(yōu)化。

中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域同樣表現(xiàn)亮眼，多條技術(shù)路線齊頭并進(jìn)。玻色量子專注于光量子技術(shù)路線，已完成六輪融資，并在金融、通信、生命科學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行市場(chǎng)化探索。例如，公司與藥企合作推進(jìn)生命科學(xué)應(yīng)用，與華夏銀行、平安銀行開展金融風(fēng)控合作。圖靈量子同樣采用光量子路線，四年內(nèi)完成五輪融資，并依托上海交大無(wú)錫光子芯片研究院建設(shè)國(guó)內(nèi)首條光子芯片中試線，總投資6.5億元。中試線的關(guān)鍵設(shè)備已于2024年1月進(jìn)場(chǎng)，標(biāo)志著中國(guó)在光子芯片領(lǐng)域邁入實(shí)質(zhì)性產(chǎn)業(yè)化階段。

國(guó)盾量子則選擇超導(dǎo)路線，其量子計(jì)算相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，量子計(jì)算與AI的結(jié)合將產(chǎn)生“1+1>2”的效果。目前，全球已有4臺(tái)量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性，包括中國(guó)的“九章”光量子計(jì)算機(jī)和“祖沖之”超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)系列。中國(guó)移動(dòng)近期發(fā)布“五岳量智”量子人工智能平臺(tái)，并推出量智融合算力開放計(jì)劃，顯示其對(duì)量子技術(shù)的進(jìn)一步布局。自2019年以來(lái)，中國(guó)移動(dòng)已牽頭承擔(dān)多項(xiàng)重大科研任務(wù)，攻關(guān)量子科技相關(guān)的基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用算法。

中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉表示，預(yù)計(jì)通過(guò)5-10年時(shí)間解決量子計(jì)算糾錯(cuò)問(wèn)題，到2035年或2040年構(gòu)建出容錯(cuò)的通用量子計(jì)算機(jī)構(gòu)。中國(guó)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)的多路線并進(jìn)，特別是光量子技術(shù)路線的快速發(fā)展，不僅推動(dòng)了量子計(jì)算的商業(yè)化進(jìn)程，也為后摩爾時(shí)代的計(jì)算技術(shù)變革提供了重要支撐。隨著光子芯片技術(shù)的突破和量子計(jì)算應(yīng)用的拓展，中國(guó)有望在這一領(lǐng)域占據(jù)全球領(lǐng)先地位。