量子計算，正處於一個深刻轉變之中
「量子計算何時才能實現？」這個被反復追問數十年的問題，不僅是對整個行業的持續鞭策，更是一個永恒的挑戰。答案眾說紛紜：有人聲稱早已實現，有人則警示仍遙不可及。
二十年前，D-Wave公司高調斷言，實用量子計算觸手可及。隨即而來的是學界激烈的批評，至今餘波未平。
2025年初，英偉達 CEO 黃仁勳打趣說，十五年太早，三十年太晚，也許二十年正合適。話音甫落，美國三家量子計算上市公司市值幾近腰斬。
2018年，加州理工學院教授約翰·普雷斯基爾提出「NISQ」（噪聲中等規模量子）器件的概念，引發業界對其實用性的探索熱潮。這類器件具備數十至上百個量子比特，雖已超出現有經典計算的模擬能力，卻依然脆弱、難以糾錯，每一步操作都伴隨著信息損耗。若試圖將其用於實際計算，在必需的海量步驟後，殘存的有效信息必然湮沒於噪聲之中。所以其實用性在我看來屬異想天開。即便如此，學界仍持續發表大量論文，力圖破局。
2023年底，普雷斯基爾在「量子到商業」（Q2B）大會上坦承NISQ未達預期。隨之而來的，是某些大公司團隊解散、初創企業倒閉，量子計算彷彿落入「寒冬」。
然而此時，我卻看到了NISQ實用的希望——如果我們能挑戰預設。
首先，要突破如下預設：實用的量子計算將由純粹的量子計算機獨立完成。當前的量子芯片連實際問題的輸入都無法容納，更遑論求解。而歷史一再證明，人類最善於把已有的工具發揮到淋漓盡致。讓當前的量子芯片和強大的經典計算系統緊密協同，融合成更強大的實用系統，這不僅實際可行，也很可能是量子計算邁向實用的主要形態。
其次，實用性不應僅以「量子加速」來衡量。我認為，除加速外，量子計算的意義也在於「不同」——提供一種遠在經典範式之外的解決方案。百級別量子比特的器件，即便堆積世界上所有的GPU也無法有效模擬。含有如此量子芯片的混合計算是純粹經典算力無法企及的，從而為發現價值提供了新的可能。這樣的「不同」有別於「加速」，是因為經典算力可以通過完全不同的想法趕超暫時領先的量子算法，而兩者的競爭永遠沒有確定的勝者。因此我稱量子-經典深度融合的計算為「量子躍遷計算」；用「躍遷」而非「加速」，正是為了突出「不同」的價值。
我甚至認為，相比於材料、化學模擬等有理論量子加速的領域，量子躍遷計算在物流、調度、優化、路徑設計等難題上，或許會帶來更大的價值。這些問題在現實中無處不在，同時也如此之難——包括所謂「NP難」問題——以至於即使量子計算也無法快速求解。在嘗試中驗證和提升的啟髮式算法是唯一的解決路徑。此時量子躍遷計算的「不同」，有廣泛而高價值的用武之地。
我們看到，近年來系統、軟件、融合算法和應用等量子計算機科學的研究在迅速升溫。比如計算機體系架構頂級會議ISCA中量子論文的比例4年內就增加了2倍。與此同時，產業界也如火如荼。英偉達與以色列初創公司 Quantum Machines （QM） 聯合推出DGX Quantum，將 GPU 超算平台與量子控制模塊整合；與紐約初創公司 SEEQC 聯合實現量子芯片與 GPU 的直接高速互聯；高級編程語言CUDA-Q 將量子程序無縫嵌入如AWS Quantum Service的雲端服務中。這些產品助力技術棧兩端的玩家：量智融合應用開發者和量子硬件的提供商；幫助他們專注於自身領域，並在協作中互利共贏，從而實現從應用到硬件的價值閉環，激活量子算力產業。
英偉達量智融合系統DGX Quantum架構圖
圖源：https://www.quantum-machines.co/wp-content/uploads/2023/07/NVIDIA-QM-DGX_digital.pdf
這個產業形成的一個標誌性事件是英偉達在2025年3月首次舉辦的「量子日」。黃仁勳量智融合的大旗一揮，彙集幾乎所有量子硬件明星初創公司的一號位以及微軟和AWS兩個潛在雲計算合作夥伴的量子計算負責人。另一個側面證據是QM這個聚焦控制系統的初創企業累計竟已獲得2.6億美元的巨額融資。這說明資本市場認同量智融合算力中心的圖景和QM可在其中規模化部署的故事。
公共領域的投資同樣惹人注目：一股國家超算量子升級的熱潮正在席捲歐美亞等致力科技的國家，包括美、英、德、西、日等國。
那麼，核心問題是：量子躍遷計算何時能進入實際應用？未來並不遙遠。
這裏我要再次挑戰預設——量子計算的實現不會發生在一夜之間，而會是一個浩浩蕩蕩的、不可抵擋的、量變至質變的演化過程——從最初的炒作和批判，到各自有理有據的爭議，再到廣為接受的共識。
我認為這個過程已經進入第二階段：在科學論文和財報里發佈的實用宣稱，雖非鐵證如山，已經不容忽視。當前我們無法確定量子計算已經帶來實用價值；但可以確定的是，已經有充足的理由加大探索的力度。
對任何有遠見卓識之士，現在正是積極佈局，搶佔先機的時刻。管理者不僅要讓自己的企業「量子就緒」，而且要開始打磨未來量子競爭優勢。計算機科學家和工程師，要自信地在舞台中心開拓量子計算技術。科技政策製定者除了繼續支持量子硬件外，需積極投入計算方向的研發、人才培養和生態建設。一個急迫且高效的方向是刺激應用，以應用端的市場引導和帶動下層的軟件、系統和量子硬件整個技術棧。
量子計算正處於一個深刻的轉變之中——從「量子」走向「計算」。能夠辨識這個轉變並且趁勢而為者，將佔據駕馭量子算力的最佳位置：在量子和經典的雙駕馬車上，不僅算得更快，而且算得不同。
本文來自微信公眾號：知識分子，作者：施堯耘（於普林斯頓大學取得計算機科學博士學位。曾任密歇根大學電子工程與計算機科學系教授，阿里巴巴量子實驗室創始主任。現為獨立研究者與創業者。）
