【文/观察者网 心智观察所】

是物理学家的终极妄想，也是投资市场的疯狂炒作。量子推算机，到底行不能？

最近，关于量子推算机的新闻可谓是热烈非凡。

就在不久之前，美国商务部忽然颁发，向蕴含IBM、Global Foundries在内的9家量子推算公司投资20亿美元，直接换取股权，其中IBM独占10亿。IonQ、D-Wave、Rigetti等量子推算概想股也是一飞冲天。

今年春天，加州理工学院的明星团队交出设计，宣称只需数万个中性原子量子比特，就能破解主流加密算法，并火速成立了草创公司Oratomic。另一壁，谷歌的钻研团队也宣称他们已经开发出量子推算算法的实现版本。这些进展大大缩短了量子推算机从理论到落地的距离。一功夫，量子霸权似乎近在眉睫，似乎明天就能用上量子推算机了。

与此同时，由西蒙斯缔造的美国熨斗钻研所（Flatiron Institute）的物理学家们却用一台通常笔记本电脑成功解决了人们此前宣称只有量子推算机能力解决的问题，在量子霸权刻下叫阵。这记回马枪似乎在提醒我们：经典推算机还没死，甚至还挺能打。

一壁是本钱的狂欢和媒体的高呼，一壁是尝试室里易受滋扰的量子比特和漫漫工程路。量子推算机，这个被寄托厚望的“颠覆者”，到底走到了哪一步？它什么时辰能力真正走进现实？它会取代我们此刻的手机和电脑吗？

从“比特”到“量子比特”：一场推算范式的革命

量子推算机和经典推算机在底层的推算道理、信息编码方式、运算逻辑上，都有着性质的区别。

你每天用的手机、电脑，底层都是比特（bit）。比特就像一个幼幼的开关：要么是0（关），要么是1（开）。所有的文字、图片、视频、密码，最终城市被拆解成无数个这样的0和1，而后被CPU一个接一个地处置。

经典推算机的思想是线性的、挨次的，无论多快，它一次只能走一条路。

量子比特（qubit）就齐全不一样了。它拥有一种诡异的属性，即叠加态。

一个经典比特只能是0或者1。但一个量子比特能够“既是0又是1”，还能是0和1以肆意比例混合的状态。好比30%的0加上70%的1，或者各50%。

打一个最直观的譬喻：经典比特是桌子上的一枚硬币，要么正面朝上（0），要么背面朝上（1）；而量子比特是一枚还在空中旋转的硬币——在它落地之前，你无法说它是正面还是背面。它同时“是」佚面，也同时“是”背面。只有当你伸手抓住它（丈量）的那一刻，它才会随机“坍缩”成一个确定的了局。

“叠加”让单个量子比特能分身索求无数条路，但光有叠加还不够，还必要第二个神奇的神通——纠缠。

当两个量子比特被造备成纠缠态，它们之间就会产生一种不成思议的衔接：无论它们相隔多远，只有丈量其中一个的状态，另一个会瞬间造成与之有关的状态。没有任何经典物理能诠释这种关联，爱因斯坦都称之为“鬼魂般的超距作用”。

纠缠让所有量子比特的措施协调一致，使得它们以经典世界无法实现的方式协同工作。

还有一个关键步骤，即过问。

过问就像一束光通过两路狭缝后，波峰与波峰叠加变亮、波峰与波谷叠加变暗。量子推算正是利用了这个道理：通过精彩地调控每个量子比特的相位，让正确答案的概率幅相互加强，让谬误答案的概率幅相互抵消。最终，当你去丈量量子比特时，就能大幅提高得到正确答案的概率。

所以，量子推算齐全的底层逻辑是三股力量的合力：叠加令状态数指数级爆炸，纠缠令量子比特抱团合作，过问则把正确答案“筛”出来。

三者合一，才是量子推算碾压经典推算的底层逻辑。

Shor算法：悬在互联网头顶的“达摩克利斯之剑”

是1994年麻省理工学院数学家彼得·肖尔（Peter Shor）提出的一个算法让全世界当局和网络安全专家集体失眠。

你此刻用网银、发邮件、刷微信支付，信息都是加密传输的。最常用的经典加密系统叫RSA。它的道理其实很单一：

给你两个很大的质数，好比13和17，你很容易算出它们的乘积221。但反过来：给你221，让你猜它是哪两个质数乘出来的，就变得极其难题。

这个“难题”有多难题？若是用最好的经典算法去分化一个由两个质数相乘而得到的617位长的合数，全世界所有推算机加起来算到宇宙覆灭也算不完。这个超大的合数就是锁，那两个质数则是只有加密者才知路的钥匙。在这样巨大的难题刻下，各人都默认RSA是安全的。

数学家肖尔则创造一种降维进攻式的算法，他在纸上机关了一台切合量子力学规定的推算机，用以破解经典推算机无法破解的难题。Shor算法的主题在于把“分化一个大数」剽个难题，奇妙地转化成了量子推算机善于的“找周期”问题。例如，取一个大数 N=15，推算 2 的 1 次方、2 次方、3 次方……除以 15 的余数。你会发现余数出现一个循环模式：2, 4, 8, 1, 2, 4, 8, 1……这个循环的长度“4”就是周期。有了这个周期，再凭据数论定理，通过几步单一的算术，就能算出 15 = 3 × 5。经典推算机只能一个接一个地试出周期，慢到不成接受。而量子推算机利用叠加态，能够一次性同时推算所有幂次的余数。这些了局混在一路，里面暗藏着周期的“频率”，量子嘎凤叶变换可从这团杂乱的信息中，像听出混在噪音里的一个清澈节拍一样，精准地提取出周期。这就是Shor算法可能“降维进攻”RSA加密的底子原因。打个极端简化的譬喻，经典步骤是让一幼我在有一亿个抽屉的大房间里一个一个地找钥匙；Shor算法相当于让一亿幼我同时打开一亿个抽屉，而后瞬间就知路钥匙在哪个抽屉里。

分化一个300位的数，经典推算机可能必要15万年，而量子推算机不到一秒；分化一个5,000位的数，经典推算机必要50亿年，而量子推算机只需2分钟。一台足够大的量子推算机运行Shor算法，能够在几分钟甚至几秒钟内破解RSA和椭圆曲线加密（比特币的加密基础正是基于椭圆曲线密码）。到那时，银行账户、军事机密、加密钱币，全城市像没锁的门一样。

这就是为什么列国当局如此严重。美国那20亿美元的投资，很大水平上就是为了在这场“量子解密较量”中抢得先机。

两条路逼近加密碉堡

多年以来，Shor算法的威胁仅仅只是高谈阔论。而最近，加州理工学院和谷歌同时获得了令人吃惊的进展，缩短了理论和实际的距离。

加州理工学院的明星团队结合哈佛大学的Lukin尝试室，走的是中性原子（不带电的原子）路线。一个原子就是一个物理量子比特。激光像“光镊”一样捉拿、悬浮并自由分列数千个中性原子。中性原子量子比特之间不依赖固定导线，激光镊子能够把一个原子直接“抓”到阵列另一端与另一个原子纠缠。由于中性原子不带电，不容易被环境中的电场滋扰，其叠加态能够维持较久。

他们利用了一种叫做qLDPC的新型纠错码。传统的纠错码要；1个用于量子推算的逻辑量子比特免遭环境噪声的篡改，就必要约1000个物理量子比特（举个例子，上述中性原子就是物理量子比特），而qLDPC纠错码将这个比例压缩到低至5个物理量子比特即可；1个逻辑量子比特，纠错开销降低了超过100倍；谡飧鲇攀，他们给出了极度具体的数字：约莫只需10,000个物理量子比特，就能够运行Shor算法从未破解比特币和以太坊选取的256位椭圆曲线加密；提高到26,000个，破解椭圆曲线加密只需约10天；再到102,000个，破解一个2048位RSA整数约莫只需97天。

他们当场成立了草创公司Oratomic，论文署名蕴含量子信息学泰斗John Preskill、中性原子尝试权威Manuel Endres等。

另一壁，谷歌最近作为不休。

首先是纠错突破。谷歌的Willow处置器实现了低于阈值的纠错——增长物理量子比特的数量，逻辑谬误率不是上升，而是呈指数级降落。这件事被业界视为“登月级此外里程碑”，证明大规模量子推算机在工程上是可行的。

其次是加密破解。今年4月，谷歌提交了一份基于零知识证明（一种密码学步骤，可能在不泄漏任何奥秘信息的情况下，向别人证明我知路这个奥秘）的白皮书，颁发他们开发了Shor算法的实现版本，据称仅需1200个逻辑量子比特就能破解椭圆曲线加密，比之前的估算降低了约20倍。具体电路细节至今保密。

最后，谷歌颁发将自家系统迁徙到后量子加密的功夫表定在2029年。这意味着连量子推算的领军企业自己都以为：万事俱备，只欠东风，必须有恃无恐，不能再等了。

最新进展批注，留给经典加密系统的功夫，真的不多了。

经典推算机的反杀

就在量子推算风头无两的时辰，美国熨斗钻研所量子物理中心的物理学家们，默默在《科学》杂志上颁发了一篇论文，标题很浮夸，但内容很“打脸”。

他们用一台通常的笔记本电脑，跑了一个叫做张量网络（Tensor Network）的算法，成功仿照了一个复杂的量子动态系统。这个系统有多复杂？今年3月，曾有团队用量子推算机跑过类似的推算，并宣称这是经典推算机做不到的。

那么，张量网络到底是什么？先要知路量子仿照的死穴在哪里。一个由数百个纠缠粒子组成的量子系统，其状态由一个叫做“波函数”的数学对象描述。这个波函数的大幼随粒子数的增长呈指数级爆炸——几百个粒子之后，数据量就已经大到连全世界最强的超等推算机都无法直接存储。这就是物理学家常说的指数墙。

张量网络就是翻越这堵墙的绝妙法子。它把波函数这个巨大的数学对象砸扁成一张由很多张量相互衔接而成的网络。网络上的每个节点都是一个张量，从节点上长出来的“腿”的条数代表张量的阶数，每个张量只存储部门信息，通过“腿”彼此相连，编织成网，从而还原整个系统Ｄ芄凰，张量网络就是波函数的“ZIP文件”。

熨斗钻研所的Joseph Tindall和他的同事还创造性地刷新了一种叫做“信想传布”的算法——这种算法最早可追忆到20世纪80年代，正本用于经典统计揣度领域——来高效处置这些互联的量子数据。

了局，他们不仅在笔记本上跑通了，并且在三维晶格仿照中达到了与理论预测及先前量子尝试了局齐全一致的精度。

这项突破被评价为对“量子优越性”神话的一次“祛魅”，是对“量子霸权”的挑战。

量子推算到底能干啥？

你可能想问：除了破解密码，量子推算机还能给通常人带来什么益处？答案是：好多。

它能够成为新药与新资料的“超等仿照器”。今天的药物研发有点像“神农尝百草”，必要大量试错。而好多关键的化学反映，好比固氮、光合作用，性质上是电子在分子轨路上的量子行为，经典推算机仿照几十个电子就撑不住了。量子推算机天生就是干这个的。

它是基础物理的“虚构尝试室”。物理学家费曼早就说过：大天然不是经典的，想仿照大天然，你得用量子力学的法子。去年，谷歌和QuEra两家独立团队别离在量子推算机上成功仿照了“弦断裂”，即一对夸克被拉开时，能量大到能凭空产生新的正反物质粒子。这是人类第一次直观地看到这个此前只存在于理论中的过程。

它是AI的“加快卡”。用量子推算机做储层推算来优化经典AI训练，成效显著。澳洲电信Telstra用量子处置器训练网络延长模型，将正本三周的训练功夫压缩到了两天。

IonQ：量子推算贸易化的一匹黑马

在多多量子推算公司中，有一家格表值得关注——IonQ。它不仅是美股量子推算板块的明星，也是目前贸易蹊径最清澈、技术壁垒最怪异的玩家之一。

首先，它走的是“囚禁离子”路线。IonQ的技术路线和加州理工的中性原子有些亲戚关系，都属于原子流派，但IonQ用的是带正电的离子，更易于被电磁场囚禁和操控。IonQ把单个离子悬浮在超高真空的腔体中，而后用极其精密的激光束来操控离子的内部能级，把每个离子造成一个量子比特。

这条路线有几个天生优势：其一是有关功夫长——离子的叠加态能维持很久；其二是门保真度高——每做一万次操作，只出一次错。这在业界属于顶级水平；其三是全衔接性——肆意两个离子量子比特之间都能够直接产生纠缠，不必要邻居“传话”。这一点对很大批子算法至关重要。

2026岁首，IonQ干了一件震荡整个行业的事——以18亿美元收购了美国国防级的芯片厂SkyWater Technologies。这家公司不是通常的代工厂，而是美国本土最大的纯代工半导体造作厂之一，并且占有美国国防部认证的1A类可信任代工厂资质；痪浠八，它是美国国防供给链的一部门。这笔买卖实现后，IonQ成为了全球量子推算行业中唯逐一家占有全栈垂止佧合能力的公司——从量子芯片设计、半导体造作到封装测试，全数由自己掌控。

2026年第一季度，IonQ交出了一份让华尔街称奇的成就单：其收入达到6470万美元，同比暴增755%，陆续第四个季度创纪录。其中60%的收入来自贸易客户，35%来自国际市场，超过三分之一的收入来自采购了多种产品的老客户。渣滓履约使命（已签约但尚未确认收入的持久合同）达到4.7亿美元，同比增长554%。整年收入指引中值上调至2.65亿美元。

最硬核的是，IonQ在本季度把公司第一台第六代256量子比特系统卖给了剑桥大学——这但是全球顶尖学府，能拿下这个客户自身就是技术实力的证明。

截至财报颁布，IonQ市值约为210亿美元，远期市销率高达约78倍——而科技行业的市销率中位数通常在3到5倍。分析师给出了均匀指标价68.63美元，最高可至100美元。

这是什么意思？市场不是在为它今天的利润买单，而是在赌它十年后的地位。 若是量子推算真的在将来十年内迎来发作，IonQ很可能是最早吃到盈利的公司之一。

相比之下，另表两家公司D-Wave和Rigetti固然也拿到了美国当局投资，近期的订单增速也很惊人——D-Wave订单同比增长近2000%，Rigetti的108量子比特系统已经全面上视转—但在技术路线、造作能力和贸易收入上，IonQ目前处于领跑地位。

量子推算机还有哪些硬骨头？

讲了这么多振奋人心的进展，我们也得看看刻下还横着几座大山。

其一是量子比特的“玻璃心”——退有关。量子比特的叠加态极端脆弱。任何一点点热量、振动、电磁波，甚至宇宙射线，城市让它瞬间坍缩成通常态，推算当场失败。要维持叠加态，量子比特必须和表界彻底断绝——但与此同时，表界又得操控它、读取它，这自身就是一对底子矛盾。

其二是纠错的无底洞。即便单个量子比特的谬误率很低，几千几万个凑在一路，谬误就成了必然。量子纠错必要用多个物理量子比特（如原子、离子）编码成一个用于推算的“逻辑比特”。一台1000量子比特的机械，真正用于推算的“逻辑算力”可能只有几十甚至几个。谷歌Willow的突破证了然“越纠越对”是可行的，但从几十个逻辑量子比特到能破解RSA加密系统所需的数千个逻辑比特，还有漫长距离。

其三是算法与利用场景的贫乏。除了Shor算法和少数量子仿照算法，我们目前严重不足“杀手级利用”。MIT的奥利弗教授直言：“有好多问题，我不知路怎么在经典推算机上算，也不知路怎么在量子推算机上算。」剽个领域必要成千上万的数学家、法式员进入其中，能力创造出足够多的实用算法。

其四是工程造作的地狱模式。从尝试室的几十个量子比特，到工厂里数万个不变互联的量子比特，不是单一堆数量＝谠斓缱友А⑿酒チ⒌臀路庾啊⑷砑栈……满是工程难题。

眼下的贸易化内容

一句话：早得很，但不得不赌。

目前来讲，任何经典推算机无法实现的实用之事，量子推算机也做不到。所谓的“贸易价值”重要体此刻三个层面：其一是战术卡位。列国当局为了将来的密码安全和科技霸权疯狂砸钱，这是国防和基础钻研的刚需。美国当局的20亿美元投资，性质上是把量子从“科研命题”升级到了“国度安全基础设施”的层面；其二是索求性利用。银杏注医药、化工巨头花钱占座，和量子公司合作索求幼规模的仿照。哪怕没产出也不能掉队；其三是本钱市场的防患未然。量子公司的股价，不是在为“当下的利润”定价，而是在为“量子推算的将来预期”定价。

也许量子推算机就像1950年代的经典推算机。那时IBM的机械有屋子那么大，算力还不如今天的推算器，所有人都说这器材没用。你看此刻若何？量子推算机遇走同样的路——理论可行，潜力无限，但要等工程师们再肝上十几年。

对于通常人来说，你的银行密码至少在五年之内还是安全的。但企业和技术决策者是时辰参加进来了。不愿定买下机械，但能够学学量子推算机出现之后的加密模式，甚至能够想想，若是一台壮大的量子推算机明天就能出来，我的行业会被颠覆吗？

量子推算机的快车刚刚驶出站台；鲎苁橇舾谐锉傅娜。

参考文件

https://www.reuters.com/business/us-award-2-billion-quantum-computing-firms-take-equity-stakes-wsj-reports-2026-05-21/5

https://www.ionq.com/news/ionq-announces-ionq-federal-to-meet-the-increasing-demand-for-quantum

https://quantumcomputingreport.com/flatiron-institute-tensor-network-algorithm-overturns-historical-d-wave-quantum-supremacy-claim/

https://www.quantamagazine.org/new-advances-bring-the-era-of-quantum-computers-closer-than-ever-20260403/

https://www.reddit.com/r/Physics/comments/1jggcau/is_quantum_computing_feasible_if_so_how_far_along/

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