IBM押注超導(dǎo)量子計(jì)算技術(shù)，目標(biāo)在2029年打造出具備容錯(cuò)能力的量子計(jì)算機(jī)。

投資者們正爭先恐后地向量子技術(shù)初創(chuàng)公司投入巨資。但或許，他們更該關(guān)注這家資歷深厚、創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)豐富的老牌企業(yè)。

半個(gè)世紀(jì)前，紐約州波基普西市的IBM工廠全力運(yùn)轉(zhuǎn)，大量生產(chǎn)計(jì)算機(jī)硬件。大型機(jī)業(yè)務(wù)帶來的豐厚利潤，讓員工享受優(yōu)渥待遇，為科研項(xiàng)目提供資金，也讓IBM憑借高額股息成為全球市值最高的企業(yè)。

如今，IBM規(guī)模雖不如往昔，收入核心已轉(zhuǎn)向軟件業(yè)務(wù)——計(jì)算機(jī)程序與商業(yè)服務(wù)。但公司正全力研發(fā)新型機(jī)器，有望讓波基普西重現(xiàn)輝煌，這里將成為量子計(jì)算機(jī)的組裝基地。這種特殊設(shè)備，專門攻克普通計(jì)算機(jī)難以解決的數(shù)學(xué)難題。

若量子技術(shù)能實(shí)現(xiàn)其潛力，將助力工程師在藥物、疫苗、電池和化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。波士頓咨詢集團(tuán)去年預(yù)測，到2040年，量子硬件和軟件供應(yīng)商的年?duì)I收將達(dá)900億至1700億美元。

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本世紀(jì)初，IBM就已投身這項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)研究。

46歲的澳大利亞物理學(xué)家杰伊·甘貝塔（Jay Gambetta）主導(dǎo)著這項(xiàng)工作，他管理著分布在六大洲的3000名研究人員。量子技術(shù)研究是他職業(yè)生涯的核心，他絕不會(huì)在此吝于投入。

2011年，甘貝塔在耶魯大學(xué)完成博士后研究后，先在滑鐵盧大學(xué)任教，隨后加入位于波基普西工廠以南39英里的IBM沃森研究中心。他表示：“我熱愛教學(xué)，但更想投身實(shí)際研發(fā)工作?！?/p>

量子比特是量子計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的基本單元，其構(gòu)建方式多樣，每種都可能在實(shí)用量子計(jì)算機(jī)研發(fā)競賽中領(lǐng)先。

光子的量子化特性為愛因斯坦贏得諾貝爾獎(jiǎng)，也成為部分實(shí)驗(yàn)性量子計(jì)算機(jī)的量子比特基礎(chǔ)；離子（帶電原子）可作為量子系統(tǒng)基礎(chǔ)；還有一種思路是利用硅片上微型超導(dǎo)線路中的電流構(gòu)建量子比特。甘貝塔加入沃森研究中心不到三年，便與同事決定押注第三種方案，放棄光子學(xué)、離子阱等方向。

超導(dǎo)方案需將芯片冷卻到僅比絕對零度高1/70度的溫度，這是超導(dǎo)體正常工作、保護(hù)精密電子運(yùn)動(dòng)免受熱噪聲干擾的必要條件。芯片運(yùn)算元件名為“transmon”，由微波脈沖控制，運(yùn)行指令來自旁邊的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

該方案有幾大優(yōu)勢：極低溫度可通過市售設(shè)備實(shí)現(xiàn)，芯片制造是IBM核心強(qiáng)項(xiàng)，微波技術(shù)（與手機(jī)微波技術(shù)相似）對電氣工程師而言駕輕就熟。甘貝塔說：“我們無需從零發(fā)明技術(shù)，憑借50年積淀的雷達(dá)和微波技術(shù)，就能生成精準(zhǔn)純凈的微波‘音符’進(jìn)行量子運(yùn)算?！?/p>

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除IBM等研究量子計(jì)算的大企業(yè)外，眾多初創(chuàng)公司也宣稱取得技術(shù)突破、描繪宏偉藍(lán)圖，但要實(shí)現(xiàn)巨大商業(yè)價(jià)值，它們還有很長的路要走。

盡管如此，這些公司仍受投資者熱捧。

新澤西州霍博肯市一家公司是熱門標(biāo)的之一。它最初銷售噴墨墨盒失敗，轉(zhuǎn)向飲料分銷也未成功，后更名為“量子計(jì)算”（Quantum Computing），開始銷售光子學(xué)產(chǎn)品。其官網(wǎng)寫道：“愿景是讓十億人用上量子技術(shù)?！痹摴窘谑袖N率高達(dá)9500倍。

但愿景終究是愿景，造出能實(shí)際運(yùn)行的機(jī)器才是關(guān)鍵。IBM在波基普西工廠、研究實(shí)驗(yàn)室及歐亞地區(qū)都部署了可運(yùn)行的量子計(jì)算機(jī)。莫德納、克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家，正用這些機(jī)器運(yùn)行測試程序，為未來速度更快、規(guī)模更大、容錯(cuò)能力更強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備適配算法。

谷歌也選擇了transmon技術(shù)路線。會(huì)不會(huì)有完全不同的技術(shù)方案最終勝出？甘貝塔認(rèn)為可能性不大，但仍保持關(guān)注。他特意從采用其他技術(shù)的競爭對手那里挖來工程師，讓他們找出IBM技術(shù)方案的缺陷。

部分競爭對手在小規(guī)模實(shí)驗(yàn)中取得亮眼成果，但要將技術(shù)拓展到大型機(jī)器，量子元件和控制電路的制造精度需大幅提升。甘貝塔反問：“你們有技術(shù)規(guī)?；?jì)劃嗎？有能力建設(shè)配備完善封裝工藝的晶圓廠嗎？”

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此外，量子比特存在易出錯(cuò)問題。隨著計(jì)算程序復(fù)雜化、涉及量子比特?cái)?shù)量增加，錯(cuò)誤會(huì)不斷累積，最終導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失去意義。

研究人員正研究各種糾錯(cuò)方法，如利用冗余量子比特相互校準(zhǔn)，但這會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜性，帶來更多故障風(fēng)險(xiǎn)。

谷歌宣稱研發(fā)出性能大幅提升的糾錯(cuò)系統(tǒng)，IBM也在科學(xué)期刊上公布了自己的糾錯(cuò)方案。甘貝塔表示：“我們擁有最透明的規(guī)模化糾錯(cuò)技術(shù)路線圖。”

量子計(jì)算原理源自一個(gè)世紀(jì)前發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)奇特自然現(xiàn)象。一是微觀層面，物體位置和屬性并非確定不變，觀測時(shí)可能出現(xiàn)在不同位置，就像“上帝在擲骰子”；二是兩個(gè)不同物體可相互“糾纏”，即便相隔很遠(yuǎn)，測量其中一個(gè)的狀態(tài)也會(huì)影響另一個(gè)，愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”。

糾纏現(xiàn)象并非只發(fā)生在亞原子尺度。

今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了證明糾纏現(xiàn)象可在肉眼可見距離發(fā)生的科學(xué)家。基于這一發(fā)現(xiàn)，IBM工程師不斷突破微波技術(shù)邊界，以模塊化方式擴(kuò)大量子計(jì)算機(jī)規(guī)模，計(jì)劃將多個(gè)裝有超冷超導(dǎo)芯片的機(jī)柜通過線路連接（機(jī)柜間距數(shù)英尺），讓不同機(jī)柜中的量子比特產(chǎn)生糾纏。若愛因斯坦看到這一幕，想必會(huì)十分驚訝。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算遵循確定性規(guī)則，0會(huì)按精確規(guī)則變?yōu)?；量子計(jì)算機(jī)運(yùn)算則帶有模糊性，向量子比特發(fā)送脈沖信號會(huì)使其狀態(tài)向某一方向偏移。若這些被稱為“量子門”的脈沖排列巧妙，且能同時(shí)作用于糾纏的量子比特，就會(huì)逐步將每個(gè)量子比特的可能值推向0或1，最終共同給出問題的可能解。這一過程復(fù)雜，需多次脈沖循環(huán)，超導(dǎo)芯片還需頻繁向傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)“請教”下一步運(yùn)算指令。

以先鋒領(lǐng)航為例，其需維護(hù)規(guī)模達(dá)440億美元的免稅債券交易型開放式指數(shù)基金，可供選擇的債券至少有6.3萬種，要從中挑選9800種，在保證可觀收益的同時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)。比如，同時(shí)投資芝加哥和伊利諾伊州存在風(fēng)險(xiǎn)，兩地都可能因工會(huì)要求增加養(yǎng)老金而陷入財(cái)務(wù)困境。此外還有諸多限制條件（如控制平均到期期限在特定范圍），這一任務(wù)成為一道數(shù)學(xué)難題。

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目前，尚無法找到這個(gè)問題的最優(yōu)解。先鋒領(lǐng)航只能依靠傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)得出尚可接受的答案，這一過程需數(shù)分鐘，涉及數(shù)百萬億次運(yùn)算。

量子計(jì)算為獲得更優(yōu)解提供了可能。在近期實(shí)驗(yàn)中，IBM與先鋒領(lǐng)航合作，探索從109種證券中做出最優(yōu)選擇。若用先鋒領(lǐng)航的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)逐一嘗試所有組合，所需時(shí)間比宇宙年齡還久，顯然不現(xiàn)實(shí)。

而量子計(jì)算機(jī)無需按順序驗(yàn)證每種組合，它能同時(shí)處理所有可能性，通過微波“音符”逐步運(yùn)算逼近最優(yōu)解。經(jīng)過4200次量子門操作后，量子計(jì)算機(jī)找到了答案。

要為先鋒領(lǐng)航這樣的客戶提供實(shí)用服務(wù)，IBM還有很長的路要走。

IBM計(jì)劃2029年在波基普西打造一臺(tái)房間大小、具備容錯(cuò)能力的模塊化量子計(jì)算機(jī)，能運(yùn)行1億次量子門操作。甘貝塔表示，在此之前，規(guī)模較小的量子計(jì)算機(jī)將與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)協(xié)同工作，在投資組合優(yōu)化等實(shí)際任務(wù)中展現(xiàn)出超越純傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的性能。目前，IBM已獲得價(jià)值10億美元的量子服務(wù)訂單承諾。

人們?nèi)菀讓BM視為保守老派的企業(yè)，認(rèn)為它擅長為銀行和航空公司提供可靠服務(wù)，卻難以在前沿領(lǐng)域擊敗靈活的初創(chuàng)公司。但需注意的是，IBM百年管理層多為銷售人員出身，如今的首席執(zhí)行官阿爾溫德·克里希納（Arvind Krishna）是擁有電氣工程博士學(xué)位的技術(shù)專家，他也曾擔(dān)任過甘貝塔目前的職位。

霍博肯的光子學(xué)量子技術(shù)公司會(huì)不會(huì)超越專注transmon的IBM？一切皆有可能。當(dāng)然，它也可能重操舊業(yè)，繼續(xù)賣汽水。

本文作者為福布斯資深撰稿人，文章內(nèi)容僅代表作者本人觀點(diǎn)。

本文譯自：https://www.forbes.com/sites/baldwin/2025/11/25/inside-ibms-quest-to-win-the-quantum-computer-race/

原文標(biāo)題：《探秘IBM的量子計(jì)算機(jī)競賽勝出之路》

本文來自微信公眾號 “福布斯”（ID：forbes_china），作者：William Baldwin；翻譯：Lemin，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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