漲了，整個(gè)量子板塊概念股都漲了，格爾軟件、浙江東方、達(dá)華智能等部分股票甚至漲停了。
量子板塊股價(jià)集體飆升的原因在于全球互聯(lián)網(wǎng)巨頭谷歌日前官宣，全新量子計(jì)算芯片Willow取得重大突破，困擾了量子計(jì)算30多年的錯(cuò)誤率被大幅降低，當(dāng)前頂級(jí)計(jì)算機(jī)需要10^25年才能完成的計(jì)算，Willow僅需五分鐘就可以完成。
10^25年比宇宙的壽命更長(zhǎng)，Willow讓人產(chǎn)生了一絲虛假感，有人懷疑量子計(jì)算芯片是元宇宙、區(qū)塊鏈等概念一樣的噱頭乃至泡沫。
身為全球互聯(lián)網(wǎng)巨頭，谷歌自然不會(huì)明目張膽造假，Willow擁有遠(yuǎn)超傳統(tǒng)芯片的計(jì)算能力，但實(shí)現(xiàn)超高計(jì)算能力的背后亦有代價(jià)。
計(jì)算芯片，邁入量子時(shí)代
小雷曾看到不少網(wǎng)友表示，第一次和第二次工業(yè)革命的原理很容易理解，但信息技術(shù)帶來的第三次工業(yè)革命仿佛進(jìn)入了黑盒，普通網(wǎng)友根本不懂計(jì)算機(jī)的運(yùn)作原理。
我們所使用的計(jì)算機(jī)都基于二進(jìn)制邏輯計(jì)算，即晶體管存在0和1兩種狀態(tài)，所顯示的一切信息和計(jì)算的一切數(shù)據(jù)，都是通過無數(shù)次二選一最終確定的。
處理的信息越多，計(jì)算所需的時(shí)間自然也就越長(zhǎng)，例如十進(jìn)制下數(shù)字的100在二進(jìn)制下為1100100，有7個(gè)字符，1000轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制則為1111101000，有10個(gè)字符。
（圖源：豆包AI生成）
基于量子芯片的量子計(jì)算機(jī)之所以計(jì)算速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，原因便在于它不再采用線性計(jì)算方式，而是基于量子位，也就是量子比特。
量子比特簡(jiǎn)單來說就是通過量子的疊加態(tài)，令量子計(jì)算芯片一個(gè)二位寄存器同時(shí)擁有00、01、10、11四種狀態(tài)，量子疊加和量子糾纏賦予了量子計(jì)算芯片強(qiáng)大的并行計(jì)算能力。一個(gè)量子系統(tǒng)中的量子比特?cái)?shù)越多，它的計(jì)算能力也就越強(qiáng)。
量子疊加態(tài)極易受到外界環(huán)境影響，從而發(fā)生量子坍縮。量子比特越多，受外界環(huán)境影響發(fā)生錯(cuò)誤的可能性就越高。但量子計(jì)算機(jī)又要求量子一直處于疊加態(tài)，因此其必須在接近絕對(duì)零度的極低溫環(huán)境工作，以避免被外界溫度影響。
谷歌將3×3編碼網(wǎng)格擴(kuò)充至5×5，再擴(kuò)充至7×7，利用信息分布到其他量子比特的方式進(jìn)行糾錯(cuò)，大幅降低了量子計(jì)算芯片的錯(cuò)誤率。通過多次測(cè)試，谷歌認(rèn)為105個(gè)量子比特的Willow芯片可在量子糾錯(cuò)和隨機(jī)電路采樣測(cè)試中保持最佳性能。
量子計(jì)算機(jī)超高計(jì)算能力的背后是高昂的成本，2017年The Verge購(gòu)買的D-Wave 2000Q量子計(jì)算機(jī)，價(jià)格高達(dá)1500萬美元�，F(xiàn)在量子計(jì)算機(jī)的成本雖有所下滑，但I(xiàn)BM等公司提供的量子計(jì)算機(jī)和配套服務(wù)，價(jià)格仍在千萬美元左右。正因如此，量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)化場(chǎng)景探索十分緩慢。
中國(guó)未曾缺席，阿里遺憾錯(cuò)過
海外企業(yè)涌入量子計(jì)算領(lǐng)域的同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)也沒有掉隊(duì)，反而奮勇爭(zhēng)先，將量子計(jì)算視為一次機(jī)會(huì)，取得了不少技術(shù)突破。
2024數(shù)字科技生態(tài)大會(huì)期間，中電信量子信息科技集團(tuán)有限公司發(fā)布了量子計(jì)算機(jī)天衍504，該計(jì)算機(jī)基于中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院研發(fā)的“驍鴻”量子計(jì)算芯片，量子比特?cái)?shù)高達(dá)504個(gè)，是目前全國(guó)比特?cái)?shù)最多的量子計(jì)算芯片。該公司還有天衍24、天衍176等多種型號(hào)量子計(jì)算機(jī)，其中天衍176雙比特門錯(cuò)誤率已降低至2%以內(nèi)。
（圖源：中電信量子信息科技集團(tuán)有限公司）
安徽省量子計(jì)算工程研究中心與量子計(jì)算芯片安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，推出了具有72個(gè)工作量子比特和126個(gè)耦合量子比特的量子計(jì)算芯片“悟空芯”。只是這些企業(yè)的名氣不夠大，在互聯(lián)網(wǎng)上的影響力不如谷歌，故而許多網(wǎng)友未曾聽說，不了解國(guó)內(nèi)企業(yè)在量子計(jì)算領(lǐng)域的實(shí)力。
互聯(lián)網(wǎng)巨頭中，華為早在2020年就申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“量子計(jì)算方法及設(shè)備”的專利，進(jìn)軍量子計(jì)算領(lǐng)域。字節(jié)跳動(dòng)在2021年曾公開招聘量子計(jì)算機(jī)研究人員，布局量子計(jì)算。這兩家企業(yè)量子計(jì)算機(jī)仍處于研發(fā)初期階段，暫時(shí)沒有太多有效信息。
國(guó)內(nèi)另一家互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里巴巴著實(shí)可惜，作為最早布局量子計(jì)算的巨頭，其在一年前關(guān)閉了達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室，并將研究設(shè)備捐贈(zèng)給了浙大。阿里巴巴的量子實(shí)驗(yàn)室最早可以追溯到2013年，十年未能磨出寶劍，反而解散，這表明研究量子計(jì)算芯片也存在風(fēng)險(xiǎn)。在Google終于“摘桃”時(shí)，不知道阿里巴巴當(dāng)年投身量子計(jì)算的技術(shù)人才，當(dāng)下是何種心境？
量子計(jì)算芯片是AI的終局？
谷歌在X平臺(tái)官宣量子計(jì)算芯片Willow后，互聯(lián)網(wǎng)巨頭與行業(yè)大佬們紛紛發(fā)文慶賀，并發(fā)表了自己的看法。特斯拉CEO馬斯克為其點(diǎn)贊，表示未來或許會(huì)使用星際飛船，在太空中建造量子計(jì)算集群，為此需要大規(guī)模建設(shè)太陽能設(shè)施。
OpenAI CEO Sam Altman也向谷歌CEO Sundar Pichai表達(dá)了祝賀，Web3 AI公司Hyperbolic聯(lián)合創(chuàng)始人Yuchen Jin則建議OpenAI與谷歌合作，使用量子計(jì)算芯片訓(xùn)練AI。
AI確實(shí)是量子計(jì)算芯片的最佳使用場(chǎng)景，因?yàn)橛?xùn)練AI大模型需要龐大的算力規(guī)模。華為官方數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，中國(guó)數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架超過810萬架，總算力規(guī)模高達(dá)230EFlpos，是2023年的3倍，其中智能算力規(guī)模為70EFlops，增速超過70%。然而，高速增長(zhǎng)的算力基礎(chǔ)設(shè)施均是基于傳統(tǒng)的邏輯計(jì)算模式，長(zhǎng)期來看依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足AI的需求，Sam Altman甚至提出了一個(gè)數(shù)萬億美元的AI算力投資計(jì)劃。
現(xiàn)在看來，量子計(jì)算可能是AI算力短缺的解藥。然而將量子計(jì)算芯片應(yīng)用于訓(xùn)練或推理AI大模型，現(xiàn)在看來還是有些難。AI大模型的訓(xùn)練本就是黑盒模式，會(huì)受到互聯(lián)網(wǎng)上的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)影響，量子計(jì)算芯片本身也存在錯(cuò)誤率，疊加之下可能會(huì)影響AI大模型訓(xùn)練和推理的精確度。
（圖源：豆包AI生成）
至于馬斯克提到的在外太空建設(shè)計(jì)算機(jī)群，現(xiàn)在看來基本不可能，一個(gè)散熱現(xiàn)在恐怕都無法處理。外太空溫度雖低，可也沒有介質(zhì)用于散熱，量子計(jì)算機(jī)本身存在發(fā)熱，且極易受到溫度影響。地球上構(gòu)建極低溫環(huán)境較為方便，限于火箭運(yùn)力、安全性等諸多因素，外太空建造適合量子計(jì)算機(jī)工作的環(huán)境太難。
綜合來看，量子計(jì)算芯片的最佳使用場(chǎng)景，依然是AI大模型的訓(xùn)練和推理，短期內(nèi)因成本、工作環(huán)境等因素，量子計(jì)算芯片無法快速產(chǎn)生價(jià)值，仍需要國(guó)內(nèi)外企業(yè)潛心研究，降低量子計(jì)算芯片的錯(cuò)誤率、成本，并打造量子計(jì)算配套生態(tài)。
馬斯克的提議現(xiàn)在看來難以實(shí)現(xiàn)，可科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，或許在不久的未來，SpaceX將能夠運(yùn)載量子計(jì)算集群升空。不過正如馬斯克所言，在此之前要大規(guī)模建造太陽能設(shè)備，為太空量子計(jì)算集群做好供電準(zhǔn)備。
中國(guó)企業(yè)彎道超車的機(jī)會(huì)？
AMD CEO蘇姿豐曾表示，芯片的制程工藝和芯片架構(gòu)同樣重要。經(jīng)過多年時(shí)間發(fā)展，制程工藝即將進(jìn)入瓶頸期，或者說即將進(jìn)入量子領(lǐng)域。制程工藝進(jìn)入5nm后，就會(huì)出現(xiàn)量子隧穿效應(yīng)（俗稱“漏電”），電子會(huì)從一個(gè)晶體管穿梭到另一個(gè)晶體管，導(dǎo)致晶體管失效。制程工藝越小，量子隧穿就會(huì)越明顯，行業(yè)普遍認(rèn)為1nm是芯片制程工藝的盡頭。
僅依靠芯片架構(gòu)的升級(jí)，AMD、NVIDIA、Intel、高通等企業(yè)將很難維持大幅度性能提升，能效更是可能會(huì)出現(xiàn)倒退。在制程工藝走到絕路的今天，量子計(jì)算芯片或許會(huì)成為芯片行業(yè)可以一試的新賽道。
對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)而言，量子計(jì)算時(shí)代的到來絕對(duì)是好消息，半導(dǎo)體時(shí)代大陸地區(qū)半導(dǎo)體技術(shù)落后，制造環(huán)節(jié)制程工藝、良品率均不如中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電和韓國(guó)三星，最關(guān)鍵的光刻機(jī)還在研發(fā)中，更沒有誕生能夠媲美AMD、Intel、NVIDIA的CPU和GPU企業(yè)。量子計(jì)算芯片依賴低溫制程和超導(dǎo)技術(shù)，不需要光刻和蝕刻，理論上生產(chǎn)難度更低。
汽車行業(yè)，依靠新能源技術(shù)，國(guó)內(nèi)車企成功實(shí)現(xiàn)了彎道超車，不但迫使合資車、進(jìn)口車降價(jià)，還向外輸出技術(shù)。如今量子計(jì)算芯片時(shí)代到來，國(guó)內(nèi)芯片廠商或許可以效仿新能源汽車行業(yè)，通過量子計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)彎道超車。
國(guó)內(nèi)AI行業(yè)蓬勃發(fā)展，對(duì)于芯片的需求量不斷攀升，華為、字節(jié)跳動(dòng)等企業(yè)入場(chǎng)，估計(jì)也是為了研發(fā)用于AI大模型訓(xùn)練和推理的量子計(jì)算芯片，以降低芯片采購(gòu)成本，或出售給其他AI企業(yè)�；蛟S5-10年時(shí)間，我們就能看到量子計(jì)算芯片從實(shí)驗(yàn)室走入數(shù)據(jù)中心，走向商業(yè)化�？偠灾磥砜善�，Google這一步讓產(chǎn)業(yè)重拾信心。
25年1月7日，CES（國(guó)際消費(fèi)電子展） 2025 即將盛大開幕，雷科技報(bào)道團(tuán)蓄勢(shì)待發(fā)，即將飛赴美國(guó)拉斯維加斯現(xiàn)場(chǎng)全程報(bào)道，敬請(qǐng)關(guān)注。
