经典计算的瓶颈与量子计算的优势 - 经典计算算力呈线性增长，而量子计算凭借量子叠加原理可实现算力指数级增长，例如在药物分子模拟等复杂问题上，超算需数亿年而量子计算可快速解决 [3] - 当电子元件缩小至纳米尺度会出现量子隧穿现象，导致晶体管失灵，而超导量子计算中的库珀对电子通过约瑟夫森结进行量子隧穿，无此瓶颈 [4] - 经典计算受Landauer定理限制，信息擦除产生热量，高计算密度下散热成为“热死亡”背景，量子计算采用可逆信息处理方式，熵不增，从根本上解决热耗散问题 [5] 当前时点关注量子计算的原因 - 全球主要国家将量子计算视为科技战略制高点，2014至2025年间推出大量投资法案，例如美国国家量子倡议法案7年投资60.78亿美元，英国国家量子技术计划10年投资约12.15亿美元 [7] - 美国在2027财年政府研发预算优先事项备忘录中，将人工智能与量子计算列为预算优先级首位，并指出2027年是量子计算从实验室走向产业化应用的关键拐点 [8] - 近两年发达国家相继收紧量子技术出口管制，例如2022年美国对稀释制冷机实施禁令，2024年多国更新出口管制条例，将量子计算技术列入管控范围 [10][11] - 产业巨头加快布局，英伟达于2025年9月连续投资Quantinuum、QuEra Computing、PsiQuantum三家量子计算公司，覆盖离子阱、中性原子、光量子三大技术路线 [12] - Quantinuum完成6亿美元融资后估值达100亿美元，Bluefors获得Interlune订单，在2028-2037年间每年供应10,000升氦-3，可支撑每年100-500台新稀释制冷机需求，为产业化提前储备资源 [14] 量子计算技术路径：光子 - 光量子计算以光子作为信息载体，利用偏振、路径、时间等物理自由度编码量子比特，通过线性光学元件进行操控，避免直接操控物质粒子 [18][19] - 该路线优势包括比特相干时间极长、抗环境干扰能力强、可在室温下运行无需昂贵制冷设备、且天然适配现有光纤通信网络 [20][21][22] - 中国科学技术大学团队研制的“九章三号”光量子计算原型机在处理高斯玻色取样问题上持续刷新世界纪录，QCi、PsiQuantum等公司正加速商业化进程 [23][25][26] 量子计算技术路径：中性原子 - 中性原子路线利用激光操控真空中囚禁的中性原子，通过激发原子至高能级里德堡态产生强烈相互作用以构建量子逻辑门 [27][28] - 该路线在规模化扩展方面潜力巨大，是当前量子比特数量增长最快的技术之一，Atom Computing公司于2025年发布1225原子阵列原型机，首次突破千位量子比特 [29] - 哈佛大学和QuEra公司此前分别实现49原子和256原子阵列，国内外企业正致力于提升原子阵列的稳定调控技术，推动向工业级应用过渡 [29][30] 量子计算技术路径：自旋 - 自旋量子计算路线在硅基衬底上制造量子点结构，以电子自旋量子态编码信息，通过电压进行全电学操控，与现有CMOS制造工艺高度兼容 [31] - 该路线的战略价值在于可复用全球半导体产业的庞大基础设施和供应链，为实现超大规模集成和成本控制提供明确路径 [32] - Intel公司推出的Tunnel Falls芯片验证了在300mm晶圆上利用先进半导体工艺制造量子比特阵列的可行性，为工业化生产提供关键支撑 [32] 量子计算技术路径：拓扑 - 拓扑量子计算利用物质的拓扑性质非局域地编码量子信息，以马约拉纳费米子等任意子为载体，通过“编织”操作执行计算，具有天然的鲁棒性 [33] - 该路线目前技术成熟度最低，微软是主要推动者，其于2025年2月发布“Majorana 1”芯片，旨在实验性验证拓扑保护特性，尚未有完全功能的拓扑量子比特被证实 [34] - 微软设定了数年内实现工业级问题求解能力的长期目标，现阶段通过Azure Quantum平台提供混合量子云服务作为过渡商业化策略 [34] 科技巨头生态布局 - IBM作为超导路线领导者，已推出120量子比特Nighthawk处理器，规划2029年交付200逻辑量子比特Starling系统，2033年实现2000逻辑量子比特Blue Jay系统，并研发qLDPC纠错码提升纠错效率10倍 [37][38] - 谷歌聚焦攻克量子纠错瓶颈，其105量子比特Willow芯片首次实现码距（d=7）的表面码纠错，突破纠错阈值，设定了2030年量产百万级物理量子比特处理器的目标 [39][41] - 微软押注拓扑量子计算路线，发布Majorana 1芯片，计划未来几年扩展至百万量子比特规模，并推动“量子+AI”协同应用，构建混合计算新生态 [42][44] - 英伟达扮演“赋能者”角色，推出CUDA-Q软件平台统一连接不同技术路线的量子处理器与GPU集群，并通过投资Quantinuum、QuEra、PsiQuantum等头部公司，在量子计算未来技术路线竞争中占据有利位置 [45][47] 专业公司单点突破 - D-Wave作为量子退火商业化先锋，通过Leap™量子云服务与整机销售结合验证商业可行性，2025年Q1营收同比增长500%至1500万美元，毛利率达92.5%，在福特生产调度中将效率提升6倍，在物流和金融优化中将计算时间缩短80%-90% [48][50] - Quantinuum在离子阱技术路线上实现50个纠缠逻辑量子比特且保真度超过98%，计划2025年发布Helios系统，目标2027年实现100个逻辑量子比特并启动IPO [50][52]