量子計(jì)算作為顛覆性技術(shù)，其應(yīng)用潛力正從理論構(gòu)想加速轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。隨著第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”上線(xiàn)運(yùn)行、首條自主量子計(jì)算機(jī)制造鏈成鏈以及“本源悟空”完成全球最大規(guī)模量子計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真，我國(guó)已逐步躋身國(guó)際量子計(jì)算“第一陣營(yíng)”。
然而，面對(duì)美國(guó)等西方國(guó)家的技術(shù)封鎖與生態(tài)壟斷，我國(guó)仍需在核心技術(shù)攻關(guān)、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新、人才培育體系完善等環(huán)節(jié)突破關(guān)鍵瓶頸，推動(dòng)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
推動(dòng)自主量子技術(shù)從“可用”到“好用”
全球量子計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)正處于戰(zhàn)略“窗口期”，技術(shù)迭代與產(chǎn)業(yè)化的雙重浪潮推動(dòng)著各國(guó)加速布局。美國(guó)憑借先發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)持續(xù)領(lǐng)跑：谷歌2019年推出的“懸鈴木（Sycamore）”量子芯片用200秒完成傳統(tǒng)超算需萬(wàn)年處理的任務(wù)，2024年新一代“垂柳（Willow）”芯片更在5分鐘內(nèi)破解經(jīng)典算力難以企及的復(fù)雜問(wèn)題；IBM通過(guò)1121比特超導(dǎo)量子芯片“禿鷹（Condor）”不斷刷新比特規(guī)模紀(jì)錄，展現(xiàn)工程化能力。
盡管如此，量子計(jì)算尚未形成絕對(duì)技術(shù)壟斷，我國(guó)在超導(dǎo)路線(xiàn)上具備差異化優(yōu)勢(shì)。誕生于我國(guó)首條量子芯片生產(chǎn)線(xiàn)的中國(guó)第三代自主超導(dǎo)量子芯片——“悟空芯”（WK C72-300），由我國(guó)首個(gè)自主量子芯片設(shè)計(jì)軟件“本源坤元Q-EDA”成功設(shè)計(jì)并制造，已上載中國(guó)第三代超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”。
目前，“本源悟空”已穩(wěn)定運(yùn)行超一年，完成全球36萬(wàn)次算力任務(wù)，在流體動(dòng)力學(xué)仿真等領(lǐng)域驗(yàn)證了規(guī)模化應(yīng)用潛力。結(jié)合我國(guó)首條量子芯片生產(chǎn)線(xiàn)上誕生的無(wú)損探針臺(tái)、激光退火儀等專(zhuān)用設(shè)備，我國(guó)初步具備了從芯片設(shè)計(jì)、制造到整機(jī)集成的全鏈條能力。
然而，自主量子技術(shù)從“可用性”向“好用性”的跨越仍面臨挑戰(zhàn)。
一方面，核心技術(shù)代差顯著。相較于IBM千比特級(jí)芯片的規(guī)模優(yōu)勢(shì)和谷歌“垂柳（Willow）”芯片的容錯(cuò)糾錯(cuò)技術(shù)（邏輯量子比特錯(cuò)誤率接近容錯(cuò)閾值），我國(guó)量子芯片在量子糾錯(cuò)效率、比特穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)上仍存在差距。
另一方面，產(chǎn)業(yè)鏈短板突出。量子芯片相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備材料尚未完全自主，部分核心部件國(guó)產(chǎn)化水平亟待提升，量子計(jì)算機(jī)制造鏈“幼苗”亟待重點(diǎn)培育。
量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度決定其產(chǎn)業(yè)化速度。針對(duì)上述短板，我國(guó)需通過(guò)聯(lián)合攻關(guān)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)國(guó)產(chǎn)自主化，構(gòu)建“設(shè)計(jì)－制造－封裝”全自主量子計(jì)算機(jī)供應(yīng)鏈。
硬件層面，重點(diǎn)提升量子比特?cái)?shù)量與穩(wěn)定性，突破量子糾錯(cuò)技術(shù)工程化瓶頸。軟件層面，優(yōu)化量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和編程框架，降低用戶(hù)使用門(mén)檻。產(chǎn)業(yè)生態(tài)上，可考慮以合肥、上海、北京等城市為核心，建設(shè)國(guó)家級(jí)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)示范基地，聚焦硬件研發(fā)與應(yīng)用試驗(yàn)，推動(dòng)量子芯片設(shè)計(jì)軟件、低溫器件生產(chǎn)線(xiàn)等國(guó)產(chǎn)軟硬件的規(guī)模化應(yīng)用。
以應(yīng)用需求牽引技術(shù)迭代
量子計(jì)算的商業(yè)化進(jìn)程正從技術(shù)驗(yàn)證邁向場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)階段。當(dāng)前，我國(guó)自主量子算力已初步在金融、生物醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域探索應(yīng)用。
例如，“本源悟空”自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)已與多個(gè)國(guó)家級(jí)超算中心以及金融、通信、電力、航空、航天等部門(mén)和單位展開(kāi)合作。“本源悟空”目前已被139個(gè)國(guó)家和地區(qū)用戶(hù)訪問(wèn)超2600萬(wàn)次，成功完成36萬(wàn)個(gè)全球量子計(jì)算任務(wù)，涵蓋流體動(dòng)力學(xué)、金融、生物醫(yī)藥等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。
與此同時(shí)，全球算力競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入“四算融合”新階段——量子計(jì)算（量算）、超級(jí)計(jì)算（超算）、智能計(jì)算（智算）與傳統(tǒng)計(jì)算（通算）的協(xié)同成為破解復(fù)雜場(chǎng)景需求的核心方向。如果把傳統(tǒng)計(jì)算比喻成“汽車(chē)”，那么智能計(jì)算就是“高鐵”，超級(jí)計(jì)算是“飛機(jī)”，量子計(jì)算機(jī)就是“火箭”。上海超級(jí)計(jì)算中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算鄭州中心、本源量子公司等四家單位已聯(lián)合上線(xiàn)量超融合先進(jìn)計(jì)算平臺(tái)，提供量超云融合服務(wù)，加速處理復(fù)雜計(jì)算任務(wù)，多算融合協(xié)同產(chǎn)生更強(qiáng)算力。
量子計(jì)算的商業(yè)化價(jià)值需通過(guò)場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)釋放，然而當(dāng)前生態(tài)層面跨行業(yè)協(xié)同驗(yàn)證機(jī)制缺失，算法與場(chǎng)景適配性不足，導(dǎo)致商業(yè)化落地緩慢。破解困局需以應(yīng)用需求倒逼技術(shù)創(chuàng)新，構(gòu)建“場(chǎng)景－技術(shù)－生態(tài)”正向循環(huán)。
一是加速“四算融合”體系落地，在國(guó)家算力樞紐部署量子計(jì)算專(zhuān)區(qū)，實(shí)現(xiàn)量子算力與超算集群、智算中心的資源調(diào)度。
二是強(qiáng)化場(chǎng)景驗(yàn)證，鼓勵(lì)央企在能源調(diào)度、新材料研發(fā)等國(guó)家戰(zhàn)略領(lǐng)域開(kāi)放應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)立“量子計(jì)算創(chuàng)新中心”，通過(guò)實(shí)際需求反推技術(shù)升級(jí)。
三是構(gòu)建開(kāi)放生態(tài)，依托“一帶一路”輸出自主量子算力“硬件+平臺(tái)+服務(wù)”整體解決方案，擴(kuò)大中國(guó)自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)在“一帶一路”國(guó)家的用戶(hù)基數(shù)，打造跨境算力走廊。
從“量”到“質(zhì)”建立人才培育體系
量子計(jì)算作為前沿科技，已成為全球競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)，但人才短缺嚴(yán)重制約其發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球量子計(jì)算人才缺口已達(dá)數(shù)萬(wàn)量級(jí)，而我國(guó)專(zhuān)業(yè)人才僅千余人，且跨學(xué)科復(fù)合型人才稀缺。為突破瓶頸，需從基礎(chǔ)教育、高等教育、職業(yè)院校和激勵(lì)機(jī)制等多個(gè)層面構(gòu)建多層次培養(yǎng)機(jī)制。
首先，構(gòu)建自主量子計(jì)算教育體系，以“中國(guó)筷子”而不是“西方刀叉”傳授量子計(jì)算知識(shí)、培育自主人才。
在基礎(chǔ)教育階段，應(yīng)大力推廣使用國(guó)產(chǎn)自主量子計(jì)算互動(dòng)教學(xué)工具，將量子科普納入中小學(xué)課程，設(shè)計(jì)趣味性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)和游戲，激發(fā)青少年興趣，讓學(xué)生通過(guò)虛擬操作組裝量子計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)直觀感受量子計(jì)算的魅力。
在高等教育方面，推廣“微專(zhuān)業(yè)”模式，如中國(guó)海洋大學(xué)的“量子人工智能微專(zhuān)業(yè)”配套國(guó)產(chǎn)編程框架訓(xùn)練，培養(yǎng)跨學(xué)科人才。教育部門(mén)可考慮擴(kuò)大量子信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)布局，支持重點(diǎn)高校建設(shè)“自主量子計(jì)算機(jī)一體化教研機(jī)房”。職業(yè)院校可開(kāi)設(shè)量子設(shè)備組裝與調(diào)試等技工課程，定向輸送產(chǎn)業(yè)一線(xiàn)技術(shù)人才。
與此同時(shí)，要進(jìn)一步深化產(chǎn)教融合。鼓勵(lì)高校與企業(yè)共建真機(jī)實(shí)訓(xùn)基地，實(shí)施“雙導(dǎo)師制”，將企業(yè)研發(fā)任務(wù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)項(xiàng)目，形成“研發(fā)－教學(xué)－應(yīng)用”閉環(huán)。同步建立“量子工程師”認(rèn)證體系，推動(dòng)教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈深度咬合。
其次，完善激勵(lì)機(jī)制，對(duì)參與量子計(jì)算國(guó)產(chǎn)化攻關(guān)的團(tuán)隊(duì)給予稅收減免、研發(fā)補(bǔ)貼等政策傾斜，設(shè)立“量子科技青年學(xué)者計(jì)劃”，吸引海內(nèi)外優(yōu)秀人才。唯有通過(guò)分層次、全鏈條的人才培養(yǎng)體系，方能實(shí)現(xiàn)從“量”到“質(zhì)”的躍遷，助力我國(guó)在全球量子科技競(jìng)爭(zhēng)中掌握主動(dòng)權(quán)，使量子計(jì)算成為新質(zhì)生產(chǎn)力的重要引擎，為我國(guó)高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。
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