量子计算机有什么用？目前完全没用

# 量子计算机到底有什么用？——目前还一无是处 来源：https://www.theverge.com/science/959466/quantum-computer-majorana-2-microsoft-trump-eo 268596_Quantum_computing_CVirginia_V1 268596_Quantum_computing_CVirginia_V1 特朗普政府希望两年内造出有用的量子计算机，微软希望三年内实现。独立研究者指责这是炒作。 作者：The Verge 2026年6月30日，下午4:00 UTC 至今，我们仍未看到一台量子计算机确凿地完成任何一项有用任务。现有机器规模太小、错误太多，无法解决有商业价值的问题。但这并未阻止唐纳德·特朗普的科学顾问承诺“在2028年前造出足以用于科学发现的量子计算机” (https://x.com/mkratsios47/status/2069163462844961196)，也未阻止特朗普在6月22日签署一项新行政令 (https://www.whitehouse.gov/presidential-actions/2026/06/ushering-in-the-next-frontier-of-quantum-innovation/)以加速美国量子计算产业与中国竞争。 企业也在推波助澜。6月，微软发布了名为Majorana 2的新型量子计算芯片。该公司声称该芯片 (https://arxiv.org/pdf/2606.03884)是硬件方面的进步，将其“可扩展、实用的量子计算机”的时间表 (https://quantum.microsoft.com/en-us/insights/blogs/majorana-2-scalable-quantum-processor)提前至2029年。但独立专家迅速批评了这一声明 (https://www.scientificamerican.com/article/microsofts-upgraded-majorana-quantum-computing-chip-fizzles-with-physicists/)。“这完全是胡扯，”圣安德鲁斯大学物理学家、长期批评微软的亨利·莱格告诉*The Verge*。 莱格于6月24日在*Nature*上发表了一篇论文 (https://doi.org/10.1038/s41586-026-10567-8)，批评微软一年前的量子声明 (https://www.theverge.com/tech/633248/beyond-the-hype-of-quantum-computers)——同行评审需要很长时间——并指出了他眼中微软论文与新闻稿之间的重大出入 (https://www.theverge.com/tech/956450/nature-microsoft-quantum-computing-majorana-1-claims)。*Nature*同时刊登了微软的反驳。随着争论持续发酵，量子计算的发展轨迹看起来一片混乱：企业发布炒作公告，学术研究者随后抨击，争论不断，如今又加上国家元首设定的过于自信的目标。 研究者确实在量子计算领域取得了真实进展——只是大多属于渐进式改进，且过于深奥，无法立即引起公众兴趣。哦，还有，这一切都极其昂贵。 过去十年间，谷歌、IBM、亚马逊、微软以及众多国家和初创公司已投入数十亿美元进行量子计算开发。支持者预测该技术将带来医学发现、材料科学和机器学习方面的进步。同时，许多国家安全专家将其发展视为美中之间的一场新冷战竞赛。 量子计算的承诺在于它擅长一种与经典计算机截然不同的数学运算。量子计算机的基本信息单位是量子比特，而非经典计算机使用的比特。量子比特将信息表示为概率，而非0和1。你可以把量子比特想象成一枚在空中翻转的硬币。在硬币落地明确显示正面或反面之前，它处于两种状态的叠加概率。像分子这样的物体或光合作用这样的过程本质上涉及概率，因此更适合用量子计算机而非经典计算机进行模拟。不过，量子计算机不太可能擅长电子邮件或文字处理等经典计算任务。 公司使用不同材料制造量子比特。*The Verge*采访的几位物理学家表示，领先的量子比特类型包括中性原子、离子和超导电路量子比特。谷歌和IBM都采用超导电路量子比特；霍尼韦尔关联公司Quantinuum使用单个钡离子制造量子比特；而波士顿地区的初创公司QuEra则使用单个铷原子。微软的马约拉纳粒子量子比特（专家对其是否存在存有争议 (https://www.science.org/content/article/doubling-down-controversial-claims-microsoft-accelerates-quantum-computing-plans)）由连接超导体的细线构成。通过采用不同方法，各公司正在尝试各种途径，以开发既精确又易于扩展的量子计算硬件。 “整个马约拉纳技术尚不成熟。” 该技术的支持者认为，它可以解决当今超级计算机难以处理的问题。理论研究表明，量子计算机应能比超级计算机更容易地模拟分子。这些模拟有助于开发新型电池材料或药物。 有些人曾将量子计算机想象为网络攻击工具。1994年，计算机科学家彼得·肖尔开发了一种用于质因数分解的量子计算算法，该算法应能破解RSA加密——一种用于保护银行和电子邮件通信的普遍算法家族。这一预期的密码破解能力促使专家开发了更安全的协议，称为后量子密码术 (https://www.theverge.com/22523067/nist-challenge-quantum-safe-cryptography-computer-lattice)（尚未广泛使用），量子计算机应无法破解。对量子计算解密能力的预期可能已使这一应用过时。此外，这些密码学家实际上并不需要量子计算机来开发更好的密码系统，因此这是论证量子计算机实用性的一个复杂论点。（6月22日，特朗普签署了另一项行政命令 (https://www.whitehouse.gov/presidential-actions/2026/06/securing-the-nation-against-advanced-cryptographic-attacks/)，旨在2030年或2031年前将政府计算机“迁移”至“后量子密码术”。） 目前像谷歌Willow这样的量子计算机只是单个芯片，过于原始，无法破解RSA加密或实现药物分子模拟。但愿景是构建能够实现这些功能的大规模机器。这些量子计算机将是由多个芯片联网组成的专业数据中心，或是超级计算机中的专业芯片，用户通过云端登录。量子计算机不会是个人拥有的消费设备，也不会取代经典计算机。“它是一种具有特定用途的计算机，”波士顿大学的物理学家德里斯·塞尔斯说。 但朝着这些目标应用的开发并非一帆风顺，研究者仍在思考其具体用途。 6月，IBM宣布 (https://newsroom.ibm.com/2026-06-02-ibm-commits-more-than-10-billion-to-quantum-computing,-funding-its-roadmap-from-todays-leading-systems-to-the-worlds-first-fault-tolerant-quantum-computers)计划在未来五年内投资超过100亿美元用于量子计算。与微软一样，IBM的目标是到2029年建造更大规模的量子计算机。该公司的投资与行业公共资金的注入相吻合。5月，特朗普政府表示将向九家量子计算公司提供20亿美元资金 (https://www.nist.gov/news-events/news/2026/05/department-commerce-announces-letters-intent-9-companies-2-billion)，其中IBM将获得10亿美元。 自该技术诞生以来，类似循环已多次上演：公司宣布突破；独立研究者指责炒作；投资者继续向行业注入资金。2019年，谷歌宣布 (https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5)其量子计算机比最好的超级计算机更快地完成了一项任务，这一成就现在被称为量子优势。当时公司发言人将其誉为“量子霸权”，但如今专家普遍认为，这项涉及生成随机数的演示没有实际应用。尽管如此，据麦肯锡称，2020年量子计算投资占 (https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/featured%20insights/the%20rise%20of%20quantum%20computing/quantum%20technology%20monitor/2020/mckinsey-quantum-technology-monitor-202012.pdf)此前所有投资的三分之一。 去年10月，谷歌声称 (https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)又进行了一次量子优势演示。在演示中，谷歌研究者模拟了 (https://blog.google/innovation-and-ai/technology/research/quantum-echoes-willow-verifiable-quantum-advantage/)由15个和28个原子组成的分子，以研究其在特定场景下的磁行为。一份新闻稿称，该演示表明“量子计算机可以成功地在硬件上运行可验证算法，甚至超越最快的经典超级计算机。” “我们百分之百支持我们的结果。我们坚持我们的路线图。” 塞尔斯说，虽然演示显示了谷歌控制其机器的“高精度”，但这只是一个特意设计的实验，旨在展示量子优势而非任何实用性。“它并没有模拟任何有趣的东西，”他说，“如果他们模拟了经典方法多年尝试却无法做到的事情，那会更有趣。” 塞尔斯还质疑谷歌是否击败了所有经典计算机。虽然他不认识有人使用超级计算机反驳谷歌的说法，但他认为这是可行的，因为他之前曾揭穿过量子优势的声明。但他也认为这是浪费时间。“这些问题中有些是特意设计的，我们真的不想尝试它们，”塞尔斯说。此前，他感觉有责任揭穿这些炒作，但这项工作在他看来并不具有科学趣味性。 “我不知道是否有人会真正投入精力去经典模拟谷歌的实验，”塞尔斯说，“我想我不会，除非有人给我数十亿美元。” 谷歌仍然认为这项研究意义重大。“谷歌2025年在*Nature*上发表的结果是硬件上可验证量子优势的首次演示。它没有被宣称具有立即的实际应用，但与核磁共振相关，并表明朝着有用量子计算快速进步的指标，”谷歌发言人杰森·弗雷登菲尔德在回应塞尔斯的批评时写道。 这些戏剧性事件可能掩盖了量子计算的实际进展。到目前为止，一个主要技术挑战是有缺陷的量子比特。它们无法完美执行计算操作，并且随着算法变长，错误会累积。这一直是量子计算的主要障碍：任何有意义的应用都需要长算法，但算法越长，量子计算机的错误就越多。 研究者已经改进了量子比特本身，使其能够更长时间地保存信息。当它们更长时间地保存信息时，就可以容纳更多操作并执行更复杂的算法。去年11月，普林斯顿大学的安德鲁·霍克及其同事报告说，他们制造了一种超导量子比特 (https://www.nature.com/articles/s41586-025-09687-4)，其保存信息的时间是此前纪录保持者的三倍。他们改进的关键在于使用比先前芯片更纯净的材料制作量子比特所在的层状衬底，并精心控制芯片各层的温度和沉积。“这些都是非常细微的调整，”霍克说。 在过去的两年里，研究者在量子纠错方面取得了重大进展。“过去几年我们在纠错方面看到的进展是该领域最令人兴奋的事情，”塞尔斯说。 此外，研究者开发了在量子计算机运行过程中纠正错误的算法。该技术涉及将单个信息单元编码到多个量子比特中，而非像过去那样使用单个量子比特。他们将纠错后的集合称为“逻辑量子比特”，将其单个组成部分称为“物理量子比特”。 各公司正在竞相用尽可能少的物理量子比特制造逻辑量子比特。2024年，谷歌用105个物理量子比特制造了一个逻辑量子比特 (https://www.nature.com/articles/s41586-024-08449-y)。2025年，IBM和亚马逊分别展示了需要12个 (https://arxiv.org/abs/2506.03094)和9个 (https://www.nature.com/articles/s41586-025-08642-7)物理量子比特来创建逻辑量子比特。同年年底，Quantinuum展示了每个逻辑量子比特只需两个 (https://arxiv.org/abs/2511.05465)物理量子比特。每个逻辑量子比特所需的物理量子比特越少，就越容易扩展量子计算机。 纠错正是微软有争议声明的核心。微软声称制造了一种由电子构成的马约拉纳粒子（专家对此存有争议 (https://www.nature.com/articles/s41586-026-10567-8)），该粒子预期存在于一根附着在超导体上的细半导体砷化铟线中。理论预测，在特定实验条件下，这根比头发丝还细的线中的电子会发生集体“舞蹈”，开始以一种被称为马约拉纳粒子的奇特单元行为。特别是，研究者假设马约拉纳粒子应该比其他物理量子比特产生更少的错误，因此更容易扩展。 莱格表示，微软尚未成功创建马约拉纳粒子——这是其机器设计的基本构建块。他说微软的方法存在“根本性问题”，这些问题在去年发布的芯片前身Majorana 1中 (https://www.nature.com/articles/s41586-024-08445-2)已经存在 (https://arxiv.org/abs/2503.08944)。“你知道‘几年，不是几十年’这个说法吧？”莱格说，“我认为更像是几个世纪，而不是几十年。” “我们百分之百支持我们的结果。我们坚持我们的路线图，”微软量子主管切坦·纳亚克在接受*The Verge*采访时 (https://www.theverge.com/tech/956450/nature-microsoft-quantum-computing-majorana-1-claims)回应道。在一份电子邮件声明中，他补充说微软的“论文确实显示我们在创造和控制马约拉纳粒子。”他还写道，莱格没有“提出一个符合我们所有数据的替代模型。” 根据莱格的说法，微软的支持证据并不令人信服。他说，微软声称的马约拉纳粒子证据实际上可能源于其设备中形成的量子点。量子点是含有电子的物体，对微软的量子计算机没有用处。莱格还说，微软的声明基于单个设备的数据。他希望看到微软在多个芯片上重复结果。“如果你反复试图在吐司上寻找耶稣，最终你会在吐司上找到耶稣，”他说，“但那一块吐司并不意味着你有了某种顿悟。” “我们感谢这种宗教热情，但我们的数据保持了路线图的力量和一致性，正如我们在过去几年中在之前的里程碑中所做的那样。我们期待交付世界上第一台量子机器，并与世界分享我们成就的能量，”纳亚克在回应中写道。 微软关联研究者过去有问题的成果也增加了疑虑。2021年，*Nature*期刊撤回了 (https://www.nature.com/articles/nature26142)微软关联研究者的一篇文章，他们在其中声称有强