一场围绕量子计算的激烈竞赛正在科技巨头之间展开。亚马逊、谷歌、IBM和微软纷纷宣布在原型芯片方面取得进展，旨在开发出具有商业价值的量子计算机，以解决传统计算机无法企及的复杂难题。

量子计算：潜力无限，挑战重重

量子计算是一个快速发展，但仍处于理论探索和技术深耕阶段的领域。一旦取得突破，它将有可能推动新药研发、新型化合物合成，甚至破解加密方法。因此，各大科技公司都希望成为量子计算领域的领跑者。

亚马逊云计算部门的量子硬件主管奥斯卡·潘特表示，目前正处于量子计算发展的关键转折点。量子计算与经典计算的区别在于，经典计算使用二进制数字（0和1，称为比特）来表示信息，而量子计算则依赖于量子比特（qubit）。当量子比特在大规模情况下表现出可预测性时，量子计算机就能快速计算具有多个解的方程式，并执行传统计算机无法完成的复杂计算。

然而，量子比特非常不稳定，其行为难以预测。它们需要特定的环境条件，如低光照和极低温，以减少误差。随着量子比特数量的增加，误差率也会上升，这使得该领域的发展进展缓慢。虽然小规模的量子计算机已经存在，但真正的竞争在于如何扩大规模，并使其能够服务于更广泛的用户，而不仅仅是科学家。

四大巨头，各显神通

最近，亚马逊、谷歌和微软都发布了新的原型芯片，而IBM则在现有的量子发展蓝图中取得了显著进展。每家公司都采用独特的方法来解决长期困扰该领域的误差降低和可扩展性问题，以期实现真正有用的量子计算。

微软：拓扑量子比特

微软推出了其新型量子芯片Majorana 1，旨在加速大规模量子计算机的开发进程，将原本需要数十年才能完成的目标缩短至数年。这款芯片利用一种新的物质状态来产生“拓扑”量子比特，从而提高稳定性和降低误差。拓扑量子比特基于一种非液态、非气态、非固态的拓扑状态的物质，这些量子粒子能够“记住”它们的位置，并在彼此之间移动。因此，信息可以存储在整个量子比特中，即使部分组件出现故障，拓扑量子比特仍然可以保留关键信息，从而提高容错能力。

量子计算初创公司Welinq的创始人汤姆·达拉斯认为，由于微软的研发方向非常独特，因此很难评估其进展。“即使是业内专家也很难评估这些结果的质量。”不过，一些量子领域的专家认为，尽管微软仍面临许多障碍，并且发表在《自然》杂志上的论文仅展示了其研究人员声称已实现的部分成果，但这一结果仍然充满希望。

谷歌：超导量子比特

谷歌发布了其最新的量子芯片Willow，声称该芯片仅需5分钟即可解决世界最快的超级计算机需要10万亿亿年才能完成的问题。更令人印象深刻的是谷歌在量子计算机扩展方面的突破。通常情况下，量子比特的数量越多，计算机的性能越强大，就越容易出现误差。但谷歌的研究人员表示，通过Willow芯片，增加物理量子比特实际上降低了误差率，这颠覆了以往的现象。

谷歌将其突破称为“低于阈值”，它标志着解决了自20世纪90年代以来就存在的难题。在《自然》杂志上发表的一项研究中，谷歌的研究人员认为，这一突破可能最终提供了一种构建实用的大规模量子计算机的方法。然而，目前大部分成果仍停留在理论层面，谷歌需要通过实践来验证其可行性。

亚马逊：超导量子比特

亚马逊云计算部门宣布推出其Ocelot芯片，这是一款旨在推动该公司云端量子计算发展的原型芯片。亚马逊表示，与传统方法相比，Ocelot原型芯片有潜力将量子纠错效率提高高达90%。该芯片采用了一种独特的架构，集成了猫量子比特技术——以著名的薛定谔的猫思想实验命名——以及额外的量子纠错组件，这些组件可以通过电子行业借用的工艺制造。

网络安全供应商Lastwall的首席技术官特洛伊·尼尔森表示，亚马逊的Ocelot芯片是构建功能性量子计算机的另一个重要组成部分。然而，在它变得真正有用之前，还需要大幅降低其误差率，并提高芯片的量子比特密度。“前方仍然存在许多挑战。亚马逊在纠错方面取得的进展是以控制系统和芯片读数的复杂性和精密度为代价的。我们仍然处于原型阶段，还有几年的路要走，但他们已经向前迈出了一大步。”

IBM：超导量子比特

IBM一直是量子计算领域的领跑者，拥有多个不同的原型芯片，并在2019年1月推出了首款基于电路的商业量子计算机Q System One。IBM的Condor芯片在量子比特数量方面是该公司最强大的。然而，自开发以来，IBM已将其重点放在提高门操作的质量上，并使其新型量子芯片具有模块化特性，以便将多个较小、误差较少的芯片组合起来，从而制造出更强大的量子计算机。

Condor是迄今为止制造的第二大量子处理器，于2023年12月4日在IBM量子峰会上亮相。与此同时，IBM还推出了其Heron芯片，这是一款拥有133个量子比特且误差率更低的处理器。Quantum Circuits的联合创始人兼首席科学家罗伯·舍尔科普夫表示，IBM优先考虑“误差缓解”而不是传统的纠错方法。虽然IBM到目前为止在这种“蛮力扩展”方法上取得了成功，但他表示，从长远来看，为了提高效率，这种方法需要进行修改。

谁是领跑者？

马里兰大学的理论凝聚态物理学家桑卡尔·达斯·萨尔马表示，与竞争对手相比，亚马逊云计算部门的Ocelot芯片、谷歌的Willow芯片和IBM的Condor芯片使用了一种“更传统”的超导方法进行量子开发。相比之下，微软的方法基于拓扑马约拉纳零模，它也具有超导体，但采用“截然不同的方式”。达斯·萨尔马补充说，如果Majorana 1芯片工作正常，它将受到拓扑保护，而无需像其他科技公司声称的那样改进传统的纠错方法。

不过，达斯·萨尔马表示，每家公司的方法都“非常不同”。“由于整个主题基本上处于初始开发阶段，因此现在评论谁领先还为时过早。”量子计算初创公司Pasqal的首席执行官乔治斯-奥利维尔·雷蒙德认为，大型科技公司在宣传成果时应谨慎“提高期望”，否则可能会造成失望。IBM量子技术采用和业务发展副总裁斯科特·克劳德也表达了同样的观点，他担心“过度炒作”可能会导致人们在量子技术的潜力真正实现之前就对其失去信心。克劳德表示：“我们认为我们正处于展示量子优势的边缘，”他指的是量子计算机超越经典计算机的时刻。“但该行业距离完全容错的量子计算机还有几年的时间。”