量子计算里程碑：万qubit芯片突破扩展难题，英伟达搭建算力桥梁

【导读】量子计算领域长期停滞的百qubit瓶颈，近日被一款革命性的万qubit芯片彻底打破。Google和IBM等巨头十年未能突破的天花板，如今被QuantWare的VIO-40K架构掀开。更具深远意义的是，英伟达已提前布局算力入口，为量子与经典计算的融合铺平道路。

将时间线拉长审视，量子计算的进展远低于预期。自2019年Google在《自然》杂志宣布53qubit实现“量子优越性”以来，行业在qubit数量上几乎原地踏步。

当时科技界为之震动，许多人以为量子时代即将来临。但六年过去，Google公开的qubit数量仅增至105个，IBM等公司的路线图也显示，量子处理器在短期内仍困于百qubit级别。

IBM预测线路图显示，2019至2029年间，量子处理器规模仍停留在百级至低千级。从Google到IBM，所有主流技术路线在2019-2023年全部卡在百qubit水平，甚至不再将扩展设为短期目标，凸显行业长达十年的困境。

全球量子巨头如Rigetti、IonQ、Quantinuum等，均未能突破这堵“百qubit天花板”。量子计算虽被描绘为未来产业的基础设施，但实际规模始终难以增长，根源在于扩展本身存在根本性难题。

万qubit芯片：开启可扩展新时代

量子计算停滞十年，并非因为巨头技术不足，而是因为传统扩展路径已接近物理极限。每增加一个qubit，控制线、布线密度、量子态干扰和误差率都会指数级上升，导致系统崩溃。当达到百qubit时，系统如拉满的弓弦，再扩展就可能崩塌。因此，行业只能采用权宜之计：将多个小QPU通过网络拼接，但这并未真正增加qubit，反而带来成本、复杂度和可靠性问题。

今年，这一死结首次被真正解开。QuantWare推出的VIO-40K架构，直接将qubit规模从行业共识的百级推至10000个，一举掀开天花板。

这宣告了扩展qubit不再是无解难题。过去十年，行业犹如困于深井；QuantWare则开辟了新出口。从百级到万级，不仅是数量飞跃，更是范式的根本转变——百qubit仅能概念验证，万qubit才具备改变现实计算格局的潜力。

VIO-40K架构已开始接受预订，计划2028年发货。十年停滞的量子界，终于迈入“可扩展硬件”时代。

突破意义：从死胡同到高速路

万qubit的出现，改变了量子计算的发展方向。过去十年，行业道路越走越窄：强行扩展qubit会导致噪声和错误失控，因此企业只能用小芯片拼接来“假装扩展”。QuantWare通过3D缩放和chiplet架构，重构了I/O、布线密度、信号干扰、模块互联等核心环节，使扩展性首次被重新打开。

量子计算从“能跑”到“能放大”

扩展性缺失使得量子计算难以进入现实世界。药物模拟、材料设计等应用需要成千上万qubit，百qubit仅能做演示，万qubit才能真正进行计算。以前，行业只能寄望于未来处理器；但扩展性死亡十年，这种未来从未实现。万qubit使量子计算首次具备“可放大性”，这比性能本身更为关键。

破开工程瓶颈，重塑产业轨迹

行业最大问题不是“qubit太少”，而是“加qubit会让系统坏掉”。这正是Google六年仅增50qubit、IBM不断推迟计划的原因。VIO-40K架构用3D缩放和小芯片设计，一举攻克I/O、连线密度、噪声、互联和校准五大难题，将困死的工程之路变为可前进的高速路。

量子计算首次具备经济意义

过去十年，量子计算在密码破解、药物加速、材料模拟等领域的应用仅停留于理论，因为百qubit根本不够用。万qubit使这些应用不再遥不可及。扩展性打开后，行业可沿可见、可重复的工程路径增长，无需依赖虚幻飞跃。正如QuantWare CEO所言：百qubit只能讨论未来，万qubit才让未来真正开始。

点亮算力增长第二曲线

过去十多年，摩尔定律趋缓，GPU增长近物理极限。量子扩展性打开，为人类算力开辟了新维度。在算力日益昂贵、扩展艰难的今天，万qubit的意义在于量子计算从“卡死”到“可扩展”的突破，这将成为未来十年所有量子路线图和产业计划的基础。

技术革新：重写量子处理器空间结构

将处理器从100qubit扩至10000qubit，靠简单堆叠无法实现。QuantWare的突破在于彻底重构量子处理器的“空间结构”。

3D缩放：拉出第三维空间

传统量子芯片中，控制线须从边缘引入，qubit在中间，导致布线长、电磁干扰强，形成“扇出极限”。3D缩放使控制线能从多层、多方向进入芯片，将二维平面布线扩展为立体空间，从而缩短连线、降低噪声、释放扩展空间，等效于为处理器增添第三维。

Chiplet架构：模块化“小积木”设计

Chiplet在经典芯片领域（如AMD Zen架构）已成熟应用。QuantWare将其引入量子领域：将大型QPU拆分为高保真度模块，通过高质量互联组合成系统。这解决了大芯片制造难、误差多、良率低的问题，允许分模块制造、校准、修复和扩展，且模块连接不再放大噪声。

AMD Zen架构用多个小芯片组成大CPU，QuantWare借鉴此思路实现量子突破。关键进展在于“高保真芯片到芯片连接”，使拼接QPU从降低质量变为可扩展路径。

40000条I/O：基础设施指数级提升

I/O数量是量子芯片扩展的根本瓶颈之一。VIO-40K支持40000条I/O控制线，这是指数级提升，首次实现扩展I/O而不导致噪声失控。结合3D缩放的空间优势和chiplet的模块性，40000条I/O提供了运行万qubit的基础设施。

同等体积实现百倍扩展：工程奇点

QuantWare强调，万qubit芯片比现有系统更小。在工程学中，扩大规模同时减小体积，表明架构进入“可扩展区域”。相比Google、IBM扩展时系统更大、更脆弱、更昂贵，QuantWare实现了更大规模、更小体积、更高良率、更低噪声，将“扩展必败”的架构变为“可持续扩展”的硬件体系，这是量子计算十年来首个可扩展硬件体系。

英伟达：站在算力入口的接引者

量子规模障碍冲破后，现实问题浮现：如何将万qubit计算接入经典算力体系？这需要经典算力进行预处理、误差校正、数据吞吐、统一编译和API调用，否则量子计算机只是孤岛。此刻，英伟达已站在门口。

VIO-40K可与英伟达NVQLink直接对接，开发者通过CUDA-Q同时调用量子与经典算力。NVQLink是高速互联协议，CUDA-Q是量子-经典混合计算软件栈，两者组合相当于为量子处理器准备了“PCIe插槽”。

当量子变得可扩展，最难问题变为谁能让量子算力融入现实世界？答案明确：英伟达。它虽未造出量子处理器，但构建了接入世界的入口。在算力生态中，入口常比硬件更重要，正如GPU领域英伟达统治软件栈数十年。如今量子行业类似：突破最大受益者是铺路者。

十年未动的量子天花板，此刻被推开。万qubit让量子计算首次具备向前可能，而英伟达已提前铺好通往现实的入口。行业未来虽未完全清晰，但算力的下一步变革，无疑从这里开始。

参考资料： https://interestingengineering.com/innovation/quantware-qpu-10k-qubits