2025年诺贝尔物理学奖揭晓：量子计算引领未来科技革命

就在最近，2025年诺贝尔物理学奖揭晓，量子计算成为了最大赢家。

本期我们将深入探讨量子计算，为您揭开这一宏大且精彩话题的神秘面纱。

由于内容较为硬核，建议您耐心阅读，我们将分几期详细讲述。

本期作为量子计算专题的上篇，将重点介绍量子计算的基本原理、最新技术突破以及核心标的清单。

在接下来的篇章中，我们将详细剖析量子计算的六种主流技术路径，并探讨一二级市场头部公司的最新进展。

（1）量子计算发展三阶段：从NISQ迈向FTQC

量子计算行业正处于从“科学狂想”向产业化落地的关键拐点。

驱动这一转变的核心是量子纠错（QEC）技术的实质性突破。

当前量子计算处于“含噪声的中尺度量子阶”（NISQ，Noisy Intermediate-Scale Quantum）。

每台量子计算机包含数十到数千个物理量子比特，然而这些比特易受环境噪声干扰，导致计算保真度有限，无法执行需要高精度的大规模算法。

因此，产业界聚焦于专用机商业化与混合算法应用两大路径。

以D-Wave的量子退火机为代表的专用量子计算机已实现部分商业落地，为金融、物流、制造等行业提供显著效率提升。其2025年Q1营收同比增长超500%，验证了该路径的盈利能力。

图：英伟达的量子计算生态圈

量子计算的中期目标（约2030年前后）是实现“含纠错的实用量子计算”。核心在于通过量子纠错码（QEC）将多个含噪声的物理量子比特编码成一个高保真度的逻辑量子比特，从而大幅提升计算的可靠性。

行业龙头已发布明确的逻辑量子比特发展路线图。

Quantinuum计划在2027年实现100个逻辑量子比特。

IBM规划在2029年交付包含200个逻辑比特的Starling系统，并在2033年推出具备2000个逻辑量子比特的Blue Jay系统。

图：IBM量子计算路线图

量子计算的长期目标是构建全面容错量子计算机（Fault-Tolerant Quantum Computing, FTQC）。其运算错误率将接近经典计算机，能够执行Shor算法等对算力要求极高的复杂算法，从而解决经典计算机无法处理的重大科学和商业问题。

（2）量子计算的基本原理一：量子叠加

要理解量子计算的行业发展趋势，我们首先要理解其基本原理。

量子计算是基于量子力学的独特行为的计算模式，以量子比特为基本信息单位。

量子计算用到了三个基本特性：量子的“叠加”、“纠缠”和“干涉”，我们将逐一探讨。

首先来看“叠加”。这是量子力学中的核心特性，它允许一个微观粒子同时处于多种可能状态的线性组合中。

经典比特在任何时刻只能是0或1，而量子比特（Qubit）则可以同时处于叠加态。这种状态的不确定性是量子系统内禀的物理特性，直至测量发生时，其状态才会“坍缩”到一个确定的经典值（0或1）。

叠加原理赋予了量子计算天然的并行处理能力。随着量子比特数量的增加，其计算空间呈指数级增长，远超经典计算机的线性算力增长模式。

（3）量子计算的基本原理二：量子纠缠

接下来是“纠缠”。这是两个或多个量子系统间的非局域强关联

“幽灵般的超距作用”，被爱因斯坦如此描述。在这种状态下，多个量子比特构成一个不可分割的整体

（4）量子计算的基本原理三：量子干涉

“干涉”是量子力学中的另一关键概念

（5）量子计算的六大步骤

从宏观角度来看，可将复杂的量子计算过程分为六个步骤

（6）量子计算的主流技术路径

目前全球采用六条主流技术路线：超导、离子阱、光子、中性原子、拓扑、自旋

（7）当前量子计算的主要瓶颈：量子退相干

（8）应对之策：量子纠错（QEC）

（9）量子纠错技术的前沿进展

（10）头部玩家：纯量子企业与科技巨头并存