量子計算機 難成“速效救芯丸”


隨著《流浪地球2》熱映,片中堪稱“全知全能”的通用量子計算機MOSS紅極一時,成為不少粉絲二次創作的主角,也折射出外界對量子計算這一新興技術的熱情。在近期紛傳的美國政府對華科技戰新計劃中,白宮擬議多時的一份總統行政令據稱將全面審查海外風險資本對中國量子計算、先進半導體、人工智能領域投資,美國財政部正與包括歐盟在內的其他國傢政府接觸,以確保行政令出臺後各方步調協調一致。

躋身美國“優先打擊”技術領域,反映出量子計算的特殊應用潛力和戰略價值也已得到官方重視。不過與先進半導體、人工智能領域不同,外界對量子計算的發展仍存在諸多誤讀、曲解,近期不乏自媒體乃至專傢鼓吹量子計算可以跳出美國“包圍網”,實現所謂“換道超車”。

引而待發的外部遏制,將對我國量子計算產業發展帶來怎樣的挑戰?量子計算,又能否成為某些人期待的高性能計算“特效藥”?

“對華人面孔都非常警惕”

仿佛為迎合各自受眾的趣味,中美兩國分析機構往往都津津樂道於量子技術競賽中國“領跑”的故事,並有論文、專利、政府撥款等數量指標為證,一些自媒體甚至基於這樣的認知歡呼雀躍,聲稱圍堵遏制將加速中國量子計算“黑科技”躍進,讓美國搬起石頭砸自己的腳。


(看似“全面領先”的中國量子科技)

然而數量指標並不能直接等同於科研與產業化的真實質量,必須正視的是,美國在量子計算領域仍然占據著產學研用的明顯領先地位,其細密狠辣的圍堵,對我國相關機構影響不容小覷

在資本流動上,除試圖切斷海外資本對中國量子計算領域的投資,早在去年9月,美國總統拜登就已經簽署14083號行政令,史無前例地向外國投資委員會(CFIUS)下達指令,強調該委員會需持續定期審查其程序、做法和法規,以確保它們對不斷變化的國傢安全威脅保持反應,在“事關美國國傢安全的技術領域”收緊對中國資本赴美投資的審核尺度,CFIUS需考慮交易是否涉及這些領域的制造能力、服務、關鍵礦產資源或技術,量子計算也赫然在列。

除雙向資本流動的收緊,去年以來美國對中美間量子計算學術、人員和商業往來也已經開始施加各種或明或暗的限制,有美國學者就談到,量子計算(QC)方向的中國留學生越來越難獲得簽證。

長期跟蹤量子技術發展的光子盒創始人顧成建,向集微網細述去年以來驟然襲來的“寒氣”:“我們不少前沿科技領軍人才,都是從國外學習回來,美國現在對人才也是封鎖的,包括現在已經在那邊的人,他不讓你回來。交流方面更加如此,美國現在本土所舉行的量子領域學術會議、產業界會議,都不允許中國的公司來參加,甚至對於華人面孔都非常的警惕。”

聯合研究和學術交流受限,我國機構獨立開展量子計算技術研究與產品轉化,也同樣面臨關鍵核心設備、器件“卡脖子”問題,對美國等西方國傢仍有相當依存度。

2021年11月,科創板上市企業國盾量子被美國商務部工業與安全局(BIS)列入實體清單,該公司對外回應中坦言:“國內部分高端儀器設備研發周期較長、技術壁壘高,現階段公司部分高端儀器仍有對外進口依賴,有可能對公司後續經營造成不利影響”,經歷該事件後,公司主要募投項目也出現大幅調減投資金額,推遲建成時間的現象。

顧成建分析,以目前技術上最為成熟的超導量子計算機為例,在稀釋制冷機、高性能示波器等量測設備、特種線纜、極低溫電子元器件上均存在較為明顯的短板,貿易禁運和技術封鎖會帶來較大影響,如稀釋制冷機“這個設備目前全球隻有兩傢公司真正能提供商用產品,兩傢加起來占99%的市場份額,一傢就是芬蘭的BlueForce,一傢是英國的牛津儀器,但從去年下半年開始,這兩傢已經在美國要求之下,也對中國進行禁運禁售”。

顧成建還談到,目前,國內也有多傢科研院所和初創企業在量子計算領域關鍵核心設備、器件上展開攻關,但正如在國內半導體產業所看到的,全部補上基礎能力短板尚待時日。

如果說基礎創新上短板明顯,那麼在量子計算機系統和應用層面,中國機構的創新能力目前又處在怎樣的水平?能否成為大算力芯片遭限後的“速效救芯丸”?

“這個形勢非常的嚴峻”

“量子計算機目前的發展程度相當於什麼階段的經典計算機?”

對於這個問題,顧成建給出的判斷是“相當於仙童公司成立前”(上世紀五十年代)。他指出,目前盡管國內外多傢機構研制的系統已經相繼宣佈實現“量子優越性”,但基本不具備實用意義,接下來至少5到10年時間,學術與工業界仍然需要向NISQ(含噪聲中等規模量子)的目標攀登。至少要進入2030年代,才能看到可編程的通用量子計算機前景。

也正是由於量子計算機距離實用尚遠,此前通過SPAC實現公開上市的Rigetti、IonQ、D-Wave等“網紅”量子計算企業,均出現市值大幅萎縮,Rigetti甚至近期曝出瀕臨退市。顧成建指出,量子計算這個賽道確實出現嚴重的一二級市場估值倒掛,甚至有二級市場估值縮水十倍的案例,在他看來,沒有可供商業化的成果,沒有切實的收入支撐,是導致這一現象的主因。

不過即便如此,In-Q-Tel等美國政府資金加持的基金,仍然在這一領域堅持“投早、投小”,美國量子計算企業吸收風險投資的比例也高踞全球第一,相比之下,我國該領域初創企業吸收投資甚至不及加拿大、英國。顧成建也感言,目前國內民間資本對量子賽道的關註和支持還非常不足。

在量子計算機開發的“馬拉松”競賽中,藍色巨人IBM目前占據明顯領先地位,去年11月,該公司公佈可操作433量子比特位的新一代量子計算機Osprey,也強烈震撼國內同行。


(IBM路線圖)

顧成建表示,盡管一直以來外界都是把中美並列為量子計算機研發的第一梯隊,認為兩國並駕齊驅,但在IBM去年公開Osprey後,“我們突然發現中國跟美國的差距至少落後有一年半到兩年的時間,這個代差非常之大,我們還在實驗室階段就已經落後兩代,這個形勢非常的嚴峻”。


(阿裡達摩院自研量子計算機,集微網攝)

在同樣不存在清晰的商業回報,相當程度上依賴政府扶持的情況下,中美兩國量子計算機整機研發差距不減反增。在顧成建看來,這既與IBM等巨頭的深厚技術積累和工程經驗有關,也反映出國內當下一些發人深思的生態弊端。

作為目前國內承擔科研課題、專項的主體,各大科研院所在量子計算機研發上仍然相當割裂,尚未實現成果與知識的充分交流共享,各自閉門重造輪子,“沒有一個合作的氛圍在,沒有真正把舉國體制用起來,圍繞一個目標去做一件事情”。

顧成建還談到,國內企業相較IBM、英特爾等海外廠商,也顯得較為缺乏長期投入的戰略定力,在股權投資或地方政府出於各自短期利益的推動下,企業往往也存在誇大宣傳的情況。

在量子計算業已被各主要國傢視為未來戰略制高點的情況下,“起個大早”的中國,如何能夠避免“趕個晚集”,再次被歐美甩開?

顧成建認為,在需要長期堅持、持續迭代的量子計算機整機研發上,可以通過組建專門的國傢實驗室,整合全國學術界、工業界資源,破解當前種種弊病,充分釋放我國舉國體制的特殊優勢。量子計算機上遊設備、器件,則可以通過市場化手段,吸引設備和器件廠商充分的參與進來,加速產業化進程。

結語

國內尚顯稚嫩的量子計算機,雖然難以成為破解美國科技遏制的“速效救芯丸”,但卻已日漸顯現廣闊的未來應用前景,這恐怕也是美國方面將之列為管制重點的原因所在。從先進半導體到量子計算、人工智能,美國正試圖牢牢“封死”其競爭對手挖掘利用數據價值的能力。

在復雜嚴峻的戰略技術博弈中,量子計算這一中美間力量對比相對接近的領域,或許可以扮演“破局”的關鍵,而實現這樣的突破,則尚需產業政策更精準、更高效的推動。


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