量子计算机有什么用呢？目前来说，根本没有用处

6 月 24 日，Legg 在《自然》杂志上发表了一篇论文，批评 Microsoft 一年前提出的量子计算相关宣称——毕竟同行评审需要很长时间——并指出了在他看来 Microsoft 的学术论文与新闻稿之间存在重大矛盾。《自然》杂志也刊登了 Microsoft 的回应。随着这些争论持续不断，量子计算领域的进展似乎显得乱糟糟的：先是各公司高调宣布进展，接着又遭到学术研究人员的质疑，随后是更多的争论，而现在则是各国领导人设定的过于激进的目标。

研究人在量子计算领域确实取得了实质性进展——只不过这些进步多为渐进式的，且过于专业深奥，难以立刻激发公众的兴趣。此外，相关研发成本也极为高昂。

在过去的十年里，Google、IBM、Amazon、Microsoft 以及众多国家政府和小型初创企业都投入了数十亿美元用于量子计算的研发。支持者们预计，这项技术将为医学领域的突破以及材料科学和机器学习方面的进展带来助力。与此同时，许多国家安全专家则将量子计算的发展视为美中之间新的冷战竞争。

量子计算的优势在于它擅长处理与经典计算机截然不同的数学问题。与传统计算机使用比特不同，量子计算机的基本信息单位是量子位。量子位以概率而非二进制数值来表示信息，可以将其想象成正在空中飞行的硬币——在最终确定是正面还是反面之前，它同时具有这两种状态的概率。像分子这样的对象或光合作用这样的过程本质上都涉及概率，因此对于量子计算机来说，模拟它们比用经典计算机更为“自然”。不过，量子计算机不太可能擅长处理邮件发送或文字处理之类的经典计算任务。

各家公司采用不同的材料来制造量子比特。据《The Verge》采访过的几位物理学家称，目前最主流的量子比特类型包括中性原子、离子以及超导电路量子比特。Google 和 IBM 都使用超导电路来制造量子比特；隶属于 Honeywell 的 Quantinuum 则利用单个钡离子来制造量子比特，而总部位于波士顿的初创企业 QuEra 则选择用单个铷原子来制造量子比特。至于 Microsoft 所宣称的存在与否一直存在争议的专业型马约拉纳粒子量子比特，则是通过将细导线与超导体结合的方式制成的。通过尝试这些不同的方法，各公司都在竭尽全力研发出既精确又易于大规模扩展的量子计算硬件。

该技术的支持者认为，它能够解决当今超级计算机难以处理的问题。理论研究显示，量子计算机应该比超级计算机更轻松地模拟分子，而这些模拟工作有助于开发新的电池材料或药物。

有人将量子计算机想象成一种网络攻击工具。1994 年，计算机科学家彼得·肖尔开发出一种用于分解质数的量子计算算法，该算法理论上能够破解广泛应用于银行及电子邮件通信安全领域的 RSA 加密算法。这一潜在的加密破解能力促使专家们着手研发更为安全的加密协议——即后量子密码学，不过这类技术至今尚未得到广泛应用，因为量子计算机应该无法破解它。由于人们预期量子计算机具备加密破解功能，这种应用可能已经变得过时了。此外，这些密码学家其实并不需要量子计算机来开发更先进的加密系统，因此这种论点其实并不能有效证明量子计算机的实用价值。（6 月 22 日，特朗普又颁布了一项行政命令，要求在 2030 年或 2031 年前将政府计算机“迁移”到后量子密码学系统上。）

目前的量子计算机，比如 Google 的 Willow，都只是极为原始的单块芯片，根本无法破解 RSA 加密算法或用于药物分子模拟。不过，人们的愿景是打造出具备这种能力的更大规模的机器。这类量子计算机要么是由多块芯片联网构成的专用数据中心，要么就是超级计算机内部的专用芯片，用户可以通过云平台来访问它们。量子计算机既不会成为个人可以拥有的消费类产品，也不会取代传统计算机。“它是一种具有极其特定用途的计算机，”波士顿大学的一位物理学家德里斯·塞尔斯说道。

然而，朝着这些目标应用方向的发展并非一帆风顺，研究人员仍在思考其具体用途究竟是什么。

6月，IBM 宣布计划在未来五年内投入超过 100 亿美元用于量子计算领域。与 Microsoft 一样，IBM 也力争在 2029 年前打造出规模更大的量子计算机。该公司的投资恰逢有更多公共资金涌入这一行业——5 月时，特朗普政府表示将为九家量子计算公司提供 20 亿美元的资助，其中 IBM 将获得 10 亿美元。

自这项技术诞生以来，类似的循环已出现过多次。各公司宣称取得了突破，独立研究人员则指责这是炒作，而投资者依然不断向该行业注入资金。2019 年，Google 宣布其量子计算机完成某项任务的速度超过了最先进的超级计算机，这一成就后来被称为“量子优势”。当时，该公司的发言人将这一成果誉为“量子霸权”，但如今专家们普遍认为，那次通过生成随机数来展示的实验并无实际应用价值。不过根据麦肯锡的统计，2020 年投入量子计算领域的资金占到了此前所有相关投资总额的三分之一。

去年 10 月，Google 宣称又成功展示了量子计算的优势。在本次实验中，Google 的研究人员模拟了由 15 个和 28 个原子构成的分子，以此研究其在特定环境下的磁行为。一份新闻稿指出，该实验表明“量子计算机能够在硬件上成功运行可验证的算法，其性能甚至超越最快的传统超级计算机”。

塞尔斯表示，尽管该演示展现了 Google 在操控其量子计算机方面的“高精度”，但这其实是一个专门为展示量子优势而设计的刻意实验，并不具备任何实际用途。“它并没有模拟出任何有趣的现象，”他说，“如果他们能模拟出那些经典方法多年来一直试图实现却无法完成的任务，那才会更有趣些。”

塞尔斯也反对“Google 已超越所有经典计算机”这一说法。虽然他认识的人中还没有人用超级计算机来反驳 Google 的宣称，但他认为这是可行的，因为他此前也曾揭穿过所谓量子优势的说法。不过他也认为这纯粹是浪费时间。“其中一些问题设计得太过牵强，我们实在没必要去尝试”，塞尔斯说道。此前他觉得有责任通过这样的验证来遏制行业内的过度炒作，但对他而言，这类工作并无科学上的趣味性。

“我不知道是否真的会有人投入精力去尝试用经典方法模拟 Google 的实验，”塞尔斯说道，“我觉得自己是不会做的，除非有人愿意为此支付数十亿美元。”

Google 依然认为这项研究具有重要意义。“Google 在《自然》杂志上发表的 2025 年研究成果，是首次在硬件层面展现出可验证的量子优势。虽然并未宣称其能立即被用于实际应用，但它对核磁共振技术具有参考价值，同时也体现了人类向实用型量子计算迈进的快速进展，”Google 的发言人 Jason Freidenfelds 在回应 Sels 的批评时这样写道。

这类闹剧可能会掩盖量子计算领域的真正进展。迄今为止，一个主要的技术难题就是存在缺陷的量子比特——它们无法完美地执行计算操作，而且随着算法长度的增加，错误也会愈发严重。这一直是量子计算发展的主要障碍：任何有实用价值的应用都需要复杂的算法，而算法越长，量子计算机的错误率就越高。

研究人员对量子比特本身进行了改进，使其能够更长时间地保存信息。既然信息保存时间变长了，就能执行更多的操作，运用更复杂的算法。去年 11 月，普林斯顿大学的爱德华·霍克及其同事宣布，他们制造出了一种超导量子比特，其信息保存时间是此前纪录保持者的三倍。他们实现这一改进的关键在于，使用了比以往芯片更为纯净的材料来制作量子比特所在的层状基底，并且对构成芯片的各层的温度控制及沉积过程格外重视。“其实都是些细微的调整而已，”霍克说道。

在过去的两年里，研究人员在所谓的量子纠错技术方面取得了重大进展。“近几年来我们在量子纠错领域所看到的进步，是该领域中最令人振奋的发展，”塞尔斯说道。

此外，研究人员还开发出了能够在量子计算机运行过程中纠正错误的算法。该技术将单个信息单元编码到多个量子比特中，而非像过去那样仅编码到一个量子比特里。他们将经过错误校正后的整体称为“逻辑量子比特”，而其各个构成部分则被称为“物理量子比特”。

各家公司都在努力用尽可能少的物理量子比特来构建逻辑量子比特。2024 年，Google 成功用 105 个物理量子比特打造出了一个逻辑量子比特。2025 年，IBM 和 Amazon 分别表明，创建一个逻辑量子比特需要 12 个和 9 个物理量子比特。同年底，Quantinuum 透露每个逻辑量子比特仅需 2 个物理量子比特。由于每个逻辑量子比特所依赖的物理量子比特数量更少，量子计算机的规模扩展也就更为容易。

而错误校正正是 Microsoft 那项引发争议的声明中的核心问题。该公司声称自己已经制造出了由电子构成的、被称为马约拉纳粒子的物体，这一说法遭到了专家们的质疑——据说这种粒子应该存在于由砷化铟半导体与超导体结合而成的极细导线中。理论预测，在特定的实验条件下，这种比人类头发还要细的导线中的电子会进行一种集体“舞蹈”，进而表现出一种被称为马约拉纳粒子的特殊状态。研究人员尤其认为，马约拉纳粒子相比其他物理量子比特会产生更少的错误，因此也更容易实现大规模应用。

莱格表示，Microsoft 尚未成功制造出构成其计算机设计基础的专业粒子——马约拉纳粒子。在他看来，Microsoft 的研究方法存在“根本性缺陷”，而这些问题在去年推出的该芯片的前代产品马约拉纳 1 号上就已经显现出来了。“你知道那句话吧，‘是几年时间，而非几十年’？”莱格说道，“但我认为应该说是几个世纪，而非几十年。”

“我们完全支持自己的研究结果，也会坚持既定的发展路线图。”Microsoft 的量子计算业务负责人切坦·纳亚克在接受 The Verge 采访时如此表示。他在一封邮件声明中进一步指出，Microsoft 的论文确实证明了他们能够制造并控制专业马约拉纳粒子。他还称，莱格并未“提出一种能够解释我们所有数据的替代模型”。

据莱格所说，Microsoft 所提供的证据并不具备说服力。他认为，该公司所声称的作为专业粒子的证据，实际上可能是由其设备中形成的量子点所致。量子点是一种含有电子的物质，对 Microsoft 的量子计算机而言并无实用价值。此外，莱格还指出，该公司的论断仅基于某一款设备的数据，他希望看到 Microsoft 能在多块芯片上重复验证这些结果。“如果你反复试图在吐司里找到耶稣，最终确实会在吐司里找到他，”他说，“但那一片吐司并不能说明你就有了什么顿悟。”

纳亚克在回复中写道：“虽然我们理解那种强烈的热情，但我们的数据依然显示出我们发展路线图的稳健性与连贯性，就像过去几年在各个重要里程碑上所展现的那样。我们期待能够打造出全球第一台量子计算机，并与全世界分享这一成就带来的喜悦。”

此前由 Microsoft 相关研究人员发表的虚假研究结果进一步加剧了人们的疑虑。2021 年，《自然》杂志撤回了这些研究人员发表的一篇论文，他们在文中声称拥有确凿的实验证据，证明自己已经制造出了专业粒子。

“这种所谓的专业粒子技术其实还称不上真正的技术，”滑铁卢大学의拉吉布尔·伊斯兰如此说道。

纳亚克在回复中写道：“我们正在利用这些系统进行计算，并期待未来能推出一款能够充分发挥它们优势的量子计算机。”

对于那些专家们公认确实存在的量子比特类型，各家公司如今都承诺要打造规模更大的量子计算机。到 2029 年，IBM 计划建造一台拥有 200 个经过纠错处理的逻辑量子比特的、相当于数据中心规模的量子计算机。Quantinuum 也设定了类似的目标，计划在 2030 年打造出一台拥有数百个逻辑量子比特的量子计算机。

尽管这些计算机的规模确实更大，但尚不清楚它们是否真的能用来完成任何有用的工作。“我半开玩笑地说过，如果现在有人给我一台拥有数百个量子比特的、经过错误校正处理的计算机，我实在想不出该用它来做什么，”塞尔斯说道。

即便那些持乐观态度的专家们，对于量子计算机何时才能展现出实际用处也存在着不同看法。伦敦国王学院的爱伦诺尔·升降机最近获得了 Google 量子计算机的使用机会，用以模拟光子与电子相互作用的简单模型——这种现象在太阳能电池和光合作用中都会出现。“如果我们能够理解这一过程，不仅能弄清自然界中的种种现象，还能掌握制造更高效太阳能电池的方法，”升降机说道。

她认为研究人员将在 2028 年前在量子计算机上实现有用的科学模拟。霍克则觉得这一目标很可能在 2035 年之前实现。升降机认为量子计算机能在 2030 年破解 RSA 加密算法，而伊斯兰则认为至少还需要十年时间。

莱格的态度更为怀疑，他认为有些人低估了实现规模扩展所面临的基本挑战。他说：“目前还没有任何证据表明任何技术平台能够在十年内，甚至可能是在几十年内，达到能够进行实用量子计算的水平。”

尽管研究人员在构建实用量子计算机方面已取得进展，但这种计算机的具体用途仍不明确。“这还是一项非常初级的技术，”伊斯兰说道，“如果你问我量子计算机有什么用处，我实在想不出有任何一种是绝对可行的应用。”