日本科技界最近傳來(lái)消息，稱富士通公司攜手日本理化學(xué)研究所，在埼玉縣和光市的協(xié)作中心推出了一臺(tái)計(jì)算能力大幅提升的量子計(jì)算機(jī)。富士通宣布說(shuō)，這臺(tái)超導(dǎo)方式的量子計(jì)算機(jī)已將量子比特?cái)?shù)從原來(lái)的64個(gè)提升至256個(gè)，整整翻了四倍！這不僅是日本量子計(jì)算機(jī)研發(fā)的重大進(jìn)展，放眼全球，它也已經(jīng)成為目前世界最大級(jí)的量子計(jì)算機(jī)（下圖）。

　　量子計(jì)算機(jī)是一種可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器，它通過(guò)量子力學(xué)規(guī)律實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算，處理和儲(chǔ)存信息。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題如同在迷宮中逐一嘗試路徑，而量子計(jì)算機(jī)則能同時(shí)探索所有可能的路徑，直接找到出口。例如，在藥物分子模擬領(lǐng)域，傳統(tǒng)超算需要數(shù)月才能窮舉所有分子組合，而量子計(jì)算機(jī)能在幾分鐘內(nèi)完成。這種能力使得量子計(jì)算機(jī)在密碼學(xué)、優(yōu)化問(wèn)題和人工智能等領(lǐng)域展現(xiàn)出顛覆性的潛力。

　　富士通的計(jì)劃清晰而雄心勃勃——2026年，他們將在川崎市總部新建的量子棟中，推出1024量子比特的計(jì)算機(jī)。量子研究所所長(zhǎng)佐藤信太郎指出，這不僅是算力的簡(jiǎn)單擴(kuò)張，更是讓更多用戶能同時(shí)使用的突破。未來(lái)，東京電子、富士膠卷等企業(yè)將深度參與軟件開(kāi)發(fā)，量子技術(shù)有望在材料、制藥等領(lǐng)域大展拳腳。

　　日本理化學(xué)研究所與富士通在2023年4月，投入使用日本第一代國(guó)產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)。然而，日本量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)之路并不平坦。計(jì)算誤差仍是攔路虎，富士通正嘗試與超級(jí)計(jì)算機(jī)結(jié)合，彌補(bǔ)這一短板?；蛟S，這正是日本務(wù)實(shí)精神的體現(xiàn)——不求一步登天，而是步步為營(yíng)。

　　目前，量子計(jì)算機(jī)的主要的技術(shù)路線可以歸納為六種：超導(dǎo)、離子阱、光量子、中性原子、硅自旋、拓?fù)?。而日本的量子?jì)算機(jī)的研發(fā)，正呈現(xiàn)越來(lái)越豐富的多樣性。

　　富士通是日本量子計(jì)算機(jī)研發(fā)的生力軍。他們與荷蘭代爾夫特理工大學(xué)及QuTech合作，在“鉆石自旋方式”上取得了關(guān)鍵進(jìn)展。利用鉆石中的氮空位缺陷和電子自旋，他們打造的“2量子比特門(mén)”精度高達(dá)99.9%，幾乎比肩超導(dǎo)方式的世界頂尖水平。

　　富士通推出的第一代超導(dǎo)型量子計(jì)算機(jī)

　　這種方式讓日本科技界眼前一亮。相比超導(dǎo)需要接近絕對(duì)零度的苛刻環(huán)境，鉆石自旋只需零下269度，冷卻能耗更低，且量子狀態(tài)更穩(wěn)定，還能用光讀取結(jié)果，與光通信無(wú)縫銜接。未來(lái)若用錫替換氮，精度或還能再提升。鉆石不僅閃耀在珠寶柜臺(tái)，也可能成為量子計(jì)算的新星，助力日本在實(shí)用的高性能設(shè)備上彎道超車(chē)。

　　日本分子科學(xué)研究所聯(lián)合日立製作所、大阪大學(xué)等，將在未來(lái)數(shù)月內(nèi)在愛(ài)知縣岡崎市啟動(dòng)日本國(guó)內(nèi)首臺(tái)“中性原子方式”量子計(jì)算機(jī)。起步就是50量子比特，未來(lái)將擴(kuò)展至500個(gè)，目標(biāo)直指萬(wàn)級(jí)規(guī)模。負(fù)責(zé)這一項(xiàng)目的大森賢治教授豪言，2030年前要讓它解決社會(huì)問(wèn)題。

　　中性原子用單個(gè)原子作為量子比特，穩(wěn)定性高，特別適合大規(guī)模擴(kuò)展。想象一下，脫碳電池、新藥開(kāi)發(fā)、最優(yōu)物流路線——這些復(fù)雜難題都可能因它迎刃而解。分子研還聯(lián)手14家企業(yè)和機(jī)構(gòu)成立新公司，產(chǎn)學(xué)合作的氣勢(shì)如虹。

　　日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)總研）也不甘示弱。他們與美國(guó)英特爾簽約，借助最先進(jìn)的芯片，在茨城縣筑波市開(kāi)發(fā)“硅量子計(jì)算機(jī)”，目標(biāo)是2030年代初達(dá)到數(shù)萬(wàn)量子比特，性能碾壓現(xiàn)有百級(jí)機(jī)型。產(chǎn)總研還與IBM攜手，瞄準(zhǔn)1萬(wàn)量子比特以上的超導(dǎo)機(jī)器，性能提升75倍以上。這不僅是技術(shù)合作，還將推動(dòng)日本藥企、物流公司等將量子技術(shù)用于實(shí)戰(zhàn)。

　　產(chǎn)總研的策略令人折服：不把雞蛋放在一個(gè)籃子里，既押注硅方式，又深耕超導(dǎo)，廣納日本零件商，壯大產(chǎn)業(yè)生態(tài)。IBM的133量子比特機(jī)已顯威力，未來(lái)1萬(wàn)級(jí)的單機(jī)能力或?qū)⒏膶?xiě)規(guī)則。

　　2024年11月，NTT、東京大學(xué)、理化學(xué)研究所宣布已經(jīng)共同研發(fā)出新型光量子計(jì)算機(jī)，并開(kāi)發(fā)出了一種技術(shù)，能夠以比傳統(tǒng)方法快1000倍的速度生成量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵——“量子糾纏”。這款量子計(jì)算機(jī)不需要超低溫環(huán)境，能夠在自然的室溫中實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。東京大學(xué)初創(chuàng)企業(yè)OptQC則計(jì)劃在2026年4月推出商用服務(wù)。此外，產(chǎn)總研與英特爾探索硅方式，也與微軟合作，在拓?fù)淞孔佑?jì)算上邁出步伐。

　　NTT等研發(fā)的光量子計(jì)算機(jī)心臟部位“量子光源”的演示

　　日本的研發(fā)如同百花齊放，哪種方式會(huì)成主流？無(wú)人知曉，但這多元嘗試正是日本的技術(shù)底氣。

　　但挑戰(zhàn)依舊嚴(yán)峻。百萬(wàn)量子比特是實(shí)用化的門(mén)檻，誤差控制仍是難題，美國(guó)的IBM、谷歌、亞馬遜和中國(guó)已經(jīng)領(lǐng)先。2024年1月中國(guó)研發(fā)的“本源悟空”量子計(jì)算機(jī)上線，這臺(tái)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)共有198個(gè)量子比特，到2025年4月為止，已完成了來(lái)自139個(gè)國(guó)家和地區(qū)的35萬(wàn)項(xiàng)量子計(jì)算任務(wù)。

　　量子計(jì)算不僅是技術(shù)競(jìng)賽，也是國(guó)家戰(zhàn)略博弈的戰(zhàn)場(chǎng)，各國(guó)在硬件（如超導(dǎo)、光量子、離子阱）、算法和應(yīng)用（如制藥、密碼破解）上選擇不同路線，未來(lái)領(lǐng)先地位可能取決于技術(shù)突破和商業(yè)化的速度。波士頓咨詢預(yù)測(cè)，2040年量子技術(shù)或創(chuàng)8500億美元價(jià)值。

　　美國(guó)因其技術(shù)積累、專利數(shù)量和產(chǎn)業(yè)生態(tài)通常被視為第一，中國(guó)緊隨其后，憑借快速的技術(shù)突破和政府支持躋身前列，而日本位居第三。截至2022年10月，美國(guó)占全球量子計(jì)算專利的40%，中國(guó)占15%，日本占11%，顯示出這三國(guó)在技術(shù)創(chuàng)新上的活躍度。

　　與中美相比，日本的量子技術(shù)依然處于追趕階段，但是，其研發(fā)路勁卻比中美來(lái)得廣闊。一般認(rèn)為，日本在量子保密通信方面的努力，尤其是在量子密鑰分發(fā)技術(shù)的研發(fā)上，已經(jīng)取得了領(lǐng)先全球的成果。

　　量子計(jì)算機(jī)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)如火如荼，日本的實(shí)力不容小覷，多元方式并進(jìn)或許有其翻盤(pán)的希望。日本能否后來(lái)居上？我們拭目以待。