别再等量子计算机普及了，Q-CTRL CEO：实用量子计算时代已经到来

量子计算多年来既令人兴奋，又备受质疑。支持者将其视为80年来第一种全新的计算架构，而批评者则认为，量子计算面临的重大技术挑战将使其在数十年内难以进入主流应用。量子基础设施软件公司Q-CTRL正试图将这场讨论从理论层面转向实用层面。

这家总部分别位于洛杉矶和悉尼的公司本周宣布，在IBM公开可用的硬件上，首次实现了"实用量子优势"的演示。针对一项涉及先进材料中电子行为的商业材料科学问题，Q-CTRL表示，其性能比最优传统计算方案高出3000倍，同时保持了可接受的计算精度。

对于首席执行官Michael Biercuk而言，这项公告的意义远不止于基准测试成绩。他相信，量子系统已经跨越了"能够解决真实世界问题"的门槛，尤其是在化学、材料科学、导航和优化等领域。

"实用的量子计算机已经到来，"Biercuk在波士顿举行的IBM Think 2026大会接受采访时表示，"我们让一台IBM机器在一个人们真正关心的现实问题上，表现优于最佳的传统计算方案。"

量子优势的实现

本次演示涉及对强关联电子材料的模拟，这类问题对传统超级计算机而言极为棘手。深入理解此类材料，可推动超导性、高能量密度电池化学及先进光伏行为等领域的研究进展。

其中最令人着迷的谜题之一，是高温超导体的行为——这类材料能在相对较高的温度下实现无阻力导电，但其背后的物理机制至今仍不明朗。

"我们仍不清楚其中的原因，"Biercuk谈及上世纪80年代首次发现的这类材料时说道。

传统模拟方法之所以面临巨大的计算压力，是因为电子相互作用会随系统规模呈指数级增长。而量子计算机本身遵循与材料相同的量子力学规律，因此在规模化计算相互作用时更具天然优势。

Biercuk的乐观态度与"量子计算距离实用尚需多年"的普遍观点相悖。许多研究人员仍指出一系列持续存在的技术障碍，包括量子信息基本单元量子比特（qubit）的脆弱性、较高的错误率，以及量子硬件对极低温环境的严苛需求。

解决这些问题可能需要数年时间，甚至未必能够完全解决，但Biercuk认为，软件今天就可以克服许多最棘手的问题。他以纠错算法为例进行类比——这类算法能够补偿半导体中因噪声、干扰或物理缺陷造成的数据错误。

Q-CTRL由Biercuk创立，距今已近九年。他拥有哈佛大学物理学博士学位，曾是一名专注于量子控制工程的教授。公司专注于开发旨在稳定和优化量子系统的基础设施软件，而非自行研制量子计算机，而是致力于提升现有硬件平台的性能。

让硬件发挥最大潜能

"核心在于我们叠加在平台之上的基础设施软件，"Biercuk说，"软件能让硬件真正发挥潜力。"

Q-CTRL的软件能够抑制错误、优化量子比特的使用，使现有量子硬件能够执行比以往规模更大、精度更高的计算任务。其软件流水线可自动完成多项任务，例如为特定算法选择最优量子比特、减少量子比特之间的干扰，以及将测量误差降至最低。

公司表示，这些优化措施使其能够运行涉及超过14000次纠缠操作的算法。在量子纠缠中，粒子共享单一的量子态，一个粒子的行为会即时影响另一个粒子，而正是这种纠缠赋予了量子计算机指数级的处理能力。

Q-CTRL在其他领域也已展现出商业可行性。去年，公司发布了一套不依赖GPS的导航系统，利用量子传感器和基于软件的误差抑制技术，检测地球磁场的微弱变化，可在GPS信号不可用或遭到干扰时作为备用导航手段。

目前，公司正将重心从验证精度转向探索新的科学领域。

"既然我们已经知道精度在最佳替代工具的1%误差范围之内，也能够在特定情境下展示我们已知的物理规律，现在我们就可以去探索未知了，"Biercuk说。

他指出，高能量密度电池材料、光伏系统和化学动力学等领域，都是量子模拟可能加速科学发现的方向。例如，研究人员未来或许能够在实物合成之前，就对光与特殊材料的相互作用或新化合物的行为进行建模。这将实现新化合物的虚拟发现，把研究周期从数年压缩至数月，同时大幅降低成本。

量子计算在优化问题上同样大有可为，包括物流路线规划、交通调度和军事车队规划等场景。

Q-CTRL的技术已吸引洛克希德·马丁公司和空客公司等客户，部分早期商业部署已投入使用。

以软件弥补硬件不足

与材料科学项目类似，导航系统也在很大程度上依赖软件来补偿硬件缺陷。Biercuk将其视为整个行业的共同主题。"我们用软件打破了这些壁垒，"他说。

Biercuk并不认为量子计算机会成为取代传统处理器的通用计算设备。他认为，量子计算机将逐步演变为融入混合工作流的专用加速器，就像如今图形处理器（GPU）与CPU协同工作一样。

"有很多事情量子计算并不擅长，"他说，"我们不把它视为通用处理器，就好比你不会在GPU上运行Windows一样。"关键的创新在于高级编程语言的发展，使开发者能够在量子硬件和传统硬件上透明地混合调用操作。

"现在操控这些机器的方式，相当于在使用汇编语言，"他说，"你需要自己负责数据搬运、操作选择、任务调度和错误消减。我们相信，抽象化才是关键，让具备通用IT技能的人也能在现有工作环境中充分利用量子计算机。"

Q-CTRL的最新成果有望加剧各界对量子计算商业化进程的讨论。出席Think大会的与会者聆听了IBM首席执行官Arvind Krishna的有力表态，他认为量子计算商用的时机已经成熟。

"那些对此持否定态度的人，把它当成一个尚未解决的科学问题，"他在周二的主题演讲中说，"但这已经不再是事实。它今天是一个工程问题。而当一件事从科学走向工程，问题就不再是'能不能实现'了。我们相信，量子优势将在今年实现。"

Q&A

Q1：Q-CTRL是如何实现量子优势的？

A：Q-CTRL通过其自研的基础设施软件，叠加在IBM公开量子硬件之上，实现了对量子比特的误差抑制和性能优化。在一项涉及先进材料中电子行为的材料科学问题上，Q-CTRL实现了比最优传统计算方案高出3000倍的性能表现，同时保持了可接受的计算精度，并成功运行了涉及超过14000次纠缠操作的算法。

Q2：量子计算目前能应用在哪些实际场景？

A：目前量子计算已在多个领域展现出实用价值。在科学研究方面，可用于模拟强关联电子材料，推动超导性和高能量密度电池等领域的研究；在导航方面，Q-CTRL已推出不依赖GPS的量子传感导航系统；在工程优化方面，也可应用于物流路线规划、交通调度等问题。洛克希德·马丁和空客已成为其早期商业客户。

Q3：量子计算机会取代传统计算机吗？

A：Q-CTRL CEO Biercuk认为，量子计算机不会成为取代传统处理器的通用计算设备，而是会演变为融入混合工作流的专用加速器，类似于GPU与CPU的协同关系。量子计算擅长处理特定类型的问题，如化学模拟、材料建模和优化问题，但并不适合所有计算任务。未来的关键在于开发高级编程语言，让更多通用IT人员能够便捷地调用量子计算能力。