隨着谷歌Willow量子芯片問世，當前量子計算發展可謂按下「加速鍵」。
回顧美股市場行情，自今年11月以來，特斯拉、Destiny Tech100等受益於特朗普贏得美國總統大選的相關「特朗普概念股」可謂漲勢如虹，博通等AI ASIC芯片股則受益於這種定製化AI芯片需求大爆發，還有一類主題11月以來的市場熱度以及漲幅可謂與前兩大主題並駕齊驅，那就是「量子計算」。隨着聚焦於「量子計算啓發式應用」的商業化愈發成熟，量子糾纏逐漸取得突破，以及與人工智能超級算力系統融合進展加快，屬於量子計算的「ChatGPT時刻」似乎越來越近。在華爾街資金湧入之下，與量子計算主題相關的股票漲勢也許遠未停止。
自11月以來，量子計算領域迎來包括行業發展以及宏觀經濟層面的衆多積極催化劑，推動美股與量子計算相關聯的「量子計算概念股」集體步入「瘋牛般股價暴漲模式」，尤其是自12月谷歌推出超級重磅的量子芯片——名爲「Willow」的量子芯片，引爆整個量子計算行業，該芯片或將推動量子計算商業軌跡步入加速曲線。根據谷歌當地時間12月9日的一份聲明，Willow量子芯片在基準測試中展示了驚人的性能，能夠在不到5分鐘內完成一個「標準的基準計算」，而傳統超級計算機完成同樣的任務需要10^25年。
在Willow重磅催化之下，IonQ Inc(IONQ.US) 自12月以來上漲超30%，Quantum Computing(QUBT.US)12月以來漲幅高達160%，D-Wave Quantum (QBTS.US)同期以來漲幅高達230%，Rigetti Computing(RGTI.US)12月以來漲幅則高達驚人的460%。市值高達2.4萬億美元科技「巨無霸」谷歌自12月以來股價漲幅在量子浪潮催化之下上漲超15%。
甚至長期以來被市場忽略的一隻聚焦於量子計算概念股的ETF——Defiance Quantum ETF(QTUM.US)，近日被多位華爾街分析師反覆提及，吸引資金大規模湧入，並且有望創下自2018年推出以來的最大規模月度現金淨流入。該ETF自12月以來漲幅高達20%，今年以來漲幅高達55%，已經創下該ETF上市以來表現最佳的一年。
Bloomberg Intelligence在一份關於量子計算的最新報告中表示：“量子計算正經歷着與去年AI幾乎相同的時刻。許多與量子計算相關的股票並沒有被ETF廣泛持有，因此Defiance Quantum實際上是市場上唯一的純粹量子計算ETF投資。如果看到更多與量子計算相關的基金上市，我不會感到驚訝。”
谷歌，以及這些量子計算概念股，自12月以來無比強大的股價拉升力度以及資金湧入規模絕非單純的散戶投機資金，華爾街同樣參與了這一輪量子計算超級上攻行情，這些資金蜂擁而至，甚至在不到一個月的時間一舉將曾在退市邊緣的Rigetti Computing總市值推至當前的50億美元附近，堪稱史無前例。在這些華爾街機構看來，「量子計算」這一投資主題已加入半導體、軟體Saas、雲計算、電力類公用事業以及減肥藥等熱門投資主題行列。
除了谷歌積極佈局量子計算，另一美國科技巨頭亞馬遜也在加碼佈局，亞馬遜AWS近日推出了一項名爲「Quantum Embark」的計劃，旨在探索「集成量子計算芯片與傳統芯片」的混合架構，幫助客戶們爲量子計算時代做好準備。
量子計算未來市場規模可謂無比廣闊，根據知名研究機構MarketsandMarkets的最新預測報告，2024年全球量子計算市場規模僅爲13億美元，預計2029年有望高達53億美元，預測期內年複合增長率高達33%。MarketsandMarkets表示，包括驅動量子技術的核心硬件基礎設施、量子計算部署(本地和雲)，以及量子計算加速所驅動的AI應用(比如融合量子計算的人工智能訓練/推理算力系統)在內的整個量子計算市場從2024年開始有望加速擴張，其中包括「啓發式量子計算應用」深度嵌入某些聚焦於研發的行業，大幅提升某些企業研發效率，以及量子糾纏取得重大突破，帶動可控且愈發精準的實用「量子計算機器」走向小範圍商業化。
此外，特朗普即將於1月重返白宮開啓第二任期，他承諾減少對大公司的監管和減稅，增加石油產量和嚴格的移民政策，這些都表明經濟增長和通脹將會走強，但這被視爲股市的利好因素。銀行、科技、國防和化石燃料等行業可能大幅受益，尤其科技方面，特朗普領導下的美國政府大概率將重點推動美國在人工智能、量子計算、核聚變以及航空航天等最前沿科技創新領域加速發展。
在華爾街，不少金融巨頭開始覆蓋上述在量子計算領域的上市公司。摩根士丹利近日一份投資者報告中表示：「我們無法確定量子計算股票在這段時間內升值的明確催化劑，但我們確實看到持續的積極跡象表明，對量子的投資將繼續快速增長。」“美國國會議員最近提出了一項法案，授權聯邦政府爲量子技術提供 27 億美元的資金。顯然，市場對量子科技到 2026 年參與 2000 億美元 AI TAM 的潛力充滿熱情。”
「啓發式量子計算應用」商業化進展加速，「量子糾纏」乃下一個關鍵里程碑
量子計算系統利用量子力學的特性，比如量子疊加和量子糾纏，提供了一種全新的計算範式，理論上能夠在某些特定領域極大程度超越傳統計算機的計算能力。
谷歌的Willow量子芯片完成的標準基準計算任務，正是依賴於量子計算的超強計算能力，例如通過量子比特的並行性和量子糾錯、量子干涉效應，使得量子計算機能夠在極短的時間內完成基準任務，而傳統超級計算機在模擬這些量子行爲時需要極其漫長的時間。
不過需要注意的是，包括谷歌在內，目前還沒有任何公司實現任何意義上可精準控制量子態且能夠實現大規模商業化的實用「量子計算」，並且距離這一量子加速的「最終形態」的差距非常遠。這也是爲什麼谷歌CEO劈柴哥(Sundar Pichai)在一份帖子強調Willow量子芯片爲「邁向打造實用量子計算機的重要步伐」，這也意味着谷歌在距離實現可控且商業化的「量子計算」也有着非常遙遠的距離。
目前這些量子計算公司提供的量子計算平台主要集中在入門級的啓發式量子計算應用上，應用範圍仍然非常狹窄。它們大多數只能夠解決特定行業與前沿研發密切相關聯的加速問題，並且扮演的是輔助角色，比如醫葯生物研發工程以及物理實驗室的大型研發項目。目前人類技術無法以通用的計算體系實現對於量子態的精準與穩定控制，尤其是在實現精準且可控的「量子糾纏」方面存在很大的技術瓶頸。
量子計算的商業化進程需要解決量子錯誤修正、量子比特的穩定性等一系列技術挑戰，以及需要糾纏深度與規模可控，且精準實現對於商業化而言最核心的特殊量子態——量子糾纏。量子糾纏指的是兩個或更多量子比特的量子態相互依賴，它們的狀態不能獨立描述;例如，如果兩個量子比特處於糾纏狀態，無論它們之間的距離多遠，對一個量子比特的測量結果將立即影響另一個量子比特的狀態。量子糾纏是量子計算的關鍵特性之一，它允許量子比特之間的超強關聯，這對於並行計算和解決某些問題至關重要。然而，當前技術尚未能夠實現大規模、長期穩定的量子糾纏。
不過即使是入門級的「啓發式量子計算應用」——比如離子阱、量子退火以及量子模擬等等，對於一些研發項目來說，已經具備非常重大的加速計算層面的意義。但是量子態仍然無法精準控制，在實際操作中，量子比特的狀態容易受到外界環境的干擾，導致量子退相干和量子錯誤，並且需要量子計算公司反覆試錯且僅限於特定的加速計算，成本方面也難以精準把控。
近期在美股股價大幅上漲的Rigetti Computing、IonQ、D-Wave Quantum 和 Quantum Computing Inc. 都是量子計算重要公司，它們在基於量子計算的加速方面具有不同方向。雖然這些公司取得了一些進展，但尚未實現真正意義上的大規模量子計算商業化，且它們的產品和服務主要集中在特定的前沿研發領域，基本上處於啓發式量子計算應用階段，應用範圍較爲狹窄。
隨着谷歌Willow量子芯片問世，當前量子計算發展可謂按下「加速鍵」，意味着後續對於這些量子計算概念股的催化可能愈發密集，無論是啓發式應用，還是關於精準度提升的量子糾纏研究，後續都有可能密集迎來積極催化劑，進而帶動這些量子計算股票價格持續大漲。
比如， Quantum Computing將應用其熵量子優化機 Dirac-3 來支持 NASA戈達德航天飛行中心的高級成像和數據處理需求，凸顯出啓發式應用與航空航天特定的前沿領域深度融合，以量子計算驅動的加速效應來全面升級某些領域的效率變革。具體來說，這個項目旨在利用Dirac-3解決相位展開問題，公司將幫助NASA以最佳方式重建圖像，並從雷達生成的干涉數據中提取信息。期間該量子計算公司將協助NASA在全尺度上展開干涉圖，從而提升數據質量和準確性。
IonQ 最新展示的 遠程離子-離子糾纏(Remote Ion-Ion Entanglement)則是量子計算領域中的一個重要突破，它涉及到通過量子通信技術在物理上分離的兩個離子之間建立起至關重要的「量子糾纏關係」，這種糾纏關係是實現 量子糾纏的關鍵步驟之一，特別是在構建 量子通信網絡 和 量子計算系統互聯 的過程中。
在一項最新的研究中，瑞士洛桑聯邦理工學院研究團隊成功讓6個機械振盪器集體處於量子狀態。這項研究標誌着量子技術向前邁出重要一步，爲構建大規模量子系統奠定了基礎。該研究團隊強調，量子運動通常僅限於單個物體，但在最新實驗中，它跨越了整個振盪器系統。這項最新的研究有望促進量子傳感技術，因此這一最新的量子研究進展或將推動應用場景更加廣泛且糾纏深度大幅升級、更加可控、效率更高的量子計算級別應用。
量子計算——推動人工智能發展的核心力量
量子計算的未來，大概率將是加速人工智能算力發展的核心引擎。量子計算不僅可以加速AI大模型訓練過程，解決AI推理系統中一些傳統計算難以解決的問題，甚至有可能在未來通過量子神經網絡等融合「AI+量子」的全新技術推動更高效的人工智能大模型開發，加快AI人形機器人這一人工智能時代最具顛覆性質的「賽博朋克式產品」滲透至全球。
量子計算基於量子力學的原理，與傳統的經典計算截然不同。量子計算機使用量子比特，而非傳統計算機的二進制位，並且量子比特能夠利用量子疊加、量子糾纏和量子干涉等量子基本特性來進行計算。這使得量子計算具備巨大的並行計算能力和指數級加速能力，這些能力對於人工智能訓練/推理系統的發展以及全面推向市場來說可謂提供宛如「開掛」般的助力，未來與人工智能應用相關的成本有望大幅下降且可能實現在極短時間內將人工智能大模型以及所謂的「具身AI」——主要包括AI人形機器人，覆蓋至全球大部分地區，帶來一場「工業革命級別」的人類生產率升級浪潮。
比如傳統AI大模型在處理數十億到萬億級別的參數時需要極高的計算能力，這也使得AI大模型的訓練和部署成本非常昂貴。大模型通常需要在巨大的參數空間中進行探索，而量子計算能夠利用量子疊加性在這些高維空間中快速找到有用的解。「量子神經網絡」則是一種結合了量子計算加速模式和神經網絡的混合架構，它能夠利用量子比特的疊加和量子糾纏性質，將使得神經網絡的訓練與推理範式更加高效且精準。雖然目前這一技術還處於研究階段，但它是量子計算與AI大模型全面結合的最佳潛力體現。
對於人類研發進程的推動，「AI+量子」比單純的AI或者單純的量子計算更具革新意義，量子計算能夠模擬傳統計算機無法高效模擬的複雜量子系統。結合人工智能，對於藥物設計、材料科學和分子模擬等領域的研究具有極其重大的意義，大模型將能夠藉助「量子計算加速範式」，實現更快速地處理複雜模型，從而推動醫藥、生物科技、氣象預報以及能源等行業的創新步伐呈現指數級加速。
雖然「AI+量子」目前處於最前研究領域，但這兩者的深度融合，或將是量子計算這一全新加速機計算模式落地大規模實際商業用途的最終目的地。目前「AI+量子」最大難題在於硬件端，如何設計出一個架構能夠完美整合二進制硬件算力基礎設施以及基於量子位的量子計算基礎設施。
後續關於「AI+量子」的任何進展，或將是全球量子概念相關股票的最重磅催化劑，因此IBM與谷歌這兩大處於量子計算研究最前沿科技巨頭的量子計算進展至關重要。IBM去年這個時候曾展示一款全新的量子計算芯片以及量子計算機器，該公司當時表示，希望這些全新的芯片和機器能夠在10年後成爲更大型的應用體系的基石。IBM這一量子計算機器有可能實現量子糾纏的精準操作以及提升糾纏的深度，並且可能在融合量子比特與二進制算力基礎設施方面取得進展。
IBM最近發佈的Eagle芯片和Condor芯片等量子處理器，是其量子計算發展規劃的一部分，旨在通過量子比特的擴展和量子糾纏的深度的提升，推進量子計算機的規模和計算能力。此外，IBM在上述的量子計算機器中展示了一種新方法：將芯片連接到機器內部，再將部分量子機器連接到一起，以此來形成全新的模塊化系統，使規模的擴展不受物理條件限制，當與新的糾錯碼相結合時，可以在2033年前生產出引發全球關注的全新量子計算機。IBM希望這款芯片和機器能在10年後成爲更大規模應用體系的基石。IBM博文指出：“我們已經進入了量子計算的新時代，因爲過去幾十年的主題是這項新技術出現和建立，現在則是奠定基礎，讓量子計算徹底成爲現實以及實現商業化。