IBM的量子豪赌：老牌巨头如何让硅谷新贵望尘莫及？
投资者们正争先恐后地向量子技术初创公司投入巨资。但或许，他们更该关注这家资历深厚、创新经验丰富的老牌企业。
半个世纪前，纽约州波基普西市的IBM工厂全力运转，大量生产计算机硬件。大型机业务带来的丰厚利润，让员工享受优渥待遇，为科研项目提供资金，也让IBM凭借高额股息成为全球市值最高的企业。
如今，IBM规模虽不如往昔，收入核心已转向软件业务——计算机程序与商业服务。但公司正全力研发新型机器，有望让波基普西重现辉煌，这里将成为量子计算机的组装基地。这种特殊设备，专门攻克普通计算机难以解决的数学难题。
若量子技术能实现其潜力，将助力工程师在药物、疫苗、电池和化工产品设计上实现跨越式发展。波士顿咨询集团去年预测，到2040年，量子硬件和软件供应商的年营收将达900亿至1700亿美元。
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本世纪初，IBM就已投身这项快速发展的技术研究。
46岁的澳大利亚物理学家杰伊·甘贝塔（Jay Gambetta）主导着这项工作，他管理着分布在六大洲的3000名研究人员。量子技术研究是他职业生涯的核心，他绝不会在此吝于投入。
2011年，甘贝塔在耶鲁大学完成博士后研究后，先在滑铁卢大学任教，随后加入位于波基普西工厂以南39英里的IBM沃森研究中心。他表示：“我热爱教学，但更想投身实际研发工作。”
量子比特是量子计算机存储信息的基本单元，其构建方式多样，每种都可能在实用量子计算机研发竞赛中领先。
光子的量子化特性为爱因斯坦赢得诺贝尔奖，也成为部分实验性量子计算机的量子比特基础；离子（带电原子）可作为量子系统基础；还有一种思路是利用硅片上微型超导线路中的电流构建量子比特。甘贝塔加入沃森研究中心不到三年，便与同事决定押注第三种方案，放弃光子学、离子阱等方向。
超导方案需将芯片冷却到仅比绝对零度高1/70度的温度，这是超导体正常工作、保护精密电子运动免受热噪声干扰的必要条件。芯片运算元件名为“transmon”，由微波脉冲控制，运行指令来自旁边的传统计算机。
该方案有几大优势：极低温度可通过市售设备实现，芯片制造是IBM核心强项，微波技术（与手机微波技术相似）对电气工程师而言驾轻就熟。甘贝塔说：“我们无需从零发明技术，凭借50年积淀的雷达和微波技术，就能生成精准纯净的微波‘音符’进行量子运算。”
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除IBM等研究量子计算的大企业外，众多初创公司也宣称取得技术突破、描绘宏伟蓝图，但要实现巨大商业价值，它们还有很长的路要走。
尽管如此，这些公司仍受投资者热捧。
新泽西州霍博肯市一家公司是热门标的之一。它最初销售喷墨墨盒失败，转向饮料分销也未成功，后更名为“量子计算”（Quantum Computing），开始销售光子学产品。其官网写道：“愿景是让十亿人用上量子技术。”该公司近期市销率高达9500倍。
但愿景终究是愿景，造出能实际运行的机器才是关键。IBM在波基普西工厂、研究实验室及欧亚地区都部署了可运行的量子计算机。莫德纳、克利夫兰医学中心、橡树岭国家实验室等机构的科学家，正用这些机器运行测试程序，为未来速度更快、规模更大、容错能力更强的量子计算机准备适配算法。
谷歌也选择了transmon技术路线。会不会有完全不同的技术方案最终胜出？甘贝塔认为可能性不大，但仍保持关注。他特意从采用其他技术的竞争对手那里挖来工程师，让他们找出IBM技术方案的缺陷。
部分竞争对手在小规模实验中取得亮眼成果，但要将技术拓展到大型机器，量子元件和控制电路的制造精度需大幅提升。甘贝塔反问：“你们有技术规模化计划吗？有能力建设配备完善封装工艺的晶圆厂吗？”
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此外，量子比特存在易出错问题。随着计算程序复杂化、涉及量子比特数量增加，错误会不断累积，最终导致计算结果失去意义。
研究人员正研究各种纠错方法，如利用冗余量子比特相互校准，但这会增加系统复杂性，带来更多故障风险。
谷歌宣称研发出性能大幅提升的纠错系统，IBM也在科学期刊上公布了自己的纠错方案。甘贝塔表示：“我们拥有最透明的规模化纠错技术路线图。”
量子计算原理源自一个世纪前发现的两个奇特自然现象。一是微观层面，物体位置和属性并非确定不变，观测时可能出现在不同位置，就像“上帝在掷骰子”；二是两个不同物体可相互“纠缠”，即便相隔很远，测量其中一个的状态也会影响另一个，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。
纠缠现象并非只发生在亚原子尺度。
今年诺贝尔物理学奖授予了证明纠缠现象可在肉眼可见距离发生的科学家。基于这一发现，IBM工程师不断突破微波技术边界，以模块化方式扩大量子计算机规模，计划将多个装有超冷超导芯片的机柜通过线路连接（机柜间距数英尺），让不同机柜中的量子比特产生纠缠。若爱因斯坦看到这一幕，想必会十分惊讶。
传统计算机运算遵循确定性规则，0会按精确规则变为1；量子计算机运算则带有模糊性，向量子比特发送脉冲信号会使其状态向某一方向偏移。若这些被称为“量子门”的脉冲排列巧妙，且能同时作用于纠缠的量子比特，就会逐步将每个量子比特的可能值推向0或1，最终共同给出问题的可能解。这一过程复杂，需多次脉冲循环，超导芯片还需频繁向传统计算机“请教”下一步运算指令。
以先锋领航为例，其需维护规模达440亿美元的免税债券交易型开放式指数基金，可供选择的债券至少有6.3万种，要从中挑选9800种，在保证可观收益的同时降低风险。比如，同时投资芝加哥和伊利诺伊州存在风险，两地都可能因工会要求增加养老金而陷入财务困境。此外还有诸多限制条件（如控制平均到期期限在特定范围），这一任务成为一道数学难题。
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目前，尚无法找到这个问题的最优解。先锋领航只能依靠传统计算机得出尚可接受的答案，这一过程需数分钟，涉及数百万亿次运算。
量子计算为获得更优解提供了可能。在近期实验中，IBM与先锋领航合作，探索从109种证券中做出最优选择。若用先锋领航的传统计算机逐一尝试所有组合，所需时间比宇宙年龄还久，显然不现实。
而量子计算机无需按顺序验证每种组合，它能同时处理所有可能性，通过微波“音符”逐步运算逼近最优解。经过4200次量子门操作后，量子计算机找到了答案。
要为先锋领航这样的客户提供实用服务，IBM还有很长的路要走。
IBM计划2029年在波基普西打造一台房间大小、具备容错能力的模块化量子计算机，能运行1亿次量子门操作。甘贝塔表示，在此之前，规模较小的量子计算机将与传统计算机协同工作，在投资组合优化等实际任务中展现出超越纯传统计算机的性能。目前，IBM已获得价值10亿美元的量子服务订单承诺。
人们容易将IBM视为保守老派的企业，认为它擅长为银行和航空公司提供可靠服务，却难以在前沿领域击败灵活的初创公司。但需注意的是，IBM百年管理层多为销售人员出身，如今的首席执行官阿尔温德·克里希纳（Arvind Krishna）是拥有电气工程博士学位的技术专家，他也曾担任过甘贝塔目前的职位。
霍博肯的光子学量子技术公司会不会超越专注transmon的IBM？一切皆有可能。当然，它也可能重操旧业，继续卖汽水。
本文作者为福布斯资深撰稿人，文章内容仅代表作者本人观点。
本文译自：https://www.forbes.com/sites/baldwin/2025/11/25/inside-ibms-quest-to-win-the-quantum-computer-race/
原文标题：《探秘IBM的量子计算机竞赛胜出之路》
本文来自微信公众号 “福布斯”（ID：forbes_china），作者：William Baldwin；翻译：Lemin，36氪经授权发布。
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