硬件还在冲刺，但真正的竞争正在转向软件！

长久以来，量子力学被视为薛定谔那只“既死又活”的猫，是物理学家在黑板上争论的哲学悖论。但在过去几年间，我们见证了量子技术从“令人费解的理论”到“革命性工程实体”的跨越。以谷歌的Willow芯片突破纠错阈值、IBM实现单芯片容错组件集成，以及Quantinuum演示94个逻辑量子比特等为标志，硬件的底层逻辑已经确立。

然而，正如Moth公司首席执行官肖恩·哈珀（Sean Harpur）表示：“真正的量子竞赛正在从硬件转向软件。”比如，IBM近期对量子软件初创公司SQK和Qodex Quantum的战略投资，正是行业风向转变的一个缩影——资本开始绕过硬件军备竞赛，直接押注于能够解锁量子价值的应用层。

当然，从个人计算机时代到智能手机时代再到现在的AI大爆发时代，历史的轨迹也都指向了同一个结论，那就是，真正改变世界的技术，是那些软件能够解锁新能力和新产业的技术。

理解这一转变的深层逻辑，需要我们回到量子计算发展的历史纵深中去，追溯这条路一步一步走来的脉络，才能清晰判断我们此刻究竟站在哪里，以及前方的道路通向何方。

物理学的百年积累

量子计算的理论根系可以追溯到20世纪初。1900年，马克斯·普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck）提出能量量子化假说，由此开启了量子力学的大门。爱因斯坦、玻尔、薛定谔、海森堡先后建立起叠加态、波函数、量子纠缠、不确定性原理等核心理论框架。但这些物理学成就彼时并未与计算产生直接关联。

真正的转折点出现在1981年。诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼（Richard Phillips Feynman）在一次学术会议上提出了一个深刻的洞见：随着系统规模扩大，在经典计算机上模拟量子系统会呈现指数级的低效，而一台受量子力学控制的机器则可以避免这种困境。这就是我们熟知的“自然不是经典的，如果你想模拟自然，最好做成量子力学的机器。”该论文于1982年正式发表，被视为量子计算概念的正式起点。

1985年，牛津大学的大卫·多伊奇（David Deutsch）在《皇家学会会刊》上发表论文，正式构建了“通用量子图灵机”模型，并引入了“量子并行性”这一关键概念——量子系统能够同时处理多个叠加状态，这是经典计算机从根本上无法实现的能力。

理论落地的关键突破来自算法创新。1994年，彼得·肖尔（Peter Shor）提出了能够高效分解大整数的量子算法，使整个领域的战略意义骤然提升——因为RSA等广泛使用的加密体系正是建立在大整数分解的计算困难性之上。两年后，洛夫·格罗弗（Lov Grover）提出量子搜索算法，相较于经典搜索实现了二次加速。这两类算法共同确立了一个命题：量子系统在特定、明确定义的问题上能够系统性地超越经典系统。

硬件实验探索始于上世纪90年代末。从1998年开始，研究人员利用核磁共振（NMR）系统进行实验演示，用两量子比特系统首次实验性地运行了量子算法。此后，超导量子比特、离子阱、中性原子、光子系统等多种硬件路线同步发展，量子计算从理论迈向了实验室现实。

硬件的繁荣与局限

2016年是现代量子计算商业化进程中的重要年份。IBM将量子硬件开放为云服务，首次允许全球的研究人员和开发者通过浏览器在真实量子硬件上运行程序。这一决策将量子计算的参与门槛大幅降低，标志着该领域从封闭的实验室走向开放的生态系统。大量高校、企业研究院和独立开发者由此得以进入量子计算领域，为后续软件工具和量子算法的多样化探索奠定了社区基础。

然而，开放访问揭示的不仅是量子计算的潜力，更是其当下阶段的根本局限。2018年，加州理工学院教授约翰·普雷斯基尔（John Preskill）提出“NISQ”（含噪声的中等规模量子时期）这一术语，用以描述当时处理器的特征：量子比特数量在增加，但噪声和错误率依然过高，无法支撑可靠的通用计算。

2019年，谷歌宣布其53量子比特的Sycamore处理器在200秒内完成了一项特定采样任务，声称全球最快超级计算机需要耗费约一万年。这一“量子优越性”声明震动业界，尽管IBM随后对经典计算时间估计提出质疑，2022年中国科学院研究人员也展示了经典方法可在数小时内完成同等任务——但争议本身恰恰说明，这一阶段的核心叙事依然是硬件性能的对比与竞争。

总之，NISQ时代的最大局限在于，错误率制约着系统的可靠性，逻辑量子比特的实现依赖多个物理量子比特的纠错冗余，而这一转变在工程层面极为复杂。量子操作的精度、退相干时间、解码器速度、制造良率……每一个环节都是必须攻克的工程难题。

容错的曙光

进入2020年代，量子计算领域最重要的里程碑已不再只是“量子比特数量创新高”，而是系统性地朝向容错量子计算（FTQC）迈进。

2023年6月，IBM与加州大学伯克利分校在《Nature》期刊发表研究成果，证明127量子比特的Eagle处理器在物理模拟中产生了超出经典超级计算机暴力验证范围的精确结果。IBM将此定义为“量子效用”时代的开始——NISQ器件开始产生真正的科学价值。

同年，哈佛大学联合QuEra计算、麻省理工学院、NIST/UMD团队，在《Nature》期刊发表了首个大规模可编程逻辑量子处理器的研究成果：48个逻辑量子比特，利用可重构的中性原子阵列在多达280个物理量子比特上执行复杂算法。哈佛量子计划联合主任米哈伊尔·卢金（Mikhail D. Lukin）指出：“量子纠错和容错的基本理念开始结出果实。”

2024年底，谷歌的Willow芯片完成了该领域期待已久的一项里程碑——阈值以下错误纠正：增加更多物理量子比特，逻辑错误率反而下降，而非上升。这一关系自1990年代即被理论预言，但在此之前从未在如此规模的系统中得到实验验证。

2025年11月，IBM的Quantum Loon处理器在单芯片上集成了容错量子计算所需的全部硬件组件，包括兼容qLDPC架构的纠错设计、长距离量子比特连接的c耦合器，以及在480纳秒内实现实时错误解码的解码器——纠错速度较计划提前整整一年实现10倍提升。

2026年3月，Quantinuum在离子阱处理器上实现了迄今最大规模的超出盈亏平衡的逻辑量子比特演示——94个带错误保护的逻辑量子比特，编码量子比特的表现优于未保护的物理硬件，证明纠错确实在降低而非增加系统的有效错误率。

与此同时在密码学领域，美国国家标准与技术研究院（NIST）于2024年8月正式发布首批后量子密码标准，要求RSA-2048和ECC-256等传统加密方案于2030年前完成迁移、2035年后全面禁用，这是量子计算对现实世界安全基础设施构成的最直接政策压力，也是量子计算从研究走向监管议程的重要信号。

竞争重心从硬件转向软件

上述一系列硬件进展令人振奋，但它们正在推动一个更深层的转变浮出水面。

回顾计算技术的历史，每一次重大计算范式的转变都遵循相似的路径：基础设施建设期之后必然跟随着软件驱动的应用爆发期，而后者往往才是真正创造经济价值与社会影响的阶段。个人计算机时代，文字处理器和操作系统让机器对数百万人变得有用；智能手机时代，应用生态系统的爆发远比设备本身影响更为深远；AI时代，ChatGPT等软件工具将实验室模型带入日常生活——而非更大的模型参数本身。

量子计算正在接近同样的转折点。

IBM近期对量子软件初创公司的投资——包括SQK和Qodex Quantum——是一个鲜明信号，表明行业已经开始将关注重心从“硬件多强”转向“能用它做什么”

当然，在全球范围内，软件生态的竞争也是非常激烈的。

在全球范围内，软件生态的竞争同样激烈。IBM的Qiskit、Google的Cirq、微软的Q#、英伟达的CUDA-Q等早已不再是单纯的编程框架，更准确来说，这些软件生态已成为企业锁定用户的“护城河”。

我国量子企业也有所动作。2026年2月，中国首款自主研发的量子计算机操作系统“本源司南”正式开放下载，并已部署在“本源悟空”量子计算机上。它不仅控制了超导、半导体等多种物理体系，更重要的是实现了“量超协同”

而在近期，美国能源部更是宣布了一项国家级大挑战，目标是2028年前实现首台可编程的容错量子计算机。耶鲁物理学家史蒂文·吉尔文（Steven M. Girvin）在接受采访时称这一时间表“非常乐观但值得追求”。

无论如何，容错量子计算机即将从理论工程走向工程现实，而此刻软件层的布局，将直接决定谁能在量子应用时代占据先机。

当然，我们需要知道的是，量子软件的发展并不依赖容错量子计算机的完成才能开始。

事实上，正是在NISQ时代的约束下，软件工程师被迫探索出了一批极具创意的量子-经典混合算法，如变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）等。这些算法能在特定问题上产生超越经典的价值，同时也为未来容错时代的软件设计积累了宝贵的工程经验与用户洞察。

结语

从普朗克1900年的量子化假说，到2026年Quantinuum的94个逻辑量子比特——这段历史既是人类智识的巨大跨越，也是无数工程挑战被逐一攻克的艰辛过程。百年积累，让量子计算从思想实验变为可触碰的物理现实。

然而，历史一再证明，基础设施本身从不创造价值，能够将基础设施转化为用户价值的软件与应用，才是每次技术革命的真正主角。互联网如此，移动互联网如此，AI如此，量子计算同样不会例外。

当容错量子计算机在2028至2029年间逐步成为现实，一个核心问题将浮出水面：谁的量子软件已经准备好了？

这不是一个留给未来回答的问题。这是当下正在发生的竞赛，只是大多数人还没有意识到自己已经身处赛场之中。

[1]https://quantumzeitgeist.com/a-complete-history-of-quantum-computing/

[2]https://thequantuminsider.com/2026/04/21/guest-post-why-the-real-quantum-race-is-shifting-from-hardware-to-software/

[3]https://thequantuminsider.com/2026/04/24/history-of-quantum-computing/#Key_Milestones

[4]https://scitechdaily.com/how-quantum-mechanics-went-from-baffling-theory-to-revolutionizing-modern-technology/