2025 年諾貝爾物理學獎得主 John Martinis 聯合 HPE 及七家全球科技領導企業，10 日宣布成立「量子擴展聯盟」（Quantum Scaling Alliance），目標是五年內創建全球首台可大規模量產的實用量子超級電腦。這項跨產業合作整合超級電腦製造商 HPE、半導體設備龍頭應用材料（Applied Materials）、晶片設計工具龍頭 Synopsys 等八家機構的核心技術，力求突破量子運算長達 30 年的商業化瓶頸。聯盟由 HPE 實驗室量子系統架構師 Masoud Mohseni 博士統籌，運用現有半導體產線工具，將量子電腦從實驗室概念推向工業級應用規模，徹底改變製藥、材料科學及金融風險管理等發展。
科技巨頭為何此刻押注量子運算
量子運算產業正迎接轉捩點，全球市場規模預估從今年 35.2 億美元，以年複合增長率 41.8% 急升至 2030 年 202 億美元，這波投資熱潮源於 Google 與 IBM 近期接連突破：Google 10 月發表 Quantum Echoes 演算法，以 Willow 量子晶片執行速度比傳統超級電腦快 13,000 倍，首次證明量子電腦能用真實硬體超越傳統運算系統。IBM 則宣布成功以 AMD 常規晶片執行關鍵量子演算法，並 2029 年推出 Starling 完整量子系統。產業領袖普遍認為，經過數十年基礎研究積累，量子運算已從「遙不可及的夢想」轉成「可以實現的工程挑戰」。IBM 量子計畫負責人 Jay Gambetta 表示：「我們確信已破解難題，可在 2030 年前做出這台機器。」
量子擴展聯盟採取「全棧整合」策略，每個成員負責專精領域。HPE 貢獻超級電腦整合力，負責將量子系統與傳統高效能運算（HPC）無縫融合；應材提供材料工程及半導體製造專業，2025 年第三季研發投入達 9.01 億美元，專注量子晶片製造。Synopsys 投入 6.25 億美元研發量子模擬工具及電磁模擬技術，EDA 工具對設計超導量子位元非常重要。Martinis 創辦的 Qolab 負責量子位元及電路設計，Quantum Machines 提供混合量子─傳統控制系統，Riverlane 專攻量子錯誤校正。威斯康辛大學貢獻演算法與基準測試研究，1QBit 負責容錯量子錯誤校正模擬。這種橫向整合打破過去各自為政的研發困境，Mohseni 博士強調：「量子運算要成為可行的長期運算典範，必須與傳統超級電腦系統整合實現規模化」。
諾貝爾技術如何解決 30 年難題
John Martinis 因在 1980 年代證明量子穿隧效應可在宏觀電路發生，與 John Clarke 及 Michel Devoret 共同獲 2025 年諾貝爾物理學獎，奠定現今超導量子位元的理論基礎。量子電腦目前最大挑戰是錯誤率過高：量子位元極易受環境干擾而喪失算力，這個問題已困擾科學家近 30 年。Google 2024 年底推出的 Willow 晶片首次突破錯誤校正門檻，實驗顯示當量子位元陣列從 3×3 擴展到 7×7 時，邏輯錯誤率反而下降，證明規模化不會再導致錯誤惡化。
量子擴展聯盟計劃運用「表面碼」（surface code）等先進錯誤校正法，將多個「物理量子位元」組合成單一「邏輯量子位元」，以冗餘設計提升穩定性。Martinis 在 Synopsys 高峰會透露，聯盟將大量使用電磁模擬技術改良量子裝置設計，「因這些裝置的建造方式使模擬變得非常困難，而 Synopsys 在 GPU 叢集運算和問題分解方面經驗豐富」。目標是創建可在接近室溫的環境下操作，並使用標準晶片製造工具生產的量子處理器。
三大產業率先受惠量子革命
製藥業為量子運算最具商業價值的應用場景之一。傳統電腦難以模擬複雜的分子結構，量子電腦能精確計算配體─蛋白質結合強度、分子穩定性及毒性等關鍵參數，大幅縮短藥物從篩選到臨床測試時間。Google Quantum Echoes 演算法已成功用於分子幾何運算，與加州大學柏克萊分校的合作實驗，以核磁共振數據測量 15 個原子和 28 個原子分子結構，準確度與傳統 NMR 相當，但能揭示過去無法觀測的資料。法國 Qubit Pharmaceuticals 等公司已開始運用量子模擬改善 AI 藥物發現模型，處理與阿茲海默症、帕金森症相關的蛋白質摺疊等。
金融業則看重量子電腦對風險管理、投資組合最佳化及詐欺偵測潛力，量子系統能同時評估數千種投資組合，模擬各種市場情境，以降低金融危機風險。半導體製造本身也將受惠：應材等成員預估量子模擬能加速新材料開發，特別是電池及下代晶片材料。Martinis 提到量子電腦可能解決「半導體製造及可持續肥料生產等過去認為無法克服的挑戰」。
商業化時間表：2030~2035 年藍圖
產業專家對量子運算商業化時間表已達成共識：2030 年前將出現廣泛適用的容錯量子電腦，能解決多個產業的商業問題。Google 量子 AI 負責人預測約五年內（2030 年左右）將出現實際商業應用，涵蓋醫學、能源及材料科學領域。IBM Starling 鎖定 2029 年上線，Quantinuum 規劃 2029 年推出 Apollo，通用型完全容錯量子電腦，並與美國國防高等研究計劃署（DARPA）合作，目標 2033 年實現公用規模系統 Lumos。企業大規模採用多在 2032~2035 年，屆時雲端平台及專業化應用將使量子運算更易普及。全球已有超過百套量子運算系統運行中，包括工業級機器及雲端平台，IBM Quantum Experience 自 2016 年開放大眾使用，個人能在網路以真實量子硬體執行電路。
量子擴展聯盟成立代表產業從各自為政轉向生態系合作，HPE 第三季營收達 91 億美元，按年增長 19%，自由現金流為 7.9 億美元，顯示有充足資源投入長遠量子基礎建設。McKinsey 預估 2030 年量子運算產業營收及外部資金將達 160 億至 370 億美元。
對企業的啟示與未來展望
量子擴展聯盟成立代表量子運算進入「工業化」新紀元，企業決策者應密切關注三個趨勢：首先，量子─傳統混合系統將成為主流架構，而非獨立運作的量子電腦；其次，現有的半導體供應鏈將成為量子硬體生產主力，降低大規模製造的門檻；第三，藥物開發、金融建模及材料設計等高價值應用將率先獲得投資回報。全球已有超過 30 國啟動國家級量子計畫，超過 120 個專屬量子實驗室開始運作，單 2023 年便簽署超過 60 項企業與量子解決方案供應商的合作協議。
對期望提前佈局的企業，專家建議優先投資如聯盟成員等具備多元專業及穩健財務體質的基礎設施領導者。Google、IBM 及新成立的聯盟接連突破瓶頸，量子運算「何時」實現已不再是問題，關鍵在企業「如何」準備迎接這場運算典範轉移，把握從概念驗證邁向商業應用的五年黃金窗口期。
（本文由 Unwire Pro 授權轉載；首圖來源：Pixabay）
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