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量子计算：从比特突破到实用落地，重构全球信息技术格局

来源：晰数塔互联网快讯时间：2026年01月29日 02:36

在信息技术飞速发展的今天，传统计算机的发展正面临“摩尔定律失效”的瓶颈——随着芯片制程不断缩小，晶体管的尺寸逐渐接近物理极限，传统计算机的算力提升速度放缓，难以满足人工智能、密码学、材料研发等领域对海量算力的需求。在这样的背景下，量子计算应运而生，它以量子力学为理论基础，利用量子叠加、量子纠缠等独特的量子特性，实现了算力的指数级提升，被视为“下一代信息技术的核心”，将彻底重构全球信息技术格局。2026年，随着中国“祖冲之三号”、谷歌Willow等量子计算原型机的持续迭代，量子计算正从“实验室比特突破”迈向“实用化试点应用”，开启全新的计算时代。

量子计算的核心原理：量子特性赋能，实现算力飞跃。传统计算机以二进制比特为基本单位，每个比特只能处于“0”或“1”两种状态之一，算力的提升依赖于比特数量的线性增加；而量子计算以量子比特为基本单位，量子比特具有“量子叠加”和“量子纠缠”两大独特特性，让量子计算拥有了传统计算机无法企及的算力优势。量子叠加指的是，一个量子比特可以同时处于“0”和“1”两种状态的叠加态，n个量子比特可以同时表示2ⁿ种状态，算力随着量子比特数量的增加呈指数级增长——例如，10个量子比特的算力相当于2¹⁰=1024个传统比特的算力，100个量子比特的算力则相当于2¹⁰⁰个传统比特的算力，远超当前全球所有超级计算机的算力总和。量子纠缠指的是，两个或多个量子比特之间存在一种神秘的关联，无论它们相距多远，一个量子比特的状态发生变化，另一个量子比特的状态会瞬间发生相应变化，这种特性让量子计算能够实现多量子比特的协同计算，进一步提升算力效率。

全球量子计算发展格局：中美引领，多国协同攻关。目前，全球量子计算的发展呈现“中美引领、欧洲跟进、日韩追赶”的格局，中国和美国在量子计算核心技术、原型机研发等领域处于领先地位，不断刷新量子比特数量和计算性能的纪录。2025年3月，中国科学技术大学联合国内科研机构，成功构建了105比特超导量子计算原型机“祖冲之三号”，相关成果发表于《物理评论快报》，标志着中国超导量子计算在比特数上实现重大突破，实现了对海外同类原型机的弯道超车。“祖冲之三号”采用超导量子比特技术，在量子相干性、量子门操作精度等方面达到国际领先水平，能够完成传统超级计算机难以处理的量子模拟、量子优化等任务，为量子计算的实用化奠定了基础。

与此同时，美国在量子计算领域也持续发力。谷歌在其105比特量子处理器Willow上，开展了量子纠错相关实验，首次在实验层面验证了随着系统规模扩大，逻辑量子比特的稳定性能够持续提升，相关成果发表于《自然》杂志，被视为量子计算发展中的关键进展之一。这项研究的核心意义不在于展示量子计算在特定任务上的速度优势，而在于证明了量子纠错技术的可扩展性——量子纠错是解决量子比特相干性差、易受干扰的关键技术，也是实现通用、可容错量子计算的核心瓶颈，谷歌的实验突破，为通用量子计算从理论走向工程实现奠定了重要基础。此外，IBM、微软等美国科技巨头也在加大量子计算研发投入，推出了多款量子计算原型机，推动量子计算技术的迭代升级。

2026年量子计算的核心突破：从比特数量到实用能力，全面提升。2026年，全球量子计算的发展将从“追求比特数量突破”转向“提升实用计算能力”，核心聚焦于量子纠错、量子门操作精度、量子相干性等关键技术的突破。在量子纠错技术方面，中国、美国、欧盟将加大研发力度，推进逻辑量子比特的实验验证，力争实现可容错量子比特的稳定运行——逻辑量子比特通过多个物理量子比特的协同工作，能够有效抵抗外界干扰，提升量子计算的稳定性和可靠性，是量子计算实用化的关键。在量子门操作精度方面，科研人员将优化量子门的设计和控制技术，将量子门操作精度提升至99.99%以上，减少量子计算过程中的误差，提升计算结果的准确性。在量子相干性方面，将研发更优质的量子比特材料，优化实验环境，延长量子比特的相干时间，让量子比特能够在更长的时间内保持稳定状态，支撑复杂的量子计算任务。

量子计算的实用化试点应用：多领域开花，开启价值落地。2026年，量子计算将逐步走出实验室，在多个领域开展实用化试点应用，展现出巨大的产业价值。在密码学领域，量子计算将用于破解传统密码系统——传统密码系统基于大数分解、离散对数等数学难题，而量子计算能够利用Shor算法，在极短时间内破解这些难题，对全球信息安全构成挑战；同时，量子计算也将用于构建量子保密通信系统，利用量子纠缠特性，实现绝对安全的信息传输，保障国家金融、军事、政务等领域的信息安全。在材料研发领域，量子计算能够模拟原子、分子的相互作用，预测材料的物理、化学性质，大幅缩短材料研发周期，降低研发成本——例如，利用量子计算模拟新型电池材料的结构，能够快速筛选出高性能的电池材料，推动新能源产业的发展；模拟新型催化剂，能够提升化工生产的效率，减少环境污染。

在药物研发领域，量子计算能够模拟药物分子与靶点的相互作用，精准筛选出有效的药物分子，优化药物结构，提升药物的疗效和安全性，缩短药物研发周期——传统药物研发需要花费10年以上的时间，成本高达数十亿美元，而量子计算能够将研发周期缩短至3-5年，大幅降低研发成本。在人工智能领域，量子计算能够提升AI模型的训练效率，处理海量的AI训练数据，推动AI模型向更复杂、更智能的方向发展，催生量子人工智能这一全新领域，应用于图像识别、自然语言处理、自动驾驶等场景。

未来展望：2030年实现通用量子计算，重构产业格局。尽管量子计算的实用化仍面临诸多挑战——量子比特相干性差、量子纠错技术不成熟、计算成本居高不下等，但随着核心技术的不断突破，量子计算的发展前景日益广阔。业内专家预测，2030年前，全球将实现通用量子计算，能够处理各类复杂的计算任务，彻底替代传统超级计算机；2040年左右，量子计算将逐步普及，渗透到各行各业，重构全球信息技术产业格局，推动人工智能、密码学、材料研发、药物研发等领域的革命性变革；2050年，量子计算将成为全球信息技术的核心支撑，与5G、AI、元宇宙等技术深度融合，开启一个“量子智能时代”。

量子计算的发展，不仅是信息技术的革命，更是人类认知世界、改造世界的重大突破。2026年，作为量子计算从实验室走向实用化的关键一年，一系列核心技术的突破和试点应用的落地，将为量子计算的未来发展奠定坚实基础，也将推动全球信息技术产业进入一个全新的发展阶段。