文 观察者网心智观察所

在最近这段时间, 2026年度中国青年科技创新“揭榜挂帅”擂台赛正式启动报名程序。于这场属于国家级别的赛事当中, 身为发榜单位之一的中国电信, 发起了名为“量子+AI双向赋能的研究与应用探索”的专题比赛。

这次比赛不是平常那种性质的比赛。在赛事进行期间 , 中国电信头一回借助其“天衍”量子计算云平台 , 朝着全国高校的师生开放了搭载“祖冲之三号”同款芯片的超导量子计算机“天衍 - 287” , 准许选手凭借具备量子计算优越性的真实量子算力开展创新实验。参赛的选手能够在自身的电脑上面编写代码 , 把代码上传到云平台 , 远在千里之外地方的量子芯片就会依据代码指令开始运行。

按照心智观察所掌握的情况来看, 这场专题赛的关键核心之处便是要预先去抢占下一代算力变革的重点方向: “量子 +AI 双向赋能”。他们头一回朝着全国高校开放 “天衍 -287” 真机, 其目的是要使得参赛者从对量子有所了解切实迈向能够运用量子, 凭借实战达成从理论到实验的完整闭环。跨校而且跨专业的组队机制有利于培育出那种既知晓 AI , 又明白量子的复合型人才, 从而为产业送去稀缺的翻译者。与此同时, 凭借国家级赛事平台作为依托, 汇聚青年创新力量, 这同样是加快国产量子计算生态从“可用”朝着“好用”迈进的关键一步, 为长远发展储备人才基础。

那么，“天衍”到底是什么？背后又有哪些硬核技术？

“天衍”是什么？一台放在云上的量子计算机

中电信量子集团推出的量子计算云平台是“天衍”, 它是全球首个提供云服务且具备量子优越性的, 其定位为“量子+超级计算机”融合而成的全栈式量子计算服务体系。简单说, “天衍”把量子计算机搬到了云上。用户无需那些大型设备, 不用走进低温实验室, 只需在电脑上写几行代码, 上传到云端, 就能调用真实的量子芯片来计算。

构成“天衍”的是四层架构。其中硬件层存在多台超导量子计算机, 这当中有“天衍 - 287”, 它搭载着“祖冲之三号”同款芯片, 具备量子优越性；还有“天衍 - 504”, 其单台量子比特数高达504个；另外还有“天衍76”“天衍76 - Ⅱ”“天衍 - 24”等。仿真层能够提供五大量子仿真模拟服务, 它支持不同规模的算法于经典计算机上开展验证与调试, 换而言之, 就是在把用户提交的量子线路交付给量子真机去执行以前, 要先在经典计算机的仿真模拟器上运行。自研的Cqlib量子编程框架构成了软件层, 它给予从算法培育到线路编译的工具链条。云服务平台层跟“天翼云”的超算本事交融布置, 借由硬件直接连接达成量子-经典低延迟协同指挥调度, 支撑多用户的任务安排与资源配置。

到现在为止, “天衍”量子计算云平台的访问数量已经突破了5000万, 其覆盖范围涵盖60多个国家与地区, 实验任务的数量超过了400万, 还支撑着用户发表了10余篇具有较高水平的研究成果。

2026年6月, 中国电信把“九章四号”同系列光量子计算机“天衍 - P2000”进一步接入平台, 并且这一行为使得“天衍”成为全球首个在量子计算云平台方面, 可同时呈现出光量子与超导双技术路线“量子优越性”服务能力的平台, 进而为国内量子基础研究与技术创新提供了稳定的, 在云端的算力支撑。

超导量子芯片

需要一套庞大外围设备的量子计算机, 有稀释制冷机、测控电子学系统、信号传输链路这类, 而其中最为核心的部分, 可以说是那些尺寸极其微小的量子芯片。“天衍 - 287”使用的量子芯片, 正是科大潘建伟团队的超导量子计算原型机“祖冲之三号”的同款系列芯片, 该芯片拥有105个数据比特以及182个耦合比特。超导量子比特并非是在实验室里由单个原子制作而成的, 而是在芯片上利用超导金属（一般是处于极低温下电阻消失的铝）制造出来的微型电路。每一个量子比特, 皆是一个微小的电子线路, 其大小处于微米量级, 在一块指甲盖大小的芯片之上, 能够集成几百个。

不同于经典比特那种非0即1的情况, 量子比特能够同时处在0和1的叠加态。超导量子芯片上面的量子比特是怎样被制造出来的呢? 首先, 超导量子芯片之上的“电路”并非普通的那种通电导线, 而是一个超导谐振器, 能量于电容（电场）以及电感（磁场）之间来回地振荡。在量子力学当中, 这种振荡的能量并非能够取任意的值, 仅仅能够取一系列离散的值, 恰似楼梯上的台阶那般, 每一级便是一个能级。最低的那一级台阶称作基态, 高一级的称作第一激发态, 再高一些的称作第二激发态, 接着以此类推。

就普通的谐振器来说, 各个台阶相互之间的高度差全都是相同的。拿一束微波脉冲去进行照射, 电子能够从基态跃至第一激发态, 还能够接着从第一激发态跃至第二激发态, 完全没办法停下来。可是, 增添了一个称作约瑟夫森结的元件以后, 状况就产生了变化。这个结的关键部分是一层极其薄的绝缘体, 夹在两层超导体的中间位置。在极低的温度环境下, 成对的电子能够如同幽灵一般穿过这层绝缘屏障, 这便是量子隧穿效应。隧穿效应致使电路的电流与电压之间并非呈现成正比的关系, 而是一种非线性的关系。这种非线性致使能级之间的高度差, 变得不再呈现均匀状态, 基态与第一激发态之间的台阶高度, 相比之后的台阶高度, 要小一些。

所以, 科学家仅需发射一道微波脉冲, 该脉冲能量恰好等同于基态与第一激发态间之间的台阶高度, 利用这道微波脉冲, 系统会被精准地从基态激发至第一激发态, 其中第一激发态被规定为1, 基态被规定为0。到这个时候为止, 我们确定、定义了一个量子比特的两种基本状态。

然而, 量子比特所具备的真正强大力量是体现在叠加态方面的。要是科学家所发射的微波脉冲的能量仅仅只是上述台阶所具有的高度的一半, 那么该系统便不会完整地跳跃到第一激发态, 而是会进入到一个与此同时既是处于0的状态又是处于1的状态所形成的叠加态之中。

不过量子比特娇贵得很, 它的叠加态脆弱无比, 不管是任何细微的温度波动、电磁干扰, 哪怕是一个偶然撞过来的光子, 都能够将其打破, 致使量子比特“坍缩”成为一个确定的状态, 叠加态随之消失不见, 这一过程称作退相干。退相干的时间一般处于几十到几百微秒, 比一眨眼的瞬间还要快几百倍。故而超导量子芯片务必要泡在稀释制冷机里, 维持在接近绝对零度（-273.14℃）的环境当中运行, 并且借助多层金属屏蔽罩把电磁干扰阻挡在外, 才能够争取到充足的计算时间。

心智观察所被告知于中国电信方面, 从“祖冲之三号”实验室科研原型机至“天衍 - 287”云服务, 其间跨越两道鸿沟。其一为自科研设备迈向商用设备的硬件鸿沟, 他们给“祖冲之三号”同款芯片配备完全国产的稀释制冷机、同轴电缆以及测控设备, 把整机借助国产供应链予以组装起来。另一道鸿沟是校准与维护之间产生的, 实验室当中的量子芯片对于所处环境十分敏感, 这就需要人工常常进行调试, 然而“天衍”团队通过自主的方式研发出了一整套借助AI来驱动的芯片参数自动校准系统, 该系统能够以特别高的效率和精度实现芯片参数的自动检测以及自动校准, 如此一来人便无需始终盯着。

最终, 把超导量子计算机“天衍 - 287”接入“天衍”量子计算云平台, 使用者无需接触极冷的环境, 通过云平台提交任务就行, 能够借助API和Cqlib编程框架用以.remote调用真实量子算力, 达成从算法开发、仿真验证直至真机实验的全套流程, 如同使用云服务器那般简易。

“4.5亿倍”的量子优越性

“天衍 - 287”应对特定问题之时的速度, 相较于当下现存的速度最快的超级计算机而言, 快出了4.5亿倍之多。此一数字的背后所呈现的实际上就是“量子优越性”: 去寻觅一道题目, 量子计算机能够在极短时间内快速地计算出来结果, 然而世界上速度最快的经典超级计算机却无法计算得出（或者即便计算也要耗费几万年的漫长时间）。

被“天衍 - 287”所找的题称作随机线路采样, 简单来讲, 是针对一组量子比特施加具备随机顺序的量子门操作, 接着读取最终输出的概率分布, 对于经典计算机而言, 若要精准模拟此过程, 计算量会伴随比特数量呈指数级增长, 一旦比特数稍多一些, 哪怕历经漫长岁月也算不尽, 然而量子计算机借助叠加态以及干涉进行“放大”, 使得算力得到大幅提升。

“祖冲之三号”之处境, 其自进入2025年开始；于3月之际, 达成关于83比特32层之事宜, 且为随机线路采样行为。其处理速度方面, 与最强超级计算机二者相比照, 存在快出15个数量级这样一种情况。而“天衍 - 287”这一对象, 所选采用同款芯片也。待其集成到整机之后, 又接入云平台之时, 在处理该问题的速度之上, 和目前来说最快性能的超级计算机相比较, 呈现出快4.5亿倍之程度。

应予以说明的是, 此数字所针对的乃是随机线路采样方面的问题, 起码就当下阶段而言, 量子计算机并非在所有问题上都能够快出如此多的倍数。然而这个数字证实了量子计算所具备的潜力: 在某些特定种类的问题上, 量子计算机的确能够达成经典计算机无法达成的事项。

“量子+AI双向赋能”：两个前沿技术的化学反应

这一回擂台赛的关键命题是“量子与AI双向给予能量”, 为何要将这两项技术放置于一处呢?

两者相辅相成, 这一情况本质是, 难题互补, 且算力互哺, 进而形成闭环, 此闭环是关于量子计算与AI的。

倘若从AI赋予能量子这个视角去看, 目前的超导量子芯片处于中等规模含噪声量子计算也就是NISQ阶段, 其量子比特数量并非足够多, 并且出错率相对较高。怎样进行纠错, 怎样对量子线路对应的编译予以优化, 怎样校准芯片参数, 还有怎样缓解错误, 这些全都是科学难题。而AI具备的强大模式拟合能力, 以及优化能力, 恰巧能够加快这些问题的解决速度, 助力科学家更迅速地找到最优参数, 促成构建更高质量的量子纠错码, 进而缩短每次纠错所需的时间, 从而解决量子系统噪声大与操控复杂的痛点, 最终提升量子计算机的实用化水平。

换个角度思考, 从量子为AI赋予能量的层面来讲, 量子机器学习能够借助那种具有超高维空间性质的量子叠加态, 此空间维度是2的n次方这种形式, 凭借数量相对较少的参数来形容极为复杂的概率分布情况。这传达出一个信息, 就是在未来当出现类似于药物分子探寻、新型材料设计以及金融风险管控等这类对算力需求巨大的情形时, 量子算法极有可能冲破经典AI所存在的性能上限, 在诸如AI大模型的推理速度提升、参数精细调整以及生成模型训练等一系列相关场景当中具备潜在的优势。

双向融合并非单纯的简单累加, 而是要促使AI成为量子系统的“智能操控者”, 还要使量子算力成为AI的“全新动力源”, 以此共同推动下一代计算范式的变革。

从实验室到落地

中国电信正在努力缩短量子计算从实验室到落地应用的时间。

于算力基础设施范畴, 中国电信已然建成合肥“巢湖明月”超量融合计算中心, 把量子计算跟超算能力于同一地址部署, 实施硬件直连, 达成低延迟协同调度。就行业应用层面, 中国电信跟国家气象局协作完成国内首个气象专用量子计算云平台, 把量子计算运用于降水量预测；和国网安徽合作搭建皖电量子云平台, 基于该平台开发光伏功率预测应用；与某国有银行合作开发量子计算在投资组合优化领域的应用。在科研服务范畴内, 针对中科大、天津大学等高校, 提供了量子算力机时服务, 并且进入了国家超算互联网平台。

更成熟的量子通信赛道上, 中国电信透露, 其量子通信方面用户规模突破680万, 数百万人日常享受量子技术带来的安全守护, 与此同时, 中国电信的多款量子通信入门级产品, 像量子密信、量子云印章、OTN加密专线等, 全面爆发。

结语

具有少数科学家才得以触及特性的尖端相关设备, 以及拥有5000万人次展开访问情况的云平台, 中国电信正致力于将基于展台之上的量子计算概念转化为生产线范畴内的工具。

固然, 从当下到量子计算机能够大规模投入商用, 其间存在着一段颇为漫长的路程。量子纠错这一环节, 面临着巨大的技术挑战, 退相干问题面临着巨大的技术挑战, 算法开发同样面临着巨大的技术挑战。然而, “天衍”平台至少使得更多人能够亲自去使用量子计算机, 可以投身到量子计算的实际操作当中了。

要是有任何前沿技术打算从实验室朝着产业发展, 那么关键之处就在于从少数人的研究朝着更多人的使用去转变。从这样的意义去说来, 当“祖冲之三号”相同款式的芯片登上云端的时候, 量子计算机确实距离你我又近了一步。