美国国防部正在对近20家量子计算公司进行仔细审查，以确定是否有公司能够在未来十年内制造出一台具备容错能力的量子计算机。
4月3日，美国国防高级研究计划局（DARPA）宣布，已选定18家公司参与其量子基准测试计划（QBI）的第一阶段。该计划旨在验证到2033年时，当前的所有方法是否能够实现实用规模的量子计算，即一个“能创造的价值超过其成本”的系统。
来源：DARPA
该举措标志着美国联邦政府在量子技术战略上向实际应用性能和责任落实方向的转变。与开放式的研究资助不同，量子基准测试计划采用了三个阶段的评审流程，最终将对完整系统进行实际操作测试。DARPA表示，该计划旨在区分“炒作与现实”，并找出有望制造出容错机器的概念——也就是那些即使个别组件出现故障，系统仍能继续正确运行的机器。
严谨的评估流程
DARPA量子基准测试计划的项目经理Joe Altepeter在声明中表示：“在对这些公司提交的书面摘要进行审查，并让它们在美国量子专家团队面前进行了一整天的口头陈述后，我们选定了这些公司进入A阶段，以确定它们提出的概念是否有可能达到工业实用水平。对于入选的公司来说，真正的工作现在才开始。A阶段是一个为期六个月的冲刺阶段，在这个阶段，它们需要提供其概念的全面技术细节，以证明这些概念站得住脚，并且有可能在不到10年的时间里制造出一台具有变革性的、具备容错能力的量子计算机。”
图：Joe Altepeter
来源：DARPA
量子基准测试计划于2024年7月启动，是DARPA早期试点项目US2QC的后续与扩展项目。参与US2QC项目的两家公司——微软和PsiQuantum，已进入该项目的第三阶段，也是最后一个阶段，该阶段与量子基准测试计划最后阶段的技术目标一致。
全面考察行业现状
DARPA将此计划描述为一次对行业现状的全面考察，目标是找出所有有可能实现可用系统的公司。入选公司涵盖了广泛的量子计算技术路线，包括超导、离子阱、光子、硅基和中性原子。 以下为部分入选公司：
- Alice & Bob 美国超导量子计算公司
- Atlantic Quantum 美国超导量子计算公司
- Atom Computing 美国中性原子量子计算公司
- Diraq 澳大利亚硅基量子计算公司
- Hewlett Packard Enterprise 美国超导量子计算公司
- IBM 采取超导量子计算路线
- IonQ 美国离子阱量子计算公司
- Nord Quantique 加拿大超导量子计算公司
- Oxford Ionics 英国离子阱量子计算公司
- Photonic Inc. 加拿大硅基量子计算公司
- Quantinuum 美国离子阱量子计算公司
- Quantum Motion 英国硅基量子计算公司
- Rigetti Computing 美国超导量子计算公司
- Silicon Quantum Computing Pty. Ltd. 澳大利亚硅基量子计算公司
- Xanadu 加拿大光量子计算公司
DARPA尚未披露与量子基准测试计划相关的资金数额。DARPA表示，另外三家公司仍在敲定协议，稍后将公布。
从理论到硬件
目前正在进行的A阶段要求每家公司提交详细的技术报告，以证明其主张的合理性。如果通过审核，它们将进入B阶段，对其研究和开发计划进行为期一年的审查。最后的C阶段将由一组政府专家对原型系统进行独立验证和确认（IV&V）。
这第三个阶段将涉及对硬件的实时测试，届时DARPA的工程师将在严格的条件下评估候选系统的组件、子系统和算法。
Altepeter表示：“在B阶段，我们将全面审查这些公司研发计划的各个方面，看看它们是否能够坚持到底——不仅仅是实现明年的里程碑目标，并且能够在这样的时间框架内经受住构建变革性技术的考验。那些通过A阶段和B阶段的公司将进入该计划的最后部分，即C阶段。在这个阶段，一个完整规模的独立验证和确认团队将对组件、子系统和算法进行实时、严格的评估，也就是对构建一台真正的容错量子计算机所需的一切进行评估。而且我们会在不影响这些公司工作进度的情况下完成所有这些评估。”
DARPA表示正在扩大量子基准测试计划的独立验证和确认团队，纳入联邦和州的测试设施，目的是为新兴的量子系统创建一个高完整性的独立测试流程。
国家安全中的高风险因素
容错量子计算仍然是科学和工程领域最具雄心的目标之一。如今的早期系统噪声大、容易出错，仅适用于有限的实验。将其规模扩大到数百万个量子比特，并具备足够的纠错能力，仍然是一项艰巨的挑战。
但如果成功实现，这样的系统将能够模拟复杂分子、优化供应链，并破解某些密码系统，既带来了经济机遇，也有可能带来国家安全风险。这一潜在影响解释了为什么传统上作为美国军方技术孵化器的DARPA，正在对商业公司的相关主张进行严格评估并投入资金。