IBM 曾主导计算领域，量子技术或将助其重登巅峰

IBM Q System One 量子计算机（左），以及 IBM 研究部门负责人杰伊·甘贝塔。 （照片由艾米·隆巴德拍摄）

“蓝色巨人”已在量子技术领域深耕数十年，如今已瞄准重大突破。我们得以一窥其幕后进展。

关键要点：

• IBM 的量子系统二号是其最先进的量子计算机，利用量子力学进行超越传统系统的复杂计算。
• IBM 已部署 85 台量子系统，服务于超过 300 家机构，包括 25 台拥有超 100 个逻辑量子比特的系统，领先于谷歌等竞争对手。
• IBM 目标是于 2029 年推出容错型超级计算机“IBM 量子星灵”，目标为执行 1 亿次量子操作，配备 200 个逻辑量子比特。

IBM 主要研究中心内，耸立着一座银色塔楼迷宫，每座塔高 22 英尺。透过通风侧壁，你可瞥见闪烁的灯光和电线的阴影。该机器的心脏由三个处理器组成——每个处理器大小仅如指甲盖——被隐藏在视野之外。

靠近一步，你会听到这台机器仿佛在呼吸，冷却系统发出如风铃般清脆的声音，使其内部温度比外太空还要低。这是未来的声音。

这台神秘机器便是 IBM 量子系统二号——公司最先进的量子计算机。这类强大系统基于量子力学原理运行，量子力学是原子、分子和亚原子粒子的科学基础。量子技术理论上使计算机能够完成传统数字计算机无法实现的任务，例如快速处理海量数据、模拟高度复杂的化学反应，以及解决最棘手的数学问题。在日本，一台新安装的量子系统二号正在模拟自然界广泛存在的化学化合物的电子结构，这一应用具有广泛的化学意义。

过去一年，量子计算的投资兴趣激增。联合国将 2025 年定为“国际量子年”后不久，Alphabet 的 Google 部门便推出了一款令人惊艳的快速量子芯片。随后，纯量子概念股也迅速崛起。像 Rigetti Computing、IonQ 和 D-Wave Quantum 等公司股价飙升，部分收益得以保留。D-Wave 今年上涨 237%，远超科技股为主的纳斯达克综合指数的 22% 赢利。

如果纯量子概念股是当前资本市场的焦点，那么 IBM 可能是长期的赢家。

IBM 已经从事量子技术研究数十年。它已交付的量子计算机数量超过任何其他公司，如今已瞄准重大突破。同样重要的是，其其他业务——云计算、IT 咨询、人工智能以及各种硬件和软件产品——提供了重要的“稳定器”，即使量子技术未能成功，也能让公司保持稳定。

未来，量子计算机可能补充传统计算机，使药物发现和材料设计等过程更快、更容易。但科学家表示，大规模商业化仍可能需要五到十年时间。任何真正的竞争对手都必须做好长期投入的准备。IBM 看起来已做好准备。

“我们希望成为量子计算的基础，”IBM 研究部门负责人杰伊·甘贝塔在量子系统二号嗡嗡作响的背景下对《巴伦周刊》表示，“我们希望赢得这场竞赛。”

托马斯·J·沃森研究中心位于纽约州约克敦高地，距离曼哈顿约 40 英里。该中心是 IBM 研究与开发部门的枢纽，专注于探索人工智能、半导体和量子计算等新兴技术。量子技术的重要性清晰可见，系统二号位于中心核心，部分被玻璃墙环绕。

量子技术，如同量子力学本身，既复杂又难以捉摸。数字计算机基于比特运行，值为 0 或 1。量子计算机则基于量子比特（qubit），可以是 1、0，或两者之间的任何值。操纵这些量子比特颇具挑战性，但最终结果是量子比特能够存储比其数字对应物更丰富的不确定性与概率信息。

研究中心蜿蜒的走廊尽头，研究人员在一间类似车库的小实验室中测试量子算法。进入需通过眼睛扫描，禁止拍照。房间内布满处于不同组装阶段的量子系统。硬件零件散落各处，研究人员安静地工作，调整机器部件。

“多亏了我们独特的文化，科学家们对工作充满热情，”甘贝塔说，“他们总是乐于和我争论。”甘贝塔对这种文化了如指掌：他担任量子项目负责人六年，后于 2023 年 8 月升任 IBM 研究部门负责人。

IBM 长期重视研究，1911 年以“计算-记录-分类公司”创立，1924 年在托马斯·J·沃森的领导下更名为国际商业机器公司，公司名缩写 IBM 亦成为广为人知的科技创新象征。

IBM 在其生命周期中数次转型。20 世纪 40 年代，它从机械会计机器和穿孔卡系统转向电子存储程序计算机和大型机。它是个人电脑的早期参与者，但 2005 年面对微薄利润和市场份额萎缩，它将 PC 部门出售给了中国的联想。1990 年代，IBM 开始大力进军 IT 咨询业务。

构建未来的计算机

在 IBM 托马斯·J·沃森研究中心，玻璃墙保护着公司最先进的量子计算机。

IBM 开发了专用量子线缆和连接器，以释放量子比特的潜能。

IBM 于 2023 年推出 Heron 量子处理器（左中），并于 11 月推出更强大的 120 量子比特 Nighthawk。

21 世纪之初，IBM 与斯坦福大学联合展示了第一个实现的尚-肖算法——一种量子算法，可将大数分解为素数。这引发了一些重大风险：执行该算法的能力引发了量子计算机可能破解保护世界数十年数据加密的担忧。但更广泛地说，这一突破证明量子计算不仅仅是理论。这是行业的一大里程碑。

“我们这里有着悠久而自豪的数学历史。”甘贝塔说，“将算法视为基础。”

此后，IBM 开始推动量子技术从实验室走向世界。迄今为止，该公司已部署 85 台量子系统，供超过 300 家机构使用，通常为实验室和教育机构。这一数字比去年的 75 台部署、服务于 250 家机构有所增长。

这些数据包括量子计算机（公司定义为拥有超过 100 个量子比特的系统）和量子设备（量子比特数少于 100 个）。IBM 已部署 25 台拥有超过 100 个逻辑量子比特的系统，而谷歌——IBM 最接近的量子竞争对手——仅部署了两台同类系统。

IBM 旨在在软件和硬件领域均保持领先地位。甘贝塔表示，Qiskit——一个基于流行编程语言 Python 的开源量子计算机软件堆栈——是其最受欢迎的产品之一。截至最新数据，Qiskit 已被下载 1300 万次，运行超过 3.8 万亿次电路。

尽管取得进展，甘贝塔团队仍面临许多谜题。对 IBM 和行业而言，最大的挑战是设计出即使在错误存在的情况下仍能正常运行的量子计算机——即容错性。今天的机器错误率太高，无法实现广泛商业化。问题出在量子比特上，它们的量子状态对物理环境变化极为敏感，从电磁场到热源。这导致计算错误。

设想一个完全无错误的量子机器未来是不现实的，但打造一台即使在干扰下仍能保持正常运行的计算机将是重大进步。IBM 看起来正取得实质进展：10 月，IBM 科学家展示了如何利用相对廉价的 AMD 经典硬件解释量子纠错算法的结果。IBM 称这是迈向“实用且现实的混合系统”的一步。

更重要的是，IBM 承诺将在 2029 年前交付一台容错型超级计算机“IBM 量子星灵”。该公司目标是使该机器能够执行 1 亿次量子操作，使用 200 个逻辑量子比特，IBM 称这将使星灵的处理能力比当前最先进的量子系统高出 2 万倍。星灵将通过连接多个小型芯片构建，为未来更大规模的可扩展系统奠定基础。

“我们非常期待他们推出星灵，因为业内普遍认为这可能跨越可使用性鸿沟，”Melius 研究分析师本·雷茨斯表示。

IBM 已经超越星灵——迈向更大规模的系统“蓝杰伊”。科学家表示，量子计算机必须变大才能更有用。但规模扩大需要更多量子比特，而量子比特数量越多通常意味着更多错误，这又回到容错性问题。IBM 已下定决心克服这些障碍，并在 2033 年之后推出蓝杰伊。

除了使量子计算机变大，IBM 还希望将其连接起来。11 月，IBM 与思科系统宣布合作，计划“构建量子网络原型”。虽然经典计算机通过网络（最基础的是互联网）进行通信，但量子计算机不具备这种能力。因此，连接性被视为商业化前的另一个必要里程碑。

最终，IBM 的量子计算部门“可能成为一家巨头公司”，Melius 的雷茨斯表示。“目前它还不够大，不足以产生影响，但具备成为数十亿美元级业务的潜力。”IBM 上年营收达 628 亿美元，尚未单独披露量子业务收入。

由于行业仍处于早期阶段，很难估算量子技术的潜在营收规模——不仅对 IBM，对整个行业而言。一份广泛引用的麦肯锡报告称，到 2040 年，行业整体销售额可能在 450 亿至 1310 亿美元之间。波士顿咨询公司预测范围更高，介于 900 亿至 1700 亿美元之间。

摩根士丹利分析师埃里克·伍德林预测 2040 年市场规模为 500 亿美元，预计 IBM 将占据其中约 20%。伍德林表示，“与管理层交谈，他们对这一数字感到相当有信心。”

他认为 IBM 的历史为其在量子领域的前景提供了保障。“IBM 在过去一个世纪的每一次主要计算技术周期中都有效推动了变革，”伍德林解释道。“即使你不是最终市场中的可持续赢家，你也能提供明显区别于竞争对手的系统。”

他将 IBM 在量子计算行业中的角色类比为苹果在智能手机行业中的地位。苹果通过控制硬件、软件和服务，打造了伍德林称之为“不可摧毁生态系统”的格局。IBM 看起来在量子领域正采取类似举措。20% 的数字——IBM 拒绝讨论——与苹果在全球智能手机市场所占据的份额相似。

IBM Q System One 量子计算机。

IBM 要实现其承诺仍需诸多因素顺利：容错性、规模扩展，以及创建新产业所面临的诸多挑战。但伍德林指出，这并非 IBM 的生死攸关。如果量子部门未能实现目标，IBM 的其他业务仍会继续运转，帮助弥补差距。

“如果量子技术最终遭遇某种形式的失败，”他补充道，“对任何参与其中的公司来说都将是艰难的，但 IBM 相比许多初创公司处于更优的位置。”

目前，IBM 的量子研究显然受益于其母公司雄厚的资金实力。该公司去年在研发上投入约 75 亿美元，占总收入的 12%。IBM 未单独披露量子部门所占比例，但整体而言，这一比例超过微软最近财年研发支出占总收入比例。同样，Nvidia 仅将 7.2% 的收入用于研发。

纯量子概念股则在争相将技术推向市场，以弥补持续亏损并推动业务发展。例如，量子计算公司第三季度仅实现 38.4 万美元收入，而运营支出则从上年的 1050 万美元大幅增长。

虽然其股价可能因量子热潮而大幅上涨，但纯量子概念股同样经历重大下跌。其波动性在 beta 值（波动性指标）中清晰可见。IonQ 的 beta 值为 2.54，其股价波动性是市场（beta 为 1）的两倍多；Rigetti 为 2.12；D-Wave 为 1.24。

IBM 的多元化帮助维持其股价相对稳定。其 beta 值为 0.62，表明其波动性低于市场本身。近期，其股价展现出真实韧性。在多年落后之后，该股今年上涨约 41%，得益于量子进展以及人工智能和云计算的强劲表现，其涨幅甚至超越了三大主要指数和 IonQ（上涨 30%）。

当然，纯量子概念股并非 IBM 唯一的竞争对手。Alphabet、Amazon.com 和 Microsoft 都有量子战略。就连 Nvidia 也“有志于量子领域”，旨在贡献混合系统的发展。IBM 本身则不愿提及任何竞争对手。

“我认为量子行业有足够空间容纳多个赢家，最终目标是确保量子成为行业，”甘贝塔说，“如果我们没有人们开发自己的算法、技术服务或软件，我认为这个产业将失败。”

他可能是对的。但如果最终一家公司成为第一名，不要惊讶于它可能是 IBM。

致 Mackenzie Tatananni：mackenzie.tatananni@barrons.com