12月9日，美国谷歌公司在《自然》期刊发表了利用105比特超导量子芯片Willow实现了码距为7的表面码纠错。12月17日，国家实验室的105比特超导量子芯片“祖冲之3.0”的随机线路采样工作也在线发表在了arXiv上。未来，大规模超导量子芯片发展如何破局？量子计算离实用化究竟还有多远？2024年12月22日，由中国计算机学会（CCF）主办、CCF YOCSEF郑州学术委员会组织的第二场量超融合技术论坛——“从谷歌Willow芯片看，我们距离量子计算实用化还有多远？”在郑州举办。此次论坛吸引了来自量子计算和人工智能领域的高校、科研机构及企业的50多位专家学者，共同探讨量子计算的最新进展及未来方向。

聚焦量子芯片技术前沿，共谋量子计算实用化之路

论坛的主要观点包括量子芯片的市场化涉及系统化工程研发，量子芯片设计与制造自动化与工程化能力的增强，及芯片设计工具的持续改进。在开发纠错算法或系统的过程中，必须综合考虑纠错码对芯片架构及量子比特数的需求，实现有效的纠错是确保通用量子计算成功的关键。此外，对量子芯片互联与控制技术的研究也十分关键。论坛强调量子计算与人工智能应相互促进发展。量子机器学习针对大型语言模型的轻量化算法中能够发挥显著作用。

引导发言点出主题，引爆观点碰撞之火

本次论坛由CCF YOCSEF郑州副主席穆清和陆丽担任执行主席。论坛伊始，YOCSEF郑州主席任建吉对YOCSEF郑州进行了介绍。随后，执行主席穆清介绍了谷歌Willow芯片的背景，引出本次论坛“我们距离量子计算实用化还有多远？”这一主题。本次论坛旨在推动学术界进一步客观认识谷歌Willow芯片取得的技术创新，分析研判我们距离量子计算实用化的距离，推动该领域的研究进展。

在引导发言环节，浙江大学研究员王震深入探讨了超导量子计算的基础理论、应用前景、所面临的挑战以及未来的发展趋势，内容涵盖了超导量子电路的芯片结构、容错量子计算等多个方面。

河南省量子信息与量子密码重点实验室副教授黄合良介绍了NISQ阶段量子计算的优越性，对比了谷歌悬铃木与祖冲之2.0、Willow与祖冲之3.0的性能，详细介绍了谷歌量子纠错中的表面码方案和高保真度Magic state制备及错误缓解等技术，并对应用进行了展望。

天津大学计算机学院教授张鹏回顾了量子计算的发展历程，详细介绍了量子神经网络相较于经典神经网络的优越性，包括量子隐式神经表征、时间时序预测和多模态适应等应用，并展望面向大语言模型的轻量化算法，认为量子机器学习将在未来将扮演更重要的角色。

思辨探讨尽显锋芒，破局量子计算落地之道

在思辨环节，与会嘉宾围绕“深入剖析Willow芯片硬件水平，解析大规模量子芯片研发的关键问题及破局之道”、“Willow芯片在量子纠错技术上的进展是否足以确保量子计算的可靠性，存在哪些风险？”及“量子计算从技术创新到应用落地的过程中，面临哪些关键障碍，在跨越NISQ后，百万级量子比特操作megaquop何时到来?”三个议题展开深入讨论。

在议题1“深入剖析Willow芯片硬件水平，解析大规模量子芯片研发的关键问题及破局之道”讨论过程中，在讨论Willow芯片硬件水平和量子芯片研发的关键问题时，涉及了系统化工程、设计制备挑战、自动化与工程化水平提升以及设计工具的发展。清华大学副研究员刘建设强调了自动化设计、电子学复用、稀释制冷机需求和工程化水平提升是大规模量子芯片研发的关键问题。姑苏实验室研究员于文龙认为系统化工程是量子芯片研发的核心，强调了设计成功需要考虑纠错软件、系统设计、表面码对芯片架构和量子比特数量的影响。这些因素共同推动量子芯片从实验室走向市场应用。

在议题2“Willow芯片在量子纠错技术上的进展是否足以确保量子计算的可靠性，存在哪些风险”讨论过程中，刘建设认为在实验中谷歌提出的表面码纠错方案证明，随着码距的增加，量子比特错误抑制能力能够实现大幅的提升。按这个发展趋势估计，未来实现逻辑比特的主要挑战在于随着量子比特规模的增长，对解码器算力的需求也是指数级上升的。

中科院理论所博士冯东阳指出由于文章中提到的一种原因未知的错误机制存在，目前Willow确实尚无法确保量子计算的可靠性。谷歌Willow的量子计算数据量达到PB级别，未来，大规模实时解码器的开发十分必要。

姑苏实验室于文龙认为尽管谷歌通过软件系统对表面码方案进行了优化，但在百万比特规模的调控上仍面临挑战。仿真与模拟是量子芯片设计中的难点，而小规模芯片的性能优化或许能够被扩展至大规模芯片设计中。提出量子计算与人工智能之间存在相互促进的潜力：首先，人工智能有助于发现更优质的材料和噪声源；其次，人工智能与量子测控技术的结合能够产生积极的协同效应。

在议题3“量子计算从技术创新到应用落地的过程中，面临哪些关键障碍，在跨越NISQ后，百万级量子比特操作megaquop何时到来?”这个问题讨论上，与会嘉宾重点围绕量子计算从技术创新到应用落地的过程中，面临的主要障碍包括量子计算机的可扩展性及量子算法的应用发展。

中国科学技术大学副教授吴玉椿结合国际头部量子计算团队发展路线图，预计至2033年前后，物理比特的数量有望达到百万级别。届时，经过纠错的量子比特错误率预计将降低至10e^-7到10e^-6区间内，基本达到通用量子计算门槛。此外，好的纠错方案是构建实用量子计算机不可或缺的必备要素。

于文龙指出传统的摩尔定律已达到其极限，我们需要探索新的计算范式。目前，超导量子计算的可扩展性受限于量子比特之间的相互作用及其操控技术的精度，这要求我们深入研究量子比特的连接与控制方法。

刘建设强调目前唯一能够证明具备指数级加速的算法是Shor算法，而Grover算法提供了开平方的加速效果。按照谷歌2019年至2024年的发展速度估计，预计在未来6年内，有望达到megaquop级别（即百万量子比特操作）的计算能力。

冯东阳认为百万操作应该是逻辑门操作，谷歌论文中能执行的物理操作为29*6*1000=174000，然而这与距离实现一个逻辑门操作所需的百万量级相比差距不容忽视，距离百万级别的逻辑门操作现在看仍遥遥无期。

YOCSEF总部候任主席贺瑞君对本次论坛进行总结，表示此次论坛拉近了经典计算与量子计算的距离，也是计算机圈和物理圈的一次跨学科交叉融合，参与的人员大都来自科研一线，对讨论的议题有深入的见解，并且此次论坛对学生开放，使得更多的学生能有机会参与讨论和学习是一次非常好的形式。接下来，YOCSEF郑州主席任建吉，向出席的嘉宾致以深切的谢意，并承诺将会不断推进更多面向未来技术议题的论坛活动。CCF YOCSEF郑州自成立以来，始终致力于搭建学术交流和产业对接的高水平平台。在量子计算技术发展中，CCF YOCSEF郑州将继续发挥桥梁作用，凝聚多方智慧，为河南及全国计算机领域交流和发展开创新格局。

附活动掠影：

图1 论坛参与人员合影

图2 执行主席穆清（左）和陆丽（右）开场介绍

图3浙江大学研究员王震作引导发言

图4 河南省量子信息与量子密码重点实验室副教授黄合良作引导发言

图5 天津大学教授计算机学院副院长张鹏作引导发言

图6 姑苏实验室研究员于文龙作思辨发言

图7 清华大学副研究员刘建设作思辨发言

图8 中国科学技术大学副教授吴玉椿作思辨发言

图9部分与会嘉宾思辨组

图10 特邀嘉宾颁发感谢牌

图11 思辨嘉宾颁发感谢牌

供稿|邢颖、穆清

初审|陆   丽

终审|任建吉

中国计算机学会（CCF）青年计算机科技论坛（Young Computer Scientists & Engineers Forum，YOCSEF）是CCF于1998年创建的系列学术活动，是CCF创新机制的试验田，平等、民主的氛围吸引和造就了一批CCF的中坚力量，带动了学会的改革和发展。

CCF YOCSEF郑州成立于2005年，是中国计算机学会青年计算机科技论坛在全国的28个分论坛之一。CCF YOCSEF郑州将肩负引领学术前沿探索的重任，针对计算机学术、产业和技术点问题进行思辨，思其本质、辨其真伪。CCF YOCSEF郑州成员主要来自河南省内著名高校和计算机信息类企业中的专家教授与负责人。

自2005年至今， CCF YOCSEF 郑州历任AC主席分别是周清雷（郑州大学）、甘勇（郑州工程技术学院）、寇怀忠（黄委会信息中心）、赵长升（河南金鹏信息)、赵长升（河南金鹏信息）、张素智（郑州轻工业大学）、张浩军（河南工业大学）、李玲玲（郑州航空工业管理学院）、钱慎一（郑州轻工业大学）、张丽（河南金鹏信息）、单征（信息工程大学）、贾俊亮（河南金明源信息）、邓淼磊（河南工业大学）、夏冰（中原工学院）、吴怀广（郑州轻工业大学）、贾丹丹（长城计算机）、刘福东（信息工程大学）、刘云龙（省保密协会）、张磊 （河南大学）、现任主席任建吉（河南理工大学）。