>> 國投證券-計算機行業(yè)周報：由諾貝爾物理學(xué)獎看超導(dǎo)量子計算產(chǎn)業(yè)-251012
| 上傳日期： |
2025/10/12 |
大小： |
732KB |
| 格式： |
pdf 共8頁 |
來源： |
國投證券 |
| 評級： |
領(lǐng)先大市 |
作者： |
趙陽,夏瀛韜,楊楠 |
| 行業(yè)名稱： |
計算機 |
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2025年諾貝爾物理學(xué)獎頒發(fā)給超導(dǎo)量子計算領(lǐng)域先驅(qū)
10月7日，2025年諾貝爾物理學(xué)獎?wù)浇視?。約翰·克拉克（JohnClarke）、米歇爾·H·德沃雷特（Michel H. Devoret）與約翰·M·馬蒂尼斯（John M. Martinis）憑借“發(fā)現(xiàn)了電路中的宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)和能量量子化”這一突破性成果共同獲獎。這一成果不僅首次在宏觀尺度驗證了量子特性的可觀測性，更為超導(dǎo)量子計算這一未來科技的發(fā)展奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。
量子隧穿效應(yīng)是量子力學(xué)預(yù)言的微觀粒子與宏觀世界最顯著的區(qū)別之一。當(dāng)一個粒子的動能小于勢壘時，經(jīng)典物理學(xué)認為這個粒子將不能穿過勢壘（類似于物體不能穿過墻壁），而量子力學(xué)則允許粒子以一定的概率穿透勢壘。然而，一旦涉及大量粒子，量子力學(xué)效應(yīng)就變得非常微弱，因此通常認為在宏觀世界無法觀測到量子隧穿效應(yīng)。
三位獲獎?wù)呤状巫C實宏觀量子隧穿效應(yīng)：1984至1985年間，三位獲獎?wù)哌M行了一系列開創(chuàng)性實驗。他們通過電流偏置的約瑟夫森結(jié)成功觀測到了大量電子的集體量子行為，首次定量證實了宏觀量子隧穿的存在。后續(xù)他們還通過微波譜學(xué)技術(shù)觀測到了約瑟夫森結(jié)中宏觀量子系統(tǒng)的能級量子化，進一步證明了整個電路的宏觀行為就如同單一粒子一樣呈現(xiàn)出顯著的量子效應(yīng)。
從約瑟夫森結(jié)到超導(dǎo)量子比特，超導(dǎo)量子計算蓬勃發(fā)展
由約瑟夫森結(jié)可構(gòu)建超導(dǎo)量子比特。約瑟夫森結(jié)宏觀量子隧穿的證實，表明超導(dǎo)電路系統(tǒng)可以被視為一種“大型人工原子”，具備明確的量子態(tài)、能級結(jié)構(gòu)和可控的量子躍遷，可連接外部電路作為可控的量子單元用于更復(fù)雜的實驗系統(tǒng)，為后續(xù)超導(dǎo)量子比特的發(fā)展奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。當(dāng)前主流的Transmon型超導(dǎo)量子比特，通過加入約瑟夫森結(jié)構(gòu)造特殊的非線性LC振蕩電路，產(chǎn)生非等間距的勢能能級，從而可構(gòu)建一個二能級的量子態(tài)系統(tǒng)。基于Transmon量子比特與電路量子電動力學(xué)（circuit QED）架構(gòu),通過將超導(dǎo)量子比特與微波諧振腔耦合可實現(xiàn)高保真、長相干的量子操控。
超導(dǎo)量子計算產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，未來可期。2019年，由三位諾獎得主之一的馬蒂尼斯領(lǐng)軍的谷歌實驗室推出的53比特“懸鈴木”量子芯片首次實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性驗證。2024年谷歌的Willow芯片、2025年中科大的祖沖之3號超導(dǎo)量子芯片均實現(xiàn)性能上的快速提升，產(chǎn)業(yè)進入蓬勃發(fā)展的階段。未來有望逐步實現(xiàn)專用量子計算機的商用化，并最終向全面容錯量子計算時代邁進。
建議關(guān)注：國盾量子、禾信儀器、普源精電、科大國創(chuàng)、神州信息、光迅科技、國芯科技、三未信安、格爾軟件、吉大正元、信安世紀(jì)等。
風(fēng)險提示：技術(shù)迭代不及預(yù)期；市場需求不及預(yù)期等。
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