量子计算战争：日本加入千比特俱乐部倒计时，中美的王座还稳吗？

日本富士通与日本理化学研究所（RIKEN）于近日宣布，已正式启用256量子比特的超导量子计算机。据称，这是目前全球开始对外提供正式服务的规模最大的量子计算机之一。

这台256量子比特设备由双方共同设立的"理研RQC-富士通联合中心"（以下简称联合中心）开发，基于2023年10月发布的日本国产第二台量子计算机（64量子比特）技术。通过将量子比特数提升至4倍，现已能够开展大规模纠错算法的实证实验。

此外，富士通计划通过其混合量子计算平台"Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform"，在2025年6月前向企业和研究机构提供该设备。

日本理化学研究所理事川崎雅司表示："我们克服了诸多技术难题，大幅扩充量子比特数量并提升计算能力，这得益于与富士通的深度合作。期待通过联合中心的努力加速量子计算机的实际应用。"

以实用化为目标的“联合中心”

开发256量子比特机的联合中心成立于2021年，是日本理研内部20个量子计算研究团队之一。该中心以"建立量子计算机实用化基础技术"为使命，20余名富士通研究人员常驻理研，采用"同吃一锅饭"的协作模式开展研究。

理研量子计算机研究中心主任中村泰信介绍："在硬件方面，我们正在建立可实现1000量子比特级的技术体系，并推进实际机型开发。同时也在开展更上层的应用层研发。"

联合中心于2023年10月以理研首台日本国产量子计算机为基础，开发出64量子比特超导量子计算机（日本国产第二台），此次256量子比特机正是延续了该设备的技术积累。

值得注意的是，联合中心的第一期活动已于2025年3月底结束，现延长4年进入第二期（2025年4月起），而256量子比特机的运行正是第一期的核心目标。

在64量子比特制冷机中实现4倍集成密度

兼任联合中心副主任的富士通研究所院士兼量子研究所所长佐藤信太郎回忆："256量子比特机是联合中心成立之初就设定的目标。虽然64量子比特机开发积累了经验，但仍存在挑战。"

在量子比特芯片方面，由于64量子比特阶段就采用了可扩展性强的"三维连接结构"，无需改变设计布局即可轻松实现大规模扩展。

真正的挑战在于：用于64量子比特机的稀释制冷机已是当时最大规格，能否支持256量子比特的4倍密度集成？超导量子计算机需要维持极低温环境，而制冷机内部空间有限。

研究团队通过热平衡（发热量与冷却能力的平衡）模拟，锁定了制冷机内的瓶颈部位。通过重新选择发热源放大器，设计提升冷却效率的新结构，成功将该部位热负荷降低40%。

此外，虽然芯片尺寸增至4倍、布线数量增加，但通过封装紧凑化设计，最终在相同规格制冷机内实现了4倍集成密度。

另一个关键突破是解决芯片尺寸增大导致的量子比特"特性偏差"问题。佐藤解释："约瑟夫森结（超导量子比特使用的纳米级器件）氧化膜厚度和状态会影响量子特性。制造偏差会导致量子比特频率不一致，最终影响可用性。"

团队开发出激光微调技术，通过调控约瑟夫森结氧化状态抑制偏差，并将处理速度较64量子比特机提升3倍以稳定特性。

这些突破最终成就了当前全球最大规模的商用量子计算机。未来将与客户共同推进材料开发、新药研发、金融等领域的量子应用探索，同时开发支持多用户并发使用的软件技术，最大化硬件性能。

日本这款256量子比特机的另一重要意义在于支持大规模量子纠错实验，包括验证谷歌论文提出的逻辑量子比特方案。佐藤强调："未经纠错时，单纯增加量子比特数无法实现有效计算。量子比特越多，错误影响越显著。"

日本瞄准"超越1024量子比特"的未来

富士通执行副总裁兼CTO Vivek Mahajan表示："256量子比特机只是富士通技术路线图中的一环。"公司致力于实现"全球最快、最高效"的计算技术，正与包括日本理研在内的顶尖机构开展从量子器件到基础软件、应用的全领域合作。

在重点发展软件技术的同时，富士通对"尚未明确最佳方案"的硬件技术保持开放探索。例如与荷兰代尔夫特理工大学合作开发金刚石自旋量子比特（根据相关报道：富士通研发金刚石自旋量子比特，目标将计算误差控制在0.1%以下）。

在超导路线方面，联合中心自成立就以"1024量子比特级"为目标推进研发。通过三维连接结构可进一步扩展芯片规模，而制冷机的高密度化将通过提升容积与制冷能力实现。按计划，2026年将在日本神奈川县"Fujitsu Technology Park"的量子计算大楼部署1024量子比特机。

日本理研方面则聚焦芯片性能提升，同步推进144量子比特系统评估等独立研究。联合中心将以纠错技术实现为主要目标，同时为1024量子比特机及更大规模系统开发创新技术与架构。

结语

日本量子技术近年来取得显著突破，尤其在超导量子计算机（如富士通与理研联合开发的256量子比特机）和常温量子计算（如东京大学"樱花-9"）领域表现突出。其优势在于产学研协同（如理研与企业的深度合作）和细分技术突破（如激光微调纠错技术）。但需清醒认识到：

1. 技术路线尚未定型：日本在超导、冷原子等多路径探索，但中美已确立主流技术优势；

2. 应用转化滞后：中国"九章"光量子计算机、墨子号量子通信等实际应用领先日本；

3. 生态尚不完善：相比美国IBM/Google的千比特级系统和中国全产业链布局，日本仍处追赶阶段。

我们既要肯定日本在基础研究（如量子传感）和工程化（如半导体工艺集成）的创新，更要警惕技术差距的动态变化——量子竞争是长跑，任何阶段性成果都不能成为懈怠的理由。中国需保持战略定力，在纠错技术、应用场景和标准制定上持续突破。