近期,量子计算领域密集涌现的重要进展已超越单纯的科研范畴。美国商务部通过国家标准与技术研究院(NIST)宣布,将依据《芯片与科学法案》向9家公司提供总计20.13亿美元的联邦激励资金,旨在加速实用化、容错量子计算所需核心技术的研发。其中,国际商业机器公司(IBM)计划获得10亿美元,用以设立独立的量子晶圆代工企业Anderon;格罗方德(GlobalFoundries)则将获得3.75亿美元,用于提升美国本土的量子代工能力。几乎在同一时期,比利时微电子研究中心(imec)展示了一款据称是全球首个采用高数值孔径极紫外(High NA EUV)光刻技术制造的量子点量子比特器件,并明确指出该器件可兼容300毫米晶圆厂的生产流程。
资本市场对此也迅速做出响应。量子计算公司Quantinuum更新了其首次公开募股(IPO)文件,计划发行约2105万股A类普通股,定价区间为每股45至50美元,并计划在纳斯达克上市,股票代码为“QNT”。按照发行价上限计算,此次募资规模预计达到约10.5亿美元。据估算,如果以发行后股本和每股50美元的最高价计算,Quantinuum的上市估值最高可达约127亿美元。然而,同一份报告也指出,该公司2025年的营收预计为3093万美元,净亏损高达4.582亿美元;2026年第一季度,营收为524万美元,净亏损1.282亿美元。
所有这些信息汇集起来,揭示的远不止“量子计算又取得新突破”这样简单。真正值得关注的是,量子计算正从科研模型、云端演示和抽象算法概念,逐步迈进更贴近半导体工业本质的阶段。未来,政策资金和产业资本将更倾向于投入晶圆厂建设、工艺设计工具包(PDK)、多项目晶圆(MPW)制造、在线测试、低温互补金属氧化物半导体(CMOS)技术、硅光互连、先进封装、材料界面研究以及系统集成等领域。
美国当前正将重点押注于何处?本轮美国量子激励计划最关键的信息并非其巨大的资金总额,而是这些资金的具体流向。其中最大两笔资金分别投向IBM及旗下的Anderon公司,以及格罗方德。这表明政策制定者已将量子计算视为一项需要提前规划和建设的先进制造供应链环节。IBM/Anderon的目标是建立300毫米量子晶圆代工厂,主要服务于超导量子比特及相关电子晶圆的制造;而格罗方德的定位则是打造安全的本土量子代工能力,覆盖超导、离子阱、光子、拓扑和硅自旋等多种量子架构。
其他获得支持的公司也表现出明显的工程化倾向,而非仅仅专注于算法或软件开发。Atom Computing和Infleqtion致力于中性原子系统集成,Diraq聚焦硅自旋量子逻辑单元与制造集成,PsiQuantum则涉及电光材料、单光子探测器和低损耗光子封装。Quantinuum着眼于离子阱路线中的集成光子和可靠光学组件,Rigetti则专注于读出电子的小型化和下一代低温系统架构。D-Wave在其官方声明中指出,拟议资金将推动其超导退火和门模型系统发展,并明确提到量子计算系统的扩展需要先进的制造和封装技术。PsiQuantum则强调,资金将用于提升BTO高性能光开关、高温单光子探测器和先进封装等关键组件的本土可制造性和性能。
这预示着量子计算的商业化进程,初期可能不会表现为“量子CPU大规模出货”,而是首先引发对低温控制芯片、特种互连方案、低损耗材料、封装基板、射频/微波读出设备、硅光组件以及超导工艺等需求重估。IBM宣称Anderon将提供超导布线、硅通孔、凸点、专用PDK、在线晶圆测试与表征、基准工艺路线等能力。这些术语均属于成熟半导体工业的语言体系,而非实验室专用词汇。量子硬件要实现真正的大规模扩展,不能长期依赖少量实验室样品和手工调试,必须像CMOS产业那样,建立可复用的工艺流程、设计规则、批量计量、失效分析和良率学习曲线。
格罗方德的声明也指向了相同的发展方向。该公司表示,其量子技术解决方案部门将致力于构建完整的量子硬件解决方案,涵盖从量子处理器单元到低温读出与控制集成电路,再到先进封装和超导互连的整个链条,并特别强调了低温CMOS、FDX平台、材料科学以及多种量子比特路线的整合。这意味着传统晶圆厂正积极尝试将量子计算的需求转化为可服务、可收费、可迭代的制造平台。对于半导体行业而言,这远比单次实验突破更具深远意义,因为只有制造平台出现,完整的产业链才能形成稳定的分工。
量子芯片正逐步吸纳先进制程的制造能力。imec研制的高数值孔径极紫外(High NA EUV)量子点量子比特器件,揭示了量子计算产业化进程中的另一个重要变化:先进制程技术正在被引入到量子芯片的可制造性验证环节。imec指出,未来实用的量子计算机需要扩展到数百万个互连的量子比特;硅量子点自旋量子比特之所以被称为“工业量子比特”,正是因为其制造工艺与标准硅CMOS技术具有高度兼容性。本次imec的器件将控制栅极间隙精确控制在大约6纳米,并通过High NA EUV技术实现了几纳米级别间隙的可靠图案化。
这并不代表High NA EUV将很快成为量子芯片量产的必要条件。更准确的理解是,它表明量子比特器件的关键性能指标正逐步达到先进半导体制造的精度水平。线宽、间距、边缘粗糙度、界面缺陷、寄生电容、工艺波动以及晶圆级一致性等因素,都可能直接影响量子比特的耦合效率、噪声水平、相干时间及可重复性。对于半导体企业而言,量子芯片虽非传统逻辑芯片的简单延续,但它正在吸收成熟制程体系中的精密图形化、缺陷控制、计量反馈以及良率学习等核心能力。
欧洲SPINS试验线项目进一步印证了这一判断。该项目由imec协调,目标包括开发300毫米锗/锗硅(Ge/GeSi)平台、提供研究级多项目晶圆(MPW)服务、早期PDK开发、晶圆级检测、先进异质集成、FDSOI兼容工艺、低温标准电路以及高通量低温表征。这种配置与半导体产业从早期研发逐步走向生态化制造的路径高度相似:先建立试验线,继而开发设计套件和多项目晶圆制造服务,最终形成完善的工艺文档、测试标准和生态接口。一旦量子计算进入这一阶段,竞争将不再仅仅发生在物理实验室,而将扩展到工艺平台和供应链层面。
当前,量子硬件的发展路线仍未完全统一。谷歌(Google)的Willow项目继续采用超导路线,强调在扩大阵列规模时错误率会下降,并宣称在低于量子纠错阈值方面取得了进展。微软(Microsoft)发布了Majorana 1,声称通过由砷化铟和铝构成的拓扑导体材料堆栈推动拓扑量子比特路线,并提出在单个芯片上扩展到百万量子比特的目标。中国方面,基于“祖冲之三号”设计的超导量子计算机已通过“天衍”量子云平台向商业用户开放使用,但相关的量子优势或商业优势声明仍需更多独立验证。
所有这些最新的进展,并不能说明某个技术路线已然胜出。更贴近现实的判断是,量子计算已进入一个“多技术路线并行,工程瓶颈趋同”的阶段。尽管超导、硅自旋、光子、离子阱、中性原子和拓扑等路线的物理原理各不相同,但它们最终都将需求导向制造、计量、封装、低温控制和系统集成等共通的工程领域。
半导体行业的“卖铲人”是否会率先受益?从市场角度审视,量子计算无法简单地与人工智能(AI)训练芯片相类比。AI加速器的需求源于已商业化的大模型训练和推理负载,客户支出路径相对明确;而量子计算目前仍处于高投入、低收入、强研发和强政策驱动的阶段。麦肯锡咨询公司估计,2024年量子计算公司的收入约为6.5亿至7.5亿美元,预计2025年将超过10亿美元;2024年全球量子技术初创企业的融资额接近20亿美元,较2023年的约13亿美元增长约50%。这些数字表明行业热度显著上升,但与AI加速器、先进逻辑代工或存储市场相比,量子计算硬件的收入规模仍然较小。
Quantinuum更新的IPO文件更加清晰地揭示了这种市场矛盾。该公司计划募资最高约10.5亿美元,资本市场报告估算其估值上限约为127亿美元,但同期公开信息也显示,公司营收规模尚小且亏损巨大。报告还指出,Quantinuum面临的风险因素包括需要开发高批量制造工艺,以及目前对若干材料和系统存在单一来源供应商的依赖。这恰恰说明,量子计算公司的估值并非基于当前的收入表现,而是对其未来容错系统、制造扩展能力和供应链整合能力的提前定价。
从短期来看,市场更有可能率先重估“卖铲人”环节,包括低温CMOS、射频/微波控制、硅光、先进封装、低损耗材料、特殊衬底、晶圆级测试、低温探针台、稀释制冷机、电子设计自动化(EDA)工具、PDK服务以及高性能计算(HPC)互连技术。这些环节无需等待通用容错量子计算完全成熟,就可能因政府项目、试验线建设、企业研发和小批量系统集成而获得新增需求。
英伟达(NVIDIA)发布NVQLink也体现了这一发展趋势。该开放架构旨在将图形处理器(GPU)计算与量子处理器紧密耦合,目前已支持17家量子处理器单元(QPU)制造商、5家控制器制造商和9个美国国家实验室。英伟达强调,量子纠错和校准算法需要与经典超级计算机建立低延迟、高吞吐量的连接。这表明在相当长一段时间内,量子计算不会脱离经典计算体系而独立存在。它更可能以HPC和AI超级计算中心的异构协处理器形式存在,由GPU/CPU承担控制、校准、纠错解码、仿真以及混合算法执行等任务。
中长期来看,市场预测仍然保持乐观。麦肯锡预计,到2035年量子计算的收入可达到280亿至720亿美元,到2040年量子技术整体市场规模有望达到1980亿美元。波士顿咨询集团(BCG)则认为,到2040年量子计算有望创造4500亿至8500亿美元的经济价值,并支撑900亿至1700亿美元规模的硬件和软件供应商市场。然而,BCG也提醒,量子计算目前尚未在商业或科学应用中展现出相较于经典计算的明显优势,硬件保真度的不足仍在限制其广泛采用,而GPU、经典算法和AI框架的持续进步也在不断提高进入门槛。
量子计算正逐步迈入一个更接近半导体产业核心本质的阶段。这无疑将为设备、材料、封装、测试以及代工环节带来新的发展机遇,但短期内并不会带来如同消费电子那样的确定性大规模放量。对于产业链中的企业和投资者而言,量子计算是一个值得密切关注的领域,但不适合以短期爆发式的逻辑进行估值。更稳妥的观察路径应该聚焦于以下三点:晶圆厂和试验线能否持续产出稳定的器件;量子PDK、MPW以及在线测试能否降低硬件创新的门槛;低温控制、先进封装、硅光互连和HPC耦合能否形成可复用的供应链能力。究竟谁能将物理上的突破转化为晶圆厂的实际工艺、将实验室里的器件转化为成熟的PDK、将单次演示转化为可靠的良率曲线,谁才真正掌握了量子计算商业化的入口。
从这个意义上说,量子计算对半导体市场的影响,不应仅仅关注其长远应用前景的想象空间,更应关注它正在推动哪些制造能力、材料平台和系统集成环节被重新定价。短期内,它不会成为另一个AI芯片市场;但从中长期来看,它很可能成为先进制造、低温电子、硅光、封装测试和HPC系统厂商新一轮技术储备竞争的焦点。最终能够穿越估值波动,并实现持续增长的,仍将是那些具备强大制造能力、供应链韧性并能不断取得可验证工程进展的企业。
