钻石的秘密：德国初创公司解决了量子技术的最大难题——图片来源：Xpert.Digital
大卫战胜歌利亚：莱比锡初创公司打造出可装进手提箱的量子计算机
512个量子比特来自墙上的插座：这就是为什么全球科技界目前都在关注萨克森州的原因。
十亿美元的赌注押在宝石上：为什么量子计算的未来在莱比锡
总部位于莱比锡的初创公司SaxonQ正以一种革命性的方法挑战谷歌和IBM等科技巨头：他们不依赖庞大的超低温系统，而是利用合成钻石构建量子计算机。这些计算机无需复杂的冷却系统，可在室温下运行，而且体积小巧，甚至可以装进一个标准手提箱。该公司近期宣布，到2026年，他们将推出最多可容纳512个量子比特的大规模系统，这证明量子计算并非只能由数十亿美元的大型企业垄断。这项“钻石技术”拥有数十年的基础研究基础，并获得数百万美元的政府资助，未来有望使中小企业和自主系统也能获得强大的计算能力——这一技术范式转变正在挑战整个行业的基本原则。.
用金刚石代替低温恒温器：莱比锡一家初创公司如何改写量子计算机的物理学
德国斥资十亿美元，押注一种能够绕过竞争对手冰箱陷阱的宝石。
这条新闻乍听之下似乎只是东德创业圈的一则小插曲：一家位于莱比锡、仅有15名员工的公司声称开发出一种技术，其潜力足以与IBM和谷歌数十亿美元的研发部门相媲美。然而，仔细分析后会发现，这则新闻背后蕴藏着坚实的技术和经济内核，它挑战了量子计算行业的基本原则。.
晶格中的人工缺陷可用作计算核心
莱比锡大学的衍生公司SaxonQ采用了一种与主流架构截然不同的方法。传统科技公司依赖于必须冷却到接近绝对零度的超导电路，而SaxonQ则利用人工合成的金刚石晶体中的氮空位中心（NV中心）。其工作原理极其巧妙：将一个氮原子精确地植入金刚石的碳晶格中，在其紧邻处形成一个碳原子缺失的空位。这种缺陷对在物理上表现得像一个人工原子，可以作为量子比特（qubit）使用，量子比特是量子计算机中最小的信息单元。尤其引人注目的是，每个NV中心可以同时实现多个量子比特，因为中心自身的电子自旋和相邻碳同位素的核自旋都可以作为可独立控制的处理单元。这种对单一物理缺陷的多重利用，赋予了该技术其他方法难以企及的密度效率。.
为什么宝石耐寒，还能为基础设施节省数十亿美元？
这项技术的决定性经济优势在于金刚石的热稳定性。其晶格极其坚固，这意味着在室温下，原子的热振动几乎不存在，而这种振动在其他材料中会破坏脆弱的量子态。因此，金刚石可以被恰当地描述为一种耐高温的量子材料，其在室温下的振动特性与零下253摄氏度的硅相当。对于运营商而言，这意味着根本性的成本优势。超导量子芯片需要复杂的稀释低温恒温器，必须冷却到几毫开尔文，还需要庞大的真空室、专用冷却系统，以及相应的高能耗和相当大的空间占用。而SaxonQ的金刚石芯片则无需复杂的冷却系统，几乎不需要任何占用空间的外部设备，只需插入标准电源插座即可使用。该公司已将这一优势付诸实践，将其量子计算机缩小到手提箱大小，并出售给德国航空航天中心 (DLR) 和弗劳恩霍夫机床与成形技术研究所等客户。这种小型化和便携性在业内尚属首例，因为竞争对手的系统需要占据整个房间，而 SaxonQ 系统却可以装入一个方便灵活的盒子中，甚至可以安装在车辆上。DLR 量子计算计划在 2024 年进行的成功测试就证明了这一点。.
纠缠中的瓶颈是增长的最大障碍
尽管这项技术具有这些令人瞩目的特性，但它仍面临着一个严峻的物理挑战，这一点已被独立专家反复强调。金刚石中的氮-空位色心在原子尺度上相对稀少，而且单个量子比特之间的距离也相对较远。然而，要实现实用的量子计算，必须将许多量子比特纠缠并耦合起来才能执行复杂的计算。这种耦合问题可以通过光链路来解决，例如荷兰的研究人员正在测试的量子中继器；或者通过定向构建空间上足够接近、能够相互作用的密集排列的氮-空位色心簇来解决。虽然SaxonQ公司凭借其专利的基于注入的制造方法，在可控且可重复地放置氮-空位色心方面取得了进展，但如何扩展到更大、更具实际应用价值的量子比特数量仍然是一项关键的技术挑战。早在2024年，该公司就已开始致力于将量子比特数量从4个扩展到8个，并预计这将带来指数级的性能提升。直到2026年7月，SaxonQ才宣布推出规模更大的商业化系统，具体来说，是一款128量子比特处理器和一款512量子比特系统。后者作为首批基于金刚石的NV色心系统之一，其量子比特数显然超过了10个。这些系统设计用于安装在标准服务器机架中，无需通常的重新校准周期和环境监测即可连续运行。能否在不产生显著误差的情况下实现这种扩展，仍然是衡量其实用性的关键所在，并将以此与基于超导和离子阱的同类技术进行比较。.
东德的区位优势与全球企业实力相遇
这项创新的地理起源绝非偶然。莱比锡被许多人视为量子力学的发源地之一，其大学拥有完善的科研基础设施。2021年，物理学教授马里乌斯·格伦德曼（Marius Grundmann）和扬·梅耶（Jan Meijer）从该大学剥离出SaxonQ公司。格伦德曼在纳米技术和半导体物理领域拥有超过三十年的经验，而梅耶则以开发新型离子束注入方法而闻名。为了保护其知识产权，该公司已积累了220多项专利和专利申请，考虑到其规模，这展现了其卓越的创新水平。萨克森州技术创始人基金的七位数投资为这一增长提供了资金支持，同时，公司还任命了弗兰克·施利希廷（Frank Schlichting）担任运营领导职务。施利希廷是一位经验丰富的行业经理人，曾在IT、半导体、汽车和能源等行业担任过领导职务。管理团队的专业化标志着该公司正从一家纯粹的研究型衍生公司转型为一家具有雄心壮志的商业公司。然而，SaxonQ与IBM和谷歌在资源上的差距依然巨大。这两家公司每年在量子计算项目上投入数十亿美元，拥有成熟的云基础设施用于推广量子计算能力，并且在超导系统扩展方面积累了数十年的经验。因此，SaxonQ的真正优势不在于直接争夺最高的量子比特数量，而在于开发那些移动性、抗振性和无需冷却基础设施等特性至关重要的特定应用领域——例如汽车工程、航空航天或分散式工业环境。.
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数十亿欧元的政府投资如何塑造德国量子技术——量子计算市场预测规模在10亿至1万亿欧元之间
这是一个价值数十亿美元的市场，但增长预期却存在很大分歧。
只有将这一发展置于整个量子计算行业的背景下才能理解其经济意义，然而，该行业的市场预测却呈现出显著差异。保守估计认为，2025年全球量子计算市场规模约为12亿至15亿美元，并预测到2035年将增长至约100亿至150亿美元，相当于年均增长率约为23%至27%。而更为乐观的分析师则描绘了一幅更为宏伟的图景。例如，投资银行瑞银集团预测，到2030年，该行业的市值可能已达到3000亿至4000亿美元，而潜在市场规模预计将从目前的18亿美元增长至200亿美元。咨询公司麦肯锡大幅上调了其对量子技术总经济价值的预测，预计到2026年，该行业的总经济价值将达到1.3万亿美元至2.7万亿美元。此前，该行业在2025年的总收入首次突破10亿美元大关。如此巨大的预测范围表明，量子技术行业仍处于发展初期，即使是成熟的研究机构也难以做出可靠的评估。对于像SaxonQ这样的小公司而言，这既是机遇也是风险：不断增长的整体市场为拥有差异化技术方案的利基供应商创造了空间，但与此同时，也存在着这样的风险：资本密集度更高、可扩展性更强的技术最终可能会在诸如NV中心技术等替代方案成熟之前占据主导地位。.
政府资金为德国量子技术领域的发展提供了推动力。
德国联邦政府很早就认识到量子技术的战略重要性，并为此投入了大量资金。量子技术框架计划早在2018年就已启动，随后在2020年又从经济刺激和未来导向型一揽子计划中拨款20亿欧元。2023年通过的量子技术行动计划预计，到2026年，参与的各部委将投资约21.8亿欧元，科研机构还将追加8.5亿欧元，总计超过30亿欧元。在此框架下，德国航空航天中心（DLR）的量子计算计划发挥着核心作用，该计划投入7.4亿美元，专门向SaxonQ等新兴公司授予合同，以帮助德国本土供应商做好市场准备。展望未来，德国政府作为其“1000量子比特，100个应用”计划的一部分，计划从2026年开始在欧洲制造网络中建立多条试点生产线，并在2030年前至少建造两台高性能量子计算机。这种有针对性的政府资助政策与以私人投资为主的美国模式截然不同，它为像SaxonQ这样的小型德国公司创造了一个受保护的市场环境，使它们能够在国际竞争全面爆发之前，通过公共研究合同获得初始收入。然而，批评人士指出，与国际水平相比，这笔资助金额仍然偏低，例如，与欧盟72亿美元的总额相比，而且仅美国就通过私人风险投资对IBM或谷歌等公司投入了数倍于此的资金。.
钻石模型对未来技术格局的意义
SaxonQ 的真正经济意义不在于它声称短期内将超越 IBM 或 Google，而在于它证明了量子计算不必继续被资金雄厚的大型企业垄断。通过使传统量子系统中成本最高、最复杂的低温技术彻底过时，这项钻石技术显著降低了研究机构、中型工业企业乃至教育机构的准入门槛。这正是首席执行官 Marius Grundmann 所追求的核心愿景——量子技术的民主化，未来规模较小的企业无需投入巨资建设基础设施，也能获得量子计算能力。从长远来看，该公司甚至设想将其芯片应用于机器人和自动驾驶汽车等自主系统中，届时，与传统计算相比，量子技术的能源效率优势将在解决复杂的优化问题方面发挥决定性作用。这种基于金刚石的方法最终能否胜出，还是会像目前主流的超导和离子阱方法一样，仅仅作为一种小众技术存在，将取决于未来几年能否成功扩展量子比特数量，同时控制误码率。然而，目前可以肯定的是，一家位于莱比锡的小公司，凭借一项基于东德某大学多年基础研究的巧妙物理创新，为关于量子计算未来的国际讨论增添了一个令人惊讶且经济可行的新维度。.
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