联合国大会宣布2025年为国际量子科学技术年，以此纪念量子科学诞生100周年。尽管量子计算机有望彻底改变全球的医学、化学和生物技术领域，引发诸多关注，但有一个重要现实常常被忽视：所谓“量子优势”——即量子计算机在解决实际问题时比最强大的传统超级计算机更快或更高效——短期内不太可能来自完全基于量子的机器。相反，它将源自混合量子-经典计算平台，这类平台能够结合量子处理器的优势与传统计算的规模及可靠性。

事实上，通过混合量子-经典系统，量子计算在生物技术领域的应用已经取得了令人瞩目的进展。研究人员成功在IBM的量子硬件上对丁型肝炎病毒的整个基因组进行了编码和分析1。国际“量子用于生物学”（Q4Bio）挑战赛的结果表明，混合量子-经典方法可用于分子模拟和药物发现任务，甚至可以模拟包含12,000个原子的蛋白质复合物——这是目前已知规模最大的具有生物学意义的分子模拟2。今年1月，IBM预测2026年将成为一个转折点，在这一年里我们将会看到利用混合系统实现真正的量子优势。

目前的量子计算机虽然功能强大，但还远非完美工具，而生物系统则极为复杂。量子计算机尚无法独立且大规模地应对生物领域的挑战。作为量子计算机中信息的基本单位，量子比特很容易出错——振动或温度、电磁场的微小变化都可能导致其相干性丧失。现有的量子计算机属于噪声中等规模量子（NISQ）设备：它们拥有数十到数百个量子比特，但却没有错误校正功能，操作过程中还会产生错误。

混合系统通过量子错误缓解技术来减少噪声对量子计算的影响，无需进行完整的错误校正。在这种系统中，经典计算机与量子计算机通过迭代循环紧密配合，只有部分计算在量子硬件上完成，而经典计算机则负责处理错误、进行优化以及处理数据。这类系统为实现量子优势起到了桥梁作用，但要想满足那些未来最能从量子计算中受益的应用场景——比如分子模拟、药物设计以及蛋白质或RNA折叠——所需的庞大量子比特数量，这类系统的扩展性仍显不足。

相比之下，错误校正技术则能在保持量子态之间相位关系的同时，对量子态进行物理层面的修正。通过将多个物理量子比特组合成一个逻辑量子比特，就可以在不直接测量这些量子比特状态的情况下检测并纠正错误。不过，这里存在一个关键难题：错误校正本身会为系统增加更多量子比特以及更多易出错的运算；因此，基础错误率必须低于某一特定阈值，错误校正才能发挥作用。谷歌的Willow芯片就实现了这一低于阈值的错误率3。随着通过这种校正方式不断增加量子比特的数量，逻辑错误率会呈指数级下降——这为构建大规模容错量子计算机指明了可能的路径，有观点认为这一目标最早可能在2030年实现。

在研究人员致力于实现容错量子计算机的长期目标的同时，制药行业则采取了更为务实的策略，他们试图从现有的量子技术中获取有用信息，并大力与量子硬件供应商开展合作，为未来量子计算机普及后的应用做好准备。由于这些企业掌握着敏感的知识产权和临床数据，他们还必须考虑安全风险。敏感的加密数据可以通过“现在收集，之后解密”的策略被截获并存储起来，一旦出现足够强大的量子计算机，这些数据就能被破解。对于常用的加密方案RSA-2048，破解所需的物理量子比特数量估计已从大约2000万减少到借助新算法和架构后可能不到10万4,5）。基因组和健康数据不会过期，却特别容易受到此类威胁：虽然这些数据本身往往是可获取的，但它们已经被匿名处理，而用于恢复其真实身份的信息则被加密了。今天收集的数据如果在2035年才被解密，其敏感性将与创建之初相当——甚至可能更高，因为那时的基因组分析技术会更加先进。自2024年起，后量子密码学标准就已经问世6，这类加密方法旨在抵御未来量子计算机的攻击。生物数据库需要制定相应的采用时间表，以保护敏感数据。

生物技术早已在经济竞争力、医疗创新以及国家安全方面发挥着核心作用。随着这些领域与量子计算技术的交汇，政策制定者将面临有关基础设施、人才培养、知识产权以及公平获取等方面的问题。尽早介入至关重要，只有这样，科学成果才能转化为社会效益。

那些具有战略重要性且资金投入巨大的技术往往集中在少数几方手中，这就有可能导致量子优势无法在全球的科研和工业领域得到均衡分布。那些较早获得使用机会的机构——比如美国、欧洲和中国的一些大型制药公司、国家实验室以及资金充裕的大学——将在识别结构复杂的药物靶标等方面获得先发优势。这意味着，首批借助量子技术实现的药物发现几乎肯定会针对那些拥有相关量子计算资源的机构有经济动力去研究的疾病。而那些被忽视的热带疾病以及低收入地区的抗菌素耐药性问题，则不太可能成为量子加速生物学技术的早期受益者。这并非不可避免的结果，但如果没有像联合国教科文组织提出的全球量子计划这样的全球性举措来加以扭转，这种情况就很可能会持续下去。该计划旨在通过提供一个开放的对话、合作和能力建设平台，来解决这一“量子差距”问题。

量子计算不太可能一蹴而就地改变生物技术领域。实际上，它的影响是通过结合量子与经典技术优势的混合系统逐步显现的，这些系统能够在尚未实现完全容错的情况下带来渐进式的优势。我们所面临的挑战不仅是要实现量子优势，还要确保这种优势能够以一种安全、负责任且公平的方式被运用。