微观纪元：用量子计算把AI for材料推向“确定性”
国内绝大部分量子创业公司扎堆硬件，在海外，美国部分研究者已在大公司资助下以应用为导向探索技术落地场景。微观纪元的两位物理学家，也想尽快把量子计算“用起来”，他们切入了材料赛道。
微观纪元：用量子计算把AI for 材料推向“确定性”
作者/朱玫洁
在用AI驱动分子与材料发现之后，有人开始用量子了。
所谓“量子霸权”，在不同行业下解释空间不同。在分子与材料领域，量子强在一种确定性。它与AI的区别在于：AI用海量模拟提供多种可能的结构，但有效性依赖数据质量，可能有“幻想分子”；但量子计算基于第一性原理，能对材料性能给出较为精确的预测。
这是微观纪元在做的事。此前，他们通过模拟计算，从5万个分子中锁定了6个进行湿实验室合成，这6个分子的性能完全达到预期。
手握一套基于第一性原理的“宝剑”，并未让微观纪元在产业界畅行无阻。当前，量子赛道的焦点是通用计算的硬件突破，而他们直接采购算力、切入量子应用，试图融入生物、材料等产业市场，这在国内是玩家较少的前沿领域，在全球则是IBM、谷歌等巨头的一个探索要点。
早期，这个以物理学家为核心的创业团队经历过试错。当下，他们的业务铺开在三大方向：MOFs、树脂等高分子、工业酶，并在2026年1月完成近亿元A轮融资。
“2026年是我们的转折之年。”微观纪元创始人吕川表示。2026年，几种落地应用都在推进：百吨级产线在上海奉贤建设，与上市公司志特新材的合资公司也在研发新产品。
这种偏实业的落地方式，离最初做算法平台的预期已很远。这个过程，既是两位“不安分的”理论物理家跨进产业市场的努力“扎根”，也是量子应用的一次有益探路。
选应用，不是基于激情迸发
全球量子产业仍处在NISQ（噪声中等规模量子）时代，创业公司大多扎堆硬件、追梦通用量子计算。微观纪元却提早切入下游应用。吕川说，这不是激情迸发式的选择，而是随着科研路径一步步演化而来。
吕川和联合创始人左芬都是中科大少年班物理专业出身，吕川博士阶段在合肥微尺度物质科学国家研究中心度过。他早期做自旋电子学领域的研究，本质是操控电子自旋，这和量子比特的底层物理同源。
2019-2021年，谷歌悬铃木、中国九章、祖冲之等原型机相继问世。一路上，吕川也在想，量子计算能为现实做些什么？中国科学院院士潘建伟对他们提了个设想：能不能用量子复刻AlphaFold的蛋白设计？
这个提议对吕川影响很大，使微观纪元有了最初的蓝图。2021年，完成一系列科研原型后，吕川觉得路线相对可行，于是着手注册公司。次年，微观纪元成立。
在吕川看来，量子应用层面的算法好比AI模型，会成为该领域增值最快的资产。就像AI从神经网络、Transformer等技术形成各类模型产品一样，在量子领域，即便未来通用容错量子计算机问世，面向材料、生物的求解器框架和化学、图论等领域的问题也长期不变。
量子技术如何用在化学和生物上呢？
化学反应本质上是化学键的断裂与生成，背后是电子间的关联。电子在轨道上的不同排布方式称为“组态”。由于电子关联效应，真实分子态通常是大量组态叠加形成的复杂量子态。经典方法难以逐一列举并判断其中主要贡献，因此难以精确求解分子电子结构。
而量子计算机本身遵循量子力学规律，可直接编码这种量子关联，从而用于模拟小分子药物与靶点的结合、酶催化反应、MOFs等复杂反应和材料体系。
就像AI从神经网络、Transformer等技术形成各类模型产品一样，在量子领域，即便未来通用容错量子计算机问世，面向材料、生物的求解器框架和化学、图论等领域的问题也长期不变。
生物医药碰壁，转入MOFs赛道
一开始，吕川打算做算法公司，面向生物医药领域，以纯软件的形式提供研发服务。在设想中，这是高研发投入的领域，客户会愿意为更尖端的研发平台付费，但并未立刻打开市场。
时机是一方面，2023-2024年，恰巧创新药市场遇冷。但吕川坦言，也有团队自身的原因。拿AI制药的创企来说，其普遍有药厂从业背景的药学、临床等人才。而微观纪元的核心团队来自物理与量子计算领域，当时缺少产业方面的人才储备。
还有个原因是技术与场景的匹配度。“在药物研发链条里，绝大部分成本集中在临床环节，量子技术只存在于前端分子设计环节，贡献可能只有百分之几”吕川提到。
这次碰壁，倒逼团队想得更清楚：量子技术有自己明确的能力边界。
在一番沉淀之后，团队确定了选择新项目的三条标准。第一，项目难点必须与电子结构、关联效应相关，这才是量子的“优越区”。第二，项目适合平台化批量输出，优先选择成系列的分子，而不是单一孤立产品。第三，赛道有足够的市场空间，契合国内产业升级、国产替代大趋势。
2024年，在保留工业酶设计的管线后，团队把重心转向MOFs、树脂高分子等化学新材料。这是危机时刻的关键抉择。
“应用的方向，没法一开始就规划到位，得不停地跟各行研究者交流。”吕川表示，他的一位高中兼大学校友，曾师从研究MOFs的诺奖得主奥马尔·亚吉。一次聚会交流，让MOFs和量子计算产生了碰撞。
MOFs拥有海量的可组合化学空间。它可以更换金属节点、调整官能团或者改变孔道尺寸，由此调控吸附、分离、催化等功能，得到一系列不同的MOFs材料，就像搭积木一样。
这类材料应用很广，可以选择性吸附电子特种气体里的杂质，实现气体提纯；还可以做传感器——吸附危险气体后让有关电学、光学信号发生改变，实现气体泄漏的灵敏探测。因此，这类材料可用于化工、能源、电子等许多领域的生产中。
当下，量子与MOFs的交叉仍是全球前沿。IBM的量子化学计算部门、QC Ware等团队在跟进研究，“在材料模拟底座能力上，我们离IBM大概是半年的技术差距”，吕川坦言。
值得一提的是，发展通用的任意自旋态制备方法，是连接量子计算与量子化学应用的关键环节，IBM团队曾在2022年的一篇论文中论证，任意自旋态的制备需要指数级的量子门操作，因而难以高效完成——这似乎关上了这扇大门。
但近期左芬等人从多粒子自旋耦合过程本身出发，将自旋态制备范围拓展至若干量子比特对应的完整自旋态空间。这一突破使任意自旋态的高效制备成为可能，为模拟更复杂的分子、材料和多体量子体系铺平了道路。
让量子与AI“打配合”
MOFs并非天然材料，均须人工设计。近几十年，算力发展和DFT(Density Functional Theory,密度泛函理论)等仿真方法推动了大规模模拟计算与性能预测技术的进步，对于宏观一介观尺度行为主导的问题，如高分子材料力学性能的表征，这类计算已足以应对。
真正的卡点，在于涉及强关联电子效应的计算。当MOFs含过渡金属活性位点，并涉及化学吸附、催化或自旋态变化时，强关联电子效应就变得突出——这对传统DFT仿真很难，但会是量子计算的“舒适区”。
对比AI来看，量子计算怎么融入研发流程?
在分子与材料发现中，DFT是基于第一性原理的经典的电子结构仿真方法。AI到来后，通常被放在DFT环节前，做第一轮高通量初筛。AI本质上是数据驱动的统计建模，并非第一性原理方法，可靠性容易受数据集的限制，适合快速初筛。
量子计算则放在DFT之后，由DFT筛选出少数高价值候选后，再用量子计算解析强关联电子效应显著的吸附能、能带结构变化等问题，尤其一些未知的反应机理。由此，形成量子—超算—AI融合的研发平台。
“第一性原理方法的优势是结果具备物理确定性，但能计算的分子规模有限。所以，量子和AI是互补关系。”吕川表示。微观纪元MOFs的研发采用以下工作流。
从5万多个分子开始，经过AI初筛h和DFT筛选得到260余个候选，再启用量子计算，收敛到20个候选分子。综合考虑成本、周期等因素后，从中挑选6个分子进入湿实验室合成，而这6个分子在计算层面全部满足性能指标。
项目用3个月计算、仿真，用6个月合成、表征，用9个月完成小试。传统纯实验路线，即便实验室积累深厚，也往往需要1~2年。而微观纪元从零开始，主要消耗为算力、电费，在实验耗材成本上压缩很明显。
目前，微观纪元可达到1千卡/摩尔的能量误差范围，这个精度并不容易。传统的DFT仿真，对于化学吸附能，偏差可达数千卡/摩尔，甚至超过10千卡/摩尔。一般认为，若能量误差有5千卡/摩尔，产物活性会有数量级上的差距，仿真就只能做定性参考，合成结果全靠运气。
从算法工具走向产业平台
进入化工新材料行业后，吕川遇到另一重行业现实。与创新药企业偏重研发不同，化工中小企业普遍利润率低、现金流紧张，风险厌恶程度高，行业并不习惯采购纯仿真软件服务。
“很多传统化工、材料中小企业，上一代的技术往往并非自主研发。去谈设计新分子的生意，其实很难。”吕川提到。
现实逼迫微观纪元做出模式调整：不能只做软件算法输出，必须向下延伸，触达湿实验环节，用实体样品证明技术价值。2024年，公司在苏州搭建自有湿实验室，打通“量子仿真—合成—表征测试”干湿闭环。
分子做出来后，新的机会来了。
志特新材知道微观纪元有一款捕获水分子的材料后，十分感兴趣。它是一家正在寻找新增长曲线的建材企业，且恰有大量非洲、中东等缺水地区的业务，这和具有空气集水功能的MOFs材料高度匹配。2025年3月，双方签订战略合作协议，随后合资公司成立。
从MOFs粉末到最终集水设备，中间还有材料成型、综合性能提升、循环寿命优化等大量工艺环节。这部分工艺开发继续由微观纪元提供支持。预计到2028—2029年，即可有现金流反哺微观纪元。
合资不是唯一路径。微观纪元正在上海奉贤建设百吨级产线，面向工业气体吸附、有机挥发物制备、特种气体提纯市场，直接销售高分子树脂材料。预计2027年上半年实现产能落地，目前已锁定下游意向订单。
量子应用创业，一场跨行业的整合
当下公司的商业模式，与三四年前的设想已大为不同。原本是想做科研服务方，到后来形成了共建合资公司、自建产线的商业模式。这两种模式是原本搞科研的人在市场上摸索出来的。
“我们希望跟AI制药公司走类似的路径，从获得平台服务收入，逐步转向获得管线、实体产品收入。”吕川希望借此将2026—2027年的营收提升至数干万量级。
从实验室走向新材料产业的路上，吕川及团队的工作呈现双面性。
一面是大量的基础与应用技术的研发工作，比如算法研发、算法与量子硬件的匹配调优，以及把量子的软硬件技术与材料、生物等领域的实际问题融合起来。
另一面是不断地应对外部新变化。从2021年起公司选址、工商注册，到后来的融资谈判、产业BD，这些事都要从头学。前几年，量子圈还很小，市面上几乎找不到既懂量子又能胜任CEO的人才。
团队也有变化。要做产业落地，就要搭建跨学科的大团队，把量子物理、化学、生物、合成实验、产业商务等不同背景的人捏合在一起。这个过程有很多磨合。
其中一个例子是，到复杂的微观尺度后，同一个词在不同学科的内涵完全不一样。比如“价态”，化学语境的价态，和物理上电子轨道态描述不是一回事。仅统一话语体系，就费不少工夫。
在量子应用的先行探路中，微观纪元做的事呈现出两个层面的前沿性。第一层来自技术本身。量子是极度微观的学科，要走到工业应用，必须打通中间的鸿沟。和量子圈这两年慢慢变大一样，新技术的落地，首先需要人才与知识的相互渗透。
第二层来自产业现实。大量化工企业缺乏研发投入的意愿，而微观纪元自己下场做产品、做示范，展示技术潜力，背后对应的是国内功能材料转型升级与国产替代的巨大基本盘。
也许，通用容错量子计算机距离大规模商用还有不少年头。当下不仅要等待，也可在适配当下硬件的产业应用中，沉淀可迁移至未来容错机器的求解器与工程经验。
投资人点评
容亿投资
微观纪元是一支脚踏实地、勇于尝试、不断探索的队伍，从不固守已有能力边界和舒适区，这才成就了具有竞争力的技术、产品与优异的商业闭环能力。
作为重要的A轮投资股东，容亿投资在不到一年的时间里欣喜地看到，微观纪元在基础量子理论算法研究与实现、商用化量子化学分子设计平台、高性能MOFs树脂等新材料研制、百吨级新材料量产线建设等多个点上取得重要突破。在中美NISQ量子计算竞争与博弈的大环境下，微观纪元当前蹚出的量子计算应用之路具备行业示范意义，未来有望释放显著的经济价值。