【摘要】量子計(jì)算作為量子科技的核心組成部分，憑借獨(dú)特的并行計(jì)算特性，有望提供顛覆性算力，挑戰(zhàn)人類(lèi)操控微觀世界的極限能力。當(dāng)前，量子計(jì)算技術(shù)路徑呈現(xiàn)“百花齊放”格局，超導(dǎo)、硅基量子點(diǎn)、光量子、離子阱、中性原子、核電共振及拓?fù)淞孔佑?jì)算等主要路線各具優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)，尚未收斂，全球科技力量正圍繞不同體系競(jìng)相突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。面對(duì)激烈國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)與產(chǎn)業(yè)化窗口期，我國(guó)應(yīng)強(qiáng)化國(guó)家實(shí)驗(yàn)室引領(lǐng)與協(xié)同攻關(guān)、培育復(fù)合型工程人才破解轉(zhuǎn)化瓶頸、激發(fā)企業(yè)創(chuàng)新主體作用撬動(dòng)社會(huì)資本、加速電子束光刻機(jī)與稀釋制冷機(jī)等“卡脖子”核心設(shè)備自主可控，在量子計(jì)算從含噪聲中等規(guī)模時(shí)代向通用容錯(cuò)邁進(jìn)的長(zhǎng)周期競(jìng)爭(zhēng)中，走出一條符合國(guó)情、支撐高水平科技自立自強(qiáng)的特色發(fā)展之路。
【關(guān)鍵詞】量子計(jì)算 量子科技 核心量子計(jì)算體系 量子產(chǎn)業(yè) 關(guān)鍵核心設(shè)備
【中圖分類(lèi)號(hào)】O413/TP38 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2025.15.004
【作者簡(jiǎn)介】俞大鵬，中國(guó)科學(xué)院院士，北京大學(xué)物理學(xué)院講席教授，深圳國(guó)際量子研究院院長(zhǎng)，APS fellow，兼任中國(guó)電子學(xué)會(huì)量子信息學(xué)會(huì)主任委員、深圳量子信息學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)等。研究方向?yàn)榱孔游飸B(tài)調(diào)控、量子計(jì)算，及關(guān)鍵核心科學(xué)儀器自主研發(fā)等，發(fā)表300余篇論文，含Nature、Science、Physical Review Letters／B等頂級(jí)專(zhuān)業(yè)刊物，被同行參考他引二萬(wàn)余次，h因子超過(guò)100，近年來(lái)在量子物態(tài)的精確量子調(diào)控、固態(tài)量子計(jì)算及若干“根技術(shù)”科學(xué)儀器自主研發(fā)方面取得重大突破。
引言
近年來(lái)，量子科技逐漸成為大國(guó)綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。當(dāng)前，國(guó)際量子科技競(jìng)爭(zhēng)呈現(xiàn)加速演變的態(tài)勢(shì)，主流國(guó)家紛紛加大公共投入、強(qiáng)化國(guó)家戰(zhàn)略協(xié)同，不斷完善從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新鏈條。2020年，美國(guó)能源部發(fā)布量子互聯(lián)網(wǎng)藍(lán)圖（Launch to the Future: Quantum Internet），提出要確保美國(guó)處于全球量子競(jìng)爭(zhēng)的前列，引領(lǐng)通信新時(shí)代，2024年，美國(guó)通過(guò)《國(guó)家量子倡議重新授權(quán)法案》（National Quantum Initiative Reauthorization Act），旨在加速未來(lái)5年美國(guó)量子科技領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)；歐盟通過(guò)“量子旗艦計(jì)劃”（Quantum Technologies Flagship）整合戰(zhàn)略資源；英國(guó)、日本、加拿大、澳大利亞、俄羅斯等國(guó)家圍繞自身優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域紛紛布局發(fā)力。
習(xí)近平總書(shū)記指出：“要充分認(rèn)識(shí)推動(dòng)量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢(shì)，下好先手棋。”[1]近年來(lái)，黨中央對(duì)“開(kāi)辟量子技術(shù)新賽道，創(chuàng)建未來(lái)產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)”多次作出部署，國(guó)家部委及省市陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)政策，支持量子科技發(fā)展。時(shí)至今日，我國(guó)量子科技實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”“并跑”至部分“領(lǐng)跑”的歷史性飛躍：量子通信穩(wěn)固占據(jù)全球引領(lǐng)地位，量子計(jì)算成功躋身第一梯隊(duì)，量子精密測(cè)量在多個(gè)領(lǐng)域亦邁入國(guó)際領(lǐng)先梯隊(duì)。其中，量子計(jì)算作為顛覆傳統(tǒng)信息處理范式的新型計(jì)算體系，已成為挑戰(zhàn)人類(lèi)操控微觀世界極限能力的世紀(jì)系統(tǒng)工程，相關(guān)研究面臨巨大挑戰(zhàn)。
量子計(jì)算的核心在于利用量子比特（Qubit）的疊加性與糾纏性突破經(jīng)典二進(jìn)制限制。量子比特可同時(shí)處于|0〉和|1〉的疊加態(tài)，而糾纏態(tài)使多比特間形成非局域關(guān)聯(lián)，這賦予量子計(jì)算機(jī)指數(shù)級(jí)并行計(jì)算能力，使其在特定問(wèn)題（如大數(shù)分解、復(fù)雜系統(tǒng)模擬等）上的計(jì)算效率遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)。其蘊(yùn)含的算力潛能，更將為金融、國(guó)防、材料、醫(yī)藥等領(lǐng)域帶來(lái)系統(tǒng)性變革。從20世紀(jì)80年代Paul Benioff、Richard Feynman等人的理論構(gòu)想到90年代Peter Shor、Yasunobu Nakamura等人的算法突破與物理實(shí)現(xiàn)探索，再到如今實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性、邁向通用容錯(cuò)量子計(jì)算的多極探索，量子計(jì)算浪潮正引發(fā)全球科技競(jìng)爭(zhēng)格局的深刻重構(gòu)。[2]
當(dāng)前，量子計(jì)算研究呈現(xiàn)“百花齊放”的局面，新技術(shù)研究路徑尚未收斂，主流量子計(jì)算路徑包括超導(dǎo)量子計(jì)算、硅基量子計(jì)算、光量子計(jì)算、離子阱量子計(jì)算、中性原子量子計(jì)算等，每種路徑都有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，也面臨特殊挑戰(zhàn)，最終哪把“金鑰匙”能打開(kāi)通用容錯(cuò)量子計(jì)算的大門(mén)仍未可知。
超導(dǎo)量子計(jì)算體系
基于超導(dǎo)量子電路系統(tǒng)的量子計(jì)算路線在最近幾十年取得了飛速的發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算最為主流的量子計(jì)算物理平臺(tái)之一。這主要是由于其具有較好的可擴(kuò)展性和操控性，以及成熟的加工制備工藝和微波測(cè)控電子學(xué)等優(yōu)勢(shì)。超導(dǎo)量子計(jì)算主要是利用超導(dǎo)量子比特與超導(dǎo)微波諧振腔等電路元件開(kāi)展量子信息處理任務(wù)。
超導(dǎo)量子比特由約瑟夫森結(jié)及其他電路元件構(gòu)成，是一種非線性量子諧振子。通過(guò)精準(zhǔn)的微波脈沖操控，量子比特的狀態(tài)能夠被精確改變，從而完成量子計(jì)算的基本操作。在量子比特集成方面，超導(dǎo)量子計(jì)算借助傳統(tǒng)芯片封裝技術(shù)，成功制備出二維陣列的多比特超導(dǎo)量子芯片，展現(xiàn)出優(yōu)異的可擴(kuò)展性。目前，學(xué)界已經(jīng)研制出包含近百個(gè)量子比特的超導(dǎo)量子處理器，并在多比特量子糾纏、量子糾錯(cuò)等領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。谷歌量子團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)先后成功演示了量子優(yōu)越性，充分展現(xiàn)了超導(dǎo)量子計(jì)算的強(qiáng)大潛力和拓展性?xún)?yōu)勢(shì)。[3]
量子糾錯(cuò)是實(shí)現(xiàn)可靠量子計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)。超導(dǎo)量子計(jì)算采用了表面碼糾錯(cuò)技術(shù)，將量子比特排列在二維格點(diǎn)上，利用冗余量子比特進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正，從而顯著提升量子計(jì)算的可靠性。該技術(shù)不僅能有效對(duì)抗量子比特的退相干，還能在較低的物理比特錯(cuò)誤率下實(shí)現(xiàn)量子信息的可靠存儲(chǔ)與處理。近年來(lái)，表面碼量子糾錯(cuò)對(duì)邏輯錯(cuò)誤率的指數(shù)級(jí)抑制已在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證，這進(jìn)一步證明了基于表面碼糾錯(cuò)的超導(dǎo)量子芯片是實(shí)現(xiàn)通用容錯(cuò)量子計(jì)算的可行路徑。[4]
除此之外，基于超導(dǎo)微波諧振腔中的玻色模式也可以進(jìn)行量子信息處理。一方面，單個(gè)玻色模式具有無(wú)窮維希爾伯特空間，可以實(shí)現(xiàn)硬件高效的量子信息編碼，并且具有相干時(shí)間長(zhǎng)、反饋控制易實(shí)現(xiàn)、錯(cuò)誤類(lèi)型簡(jiǎn)單、錯(cuò)誤探測(cè)方便等優(yōu)勢(shì)?？衫貌ＩＪ竭M(jìn)行量子信息的冗余編碼構(gòu)建邏輯量子比特，并通過(guò)錯(cuò)誤探測(cè)和錯(cuò)誤糾正操作保護(hù)量子信息。目前常見(jiàn)的玻色編碼方案包括GKP編碼、二項(xiàng)式編碼和貓態(tài)編碼等，耶魯大學(xué)和深圳國(guó)際量子研究院基于這些玻色編碼量子糾錯(cuò)方案已實(shí)現(xiàn)突破系統(tǒng)盈虧平衡點(diǎn)。另一方面，利用超導(dǎo)微波諧振腔中玻色模式的具有高光子數(shù)的非經(jīng)典量子資源，如壓縮態(tài)、?？藨B(tài)、光子數(shù)疊加態(tài)等，可實(shí)現(xiàn)量子增強(qiáng)的高精度測(cè)量方案，在量子精密測(cè)量方面具有很大的應(yīng)用潛力，可應(yīng)用于暗物質(zhì)搜尋等方向。
目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展超導(dǎo)量子信息技術(shù)的主要力量有合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、深圳國(guó)際量子研究院、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、清華大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)和院校。深圳國(guó)際量子研究院超導(dǎo)量子計(jì)算課題組目前已形成了涵蓋超導(dǎo)量子芯片設(shè)計(jì)、制備、測(cè)控的全鏈條研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并取得了系列重大創(chuàng)新成果。其中，基于玻色二項(xiàng)式編碼的量子糾錯(cuò)技術(shù)在全球首次突破量子糾錯(cuò)的盈虧平衡點(diǎn)，入選“2023年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”；[5]在超導(dǎo)微波諧振腔中實(shí)現(xiàn)高保真度制備高達(dá)100光子福克態(tài)，打破當(dāng)前領(lǐng)域世界紀(jì)錄，并實(shí)現(xiàn)了接近海森堡極限的量子精密測(cè)量。[6]未來(lái)在超導(dǎo)量子計(jì)算的擴(kuò)展及具體量子信息應(yīng)用等方面，仍面臨諸多挑戰(zhàn)，其發(fā)展前景亦蘊(yùn)含多種可能性。
硅基量子計(jì)算體系
硅基量子點(diǎn)是最早提出的可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的體系之一，天然繼承了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，具備顯著的大規(guī)模可擴(kuò)展的潛力。相比其他量子計(jì)算方案，硅基方案具有以下突出優(yōu)勢(shì)：一是在可大規(guī)模生產(chǎn)的全固態(tài)芯片化方案中，硅基量子比特具有最長(zhǎng)的相干時(shí)間，目前達(dá)到30秒，[7]為高保真量子門(mén)操作奠定基礎(chǔ)；二是硅基量子點(diǎn)大部分加工工藝與傳統(tǒng)的金屬－氧化物－半導(dǎo)體工藝兼容，在商業(yè)化階段更易于與現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)融合與遷移；三是硅基量子點(diǎn)尺寸通常在納米量級(jí)，相比其他體系具有更高的集成度潛力。
硅基量子點(diǎn)目前有兩種主流的實(shí)現(xiàn)方案，一種是門(mén)電極量子點(diǎn)方案，另一種是摻雜磷原子量子點(diǎn)方案。摻雜磷原子量子點(diǎn)方案是通過(guò)掃描隧道顯微鏡或者離子注入的方式在硅襯底中精確引入摻雜磷原子作為量子比特載體，而量子比特信息編碼在電子自旋或者原子核自旋上，相應(yīng)的比特操控分別依靠電子自旋共振或核磁共振技術(shù)。在該方案中，單個(gè)摻雜原子量子點(diǎn)內(nèi)的原子核可以通過(guò)與該量子點(diǎn)束縛的電子的超精細(xì)耦合實(shí)現(xiàn)糾纏，而多個(gè)相鄰的摻雜原子量子點(diǎn)之間則可以通過(guò)其分別束縛的電子之間的交換相互作用實(shí)現(xiàn)糾纏，從而實(shí)現(xiàn)硅基量子計(jì)算大規(guī)模擴(kuò)展的要求。
盡管硅基量子點(diǎn)因?yàn)楣に嚲纫蟾叨鸩捷^晚，比特規(guī)模落后于其他體系，但是近期研究的快速進(jìn)展凸顯了硅基量子點(diǎn)平臺(tái)在構(gòu)建可擴(kuò)展量子計(jì)算方面的潛力。在門(mén)電極量子點(diǎn)方向代爾夫特理工大學(xué)Vandersypen團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了6比特的集成以及量子模擬算法演示；在基于摻雜原子的量子點(diǎn)方向，澳大利亞新南威爾士大學(xué)Simmons課題組實(shí)現(xiàn)了基于兩個(gè)量子點(diǎn)上的11比特（9個(gè)原子核＋2個(gè)電子）的糾纏，[8]Morello課題組則在高自旋原子核上成功制備了貓態(tài)編碼。[9]這些里程碑式的工作充分驗(yàn)證了硅基量子計(jì)算方案的可擴(kuò)展性與邏輯編碼能力，標(biāo)志著該領(lǐng)域正式邁入以多比特操控、大規(guī)模集成和邏輯糾錯(cuò)為核心的新發(fā)展階段。然而，硅基量子計(jì)算仍面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)：電荷噪聲、磁噪聲以及同位素原子核自旋浴等影響因素會(huì)顯著降低比特操控保真度。同時(shí)還存在量子芯片加工難度大，良品率不高等問(wèn)題。這些瓶頸涉及材料制備、工藝迭代、系統(tǒng)反饋控制等多個(gè)工程與科學(xué)前沿領(lǐng)域，亟需多學(xué)科深度合作攻關(guān)。
國(guó)內(nèi)研究硅基量子計(jì)算的主要力量有深圳國(guó)際量子研究院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院微電子研究所、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、北京量子信息科學(xué)研究院等院校，目前已實(shí)現(xiàn)高精度的單比特和兩比特量子門(mén)。深圳國(guó)際量子研究院硅基量子計(jì)算課題組經(jīng)過(guò)數(shù)年研究，已全面打通硅基量子器件從設(shè)計(jì)、加工到測(cè)控的全鏈條技術(shù)。當(dāng)前已成功實(shí)現(xiàn)硅基量子比特的錯(cuò)誤探測(cè)、邏輯編碼與糾錯(cuò)實(shí)驗(yàn)，具備多體糾纏態(tài)制備和簡(jiǎn)單量子算法演示能力，整體研究水平達(dá)到國(guó)際前沿。接下來(lái)將在大規(guī)模硅基量子計(jì)算、硅基原子量子模擬、基于摻雜原子的新型自旋比特、門(mén)電極量子點(diǎn)大規(guī)模集成等方向進(jìn)行布局，努力攻克“卡脖子”技術(shù)壁壘。
光量子計(jì)算體系
光量子計(jì)算作為量子信息處理領(lǐng)域的關(guān)鍵平臺(tái)之一，以光子作為量子比特的理想載體，憑借對(duì)光子量子態(tài)（涵蓋偏振、路徑、時(shí)間、頻率、軌道角動(dòng)量等多個(gè)維度）的精準(zhǔn)操控，實(shí)現(xiàn)信息的編碼與高效計(jì)算。其顯著優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：其一，由于光子與外界環(huán)境的相互作用相對(duì)微弱，光量子計(jì)算系統(tǒng)能夠在室溫條件下穩(wěn)定運(yùn)行；其二，光子具備飛行量子比特的獨(dú)特屬性，可在分布式量子計(jì)算架構(gòu)中充當(dāng)“信使”，有效連接多個(gè)量子節(jié)點(diǎn)，拓展計(jì)算網(wǎng)絡(luò)；其三，光子技術(shù)與成熟的CMOS技術(shù)高度兼容，這一特性為光量子計(jì)算技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展開(kāi)辟了全新路徑，引領(lǐng)其邁向新的技術(shù)前沿。
光量子計(jì)算的核心硬件包括量子光源、光量子線路、單光子探測(cè)器。量子光源用于制備特定初始態(tài)，常見(jiàn)類(lèi)型有確定性的單光子源、壓縮真空態(tài)光源、糾纏光子對(duì)光源等。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)2013年首創(chuàng)量子點(diǎn)脈沖共振激發(fā)技術(shù)，研制出了具備確定性偏振、高純度、高效率的單光子源；2019年實(shí)現(xiàn)了高保真度、高效率、高全同性的雙光子糾纏源；2020年，首次實(shí)現(xiàn)了片上高純度、高全同性、預(yù)報(bào)效率大于90%的光源。在單光子探測(cè)方面，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、代爾夫特大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所等機(jī)構(gòu)可以生產(chǎn)兼具高探測(cè)效率（90%）、高重復(fù)頻率（150 MHz）的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器。
依據(jù)邏輯操作類(lèi)型的不同，光量子計(jì)算可分為通用與專(zhuān)用兩種計(jì)算模式。通用光量子計(jì)算致力于打造一個(gè)能夠運(yùn)行任意量子算法的計(jì)算平臺(tái)，其關(guān)鍵在于達(dá)成一套完備的量子門(mén)集合，從而為任意量子電路提供支撐。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，離不開(kāi)高保真度的量子門(mén)操作、高效的量子糾錯(cuò)機(jī)制以及具備可擴(kuò)展性的系統(tǒng)架構(gòu)。目前，光量子計(jì)算領(lǐng)域已取得一定進(jìn)展，基本操作（例如概率性的控制邏輯門(mén)）以及各類(lèi)量子算法的簡(jiǎn)單演示均已成功實(shí)現(xiàn)。[10]當(dāng)前該領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)在于，如何實(shí)現(xiàn)確定性的兩比特糾纏門(mén)。大規(guī)模糾纏態(tài)的制備與線路操控，以及基于GKP態(tài)的容錯(cuò)量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)等，也是亟待攻克的研究難題。相比之下，專(zhuān)用光量子計(jì)算是圍繞特定問(wèn)題或算法展開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)的，其目的在于達(dá)成更高的計(jì)算效率，同時(shí)降低資源消耗，通常利用光子的獨(dú)特性質(zhì)，如干涉、糾纏等，來(lái)加速特定任務(wù)的求解過(guò)程。例如，“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)在玻色采樣問(wèn)題上取得突破，[11]實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性，Xanadu量子技術(shù)有限公司在時(shí)間編碼玻色采樣上實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性驗(yàn)證。[12]
面向未來(lái)，實(shí)現(xiàn)確定性的兩比特糾纏門(mén)、制備大規(guī)模糾纏態(tài)等關(guān)鍵技術(shù)的突破將有望解決通用光量子計(jì)算的瓶頸問(wèn)題，推動(dòng)光量子計(jì)算從專(zhuān)用計(jì)算向通用計(jì)算的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，隨著光芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，將量子光源、線路、探測(cè)器等核心組件集成于單一芯片之上，將極大提升光量子計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，為光量子計(jì)算的實(shí)用化鋪平道路。另外，隨著量子光源、單光子探測(cè)器及線性光學(xué)元件等核心組件性能的持續(xù)提升，以及量子糾錯(cuò)、量子網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)的突破，光量子計(jì)算將邁向更加成熟和實(shí)用的新階段。
離子阱量子計(jì)算體系
作為最早被提出的量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)方案之一，離子阱量子計(jì)算經(jīng)過(guò)30余年的發(fā)展，已成為當(dāng)前最具實(shí)用化前景的量子計(jì)算技術(shù)路線。該技術(shù)利用電磁場(chǎng)穩(wěn)定囚禁帶電離子，通過(guò)激光或微波等外場(chǎng)調(diào)控實(shí)現(xiàn)量子信息處理。相較于其他量子計(jì)算方案，離子阱系統(tǒng)具有三大優(yōu)勢(shì)：首先，其量子比特相干時(shí)間可達(dá)小時(shí)量級(jí)，[13]遠(yuǎn)超其他技術(shù)路線；其次，量子門(mén)操作保真度高達(dá)99.9%，[14]超過(guò)容錯(cuò)計(jì)算閾值；最后，系統(tǒng)天然具備全連通特性，[15]為復(fù)雜量子算法的高效編譯提供了得天獨(dú)厚的條件。這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)使離子阱系統(tǒng)在量子計(jì)算實(shí)用化進(jìn)程中始終保持著領(lǐng)先地位。目前，美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)已將其列為國(guó)家量子戰(zhàn)略的重點(diǎn)發(fā)展方向，投入大量資源推動(dòng)技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
然而，隨著量子計(jì)算進(jìn)入中等規(guī)模時(shí)代，離子阱量子計(jì)算系統(tǒng)的規(guī)?；瘮U(kuò)展面臨重大挑戰(zhàn)。核心問(wèn)題在于：隨著囚禁離子數(shù)量的增加，系統(tǒng)控制復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)上升，主要體現(xiàn)在精密激光控制系統(tǒng)、規(guī)?；艚姌O構(gòu)建與協(xié)同調(diào)控、環(huán)境噪聲抑制等技術(shù)瓶頸。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，國(guó)際學(xué)界已形成兩大突破性技術(shù)路徑：其一，基于“量子電子耦合器件（QCCD）”的模塊化架構(gòu)，通過(guò)微納加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)高集成度的芯片化離子阱陣列；[16]其二，發(fā)展離子－離子遠(yuǎn)程糾纏網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建分布式量子計(jì)算系統(tǒng)，[17]這一方案可大幅降低單個(gè)模塊的復(fù)雜度。特別值得關(guān)注的是，近年來(lái)，低溫離子阱技術(shù)的突破為規(guī)?；瘮U(kuò)展提供了更穩(wěn)定的真空與電磁環(huán)境，集成光學(xué)與集成電子學(xué)技術(shù)的進(jìn)步則顯著降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，這些技術(shù)進(jìn)步為大規(guī)模離子阱量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
當(dāng)前，離子阱量子計(jì)算已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)十個(gè)量子比特的演示，如Quantinuum（原霍尼韋爾量子部門(mén)）基于“量子電子耦合器件”架構(gòu)的離子量子處理器，以及IonQ基于長(zhǎng)鏈離子晶體架構(gòu)的32比特系統(tǒng)，并在化學(xué)模擬、優(yōu)化問(wèn)題等領(lǐng)域展現(xiàn)出一定的應(yīng)用潛力。學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界正合力推動(dòng)該技術(shù)的實(shí)用化。特別的，在規(guī)?；孔佑?jì)算所需的量子糾錯(cuò)方面，離子阱系統(tǒng)近期在邏輯比特編碼、實(shí)時(shí)量子糾錯(cuò)，以及邏輯比特的量子傳態(tài)方面均有重大進(jìn)展。未來(lái)，隨著錯(cuò)誤率降低和比特規(guī)模擴(kuò)大，離子阱有望在5至10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)百比特級(jí)容錯(cuò)量子計(jì)算。
我國(guó)在離子阱量子計(jì)算領(lǐng)域已形成特色鮮明的研究隊(duì)伍。清華大學(xué)段路明院士團(tuán)隊(duì)在量子模擬方面取得重大突破，成功構(gòu)建百離子量子模擬器，[18]創(chuàng)下國(guó)際紀(jì)錄；國(guó)防科技大學(xué)在芯片化離子阱研發(fā)方面持續(xù)深耕，突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、深圳國(guó)際量子研究院等在量子態(tài)精密操控方面取得系列重要進(jìn)展。全球量子計(jì)算技術(shù)正處于從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段。離子阱量子計(jì)算憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，正在化學(xué)模擬、材料設(shè)計(jì)、藥物研發(fā)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
核電共振量子計(jì)算體系
利用原子核自旋構(gòu)建量子比特是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的主要路徑之一。[19]當(dāng)前相關(guān)研究主要依靠磁場(chǎng)操控原子核自旋，通過(guò)微波天線產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)自旋共振。但長(zhǎng)期來(lái)看，核自旋量子計(jì)算的大規(guī)模擴(kuò)展將面臨挑戰(zhàn)，原因有三：一是磁場(chǎng)無(wú)法在納米尺度精確定義，隨比特?cái)?shù)量增加必然會(huì)導(dǎo)致頻率擁擠和比特串?dāng)_；二是微波天線尺寸較大，占用芯片空間降低集成度；三是功耗較高，對(duì)低溫環(huán)境制冷能力有更高要求，發(fā)熱也會(huì)降低比特相干性能。這些問(wèn)題嚴(yán)重制約核自旋量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)進(jìn)程。核電共振技術(shù)的突破在于首次實(shí)現(xiàn)了自旋的電場(chǎng)操控。其核心原理是利用原子核四極矩相互作用，通過(guò)納米電極所產(chǎn)生的局域電場(chǎng)梯度驅(qū)動(dòng)核自旋躍遷，為自旋尋址擴(kuò)展開(kāi)辟全新的捷徑。
相較于磁操控，電操控空間尋址能力強(qiáng)，可通過(guò)電極位置精確定位單個(gè)量子比特；集成度高，電極尺寸為納米級(jí)，大幅提升單位面積比特密度；功耗極低，避免磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的發(fā)熱問(wèn)題，利于延長(zhǎng)量子相干時(shí)間。此外，核電共振體系采用高自旋原子核（如123Sb）作為量子比特載體，信息密度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)二能級(jí)量子比特，其八能級(jí)結(jié)構(gòu)天然編碼玻色邏輯量子比特，可作為未來(lái)大規(guī)模量子糾錯(cuò)的一級(jí)助推動(dòng)力，將大幅度提升量子糾錯(cuò)性能。這些特性使核電共振成為新晉的、極具潛力的、可擴(kuò)展量子計(jì)算方案。
核電共振理論最早提出于1961年，[20]直到2020年新南威爾士大學(xué)團(tuán)隊(duì)才首次在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到單原子核的核電共振現(xiàn)象，[21]被學(xué)界稱(chēng)為“解決了困擾科學(xué)家60年的難題”，標(biāo)志著該技術(shù)路線從理論走向了實(shí)踐。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，該領(lǐng)域也完成了核電共振自旋性質(zhì)的全系統(tǒng)表征，[22]單比特門(mén)操控精度和讀取精度均達(dá)到了量子容錯(cuò)閾值，也成功研制了一個(gè)貓態(tài)量子邏輯比特。但當(dāng)前國(guó)際核電共振研究仍停留在單原子階段，國(guó)內(nèi)研究仍是空白狀態(tài)，整個(gè)領(lǐng)域仍面臨著芯片制備精度不足、兩比特門(mén)缺失等核心瓶頸。深圳國(guó)際量子研究院率先布局硅基核電共振技術(shù)的研發(fā)，計(jì)劃通過(guò)三大技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)“跟跑”到“并跑”再到“領(lǐng)跑”。一是采用掃描隧道顯微鏡氫掩膜刻蝕的原子級(jí)加工技術(shù)，將當(dāng)前領(lǐng)域放置核自旋的精度從10nm提升到1nm，研制出我國(guó)首批可用的高質(zhì)量硅基核電共振量子芯片。二是基于射頻反射技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速高精度自旋單發(fā)讀取，為未來(lái)實(shí)時(shí)量子糾錯(cuò)儲(chǔ)備核心技術(shù)；發(fā)展空間尋址和頻率尋址混合技術(shù)，提升自旋尋址驅(qū)動(dòng)能力。三是發(fā)展電子媒介的原子核耦合技術(shù)和兩比特門(mén)技術(shù)，突破當(dāng)前領(lǐng)域仍處在單個(gè)原子核的階段，將核電共振推向量子計(jì)算階段。
核電共振量子計(jì)算技術(shù)的布局具有多維度戰(zhàn)略意義。在基礎(chǔ)研究層面，為多能級(jí)量子系統(tǒng)調(diào)控、量子相干性保持等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題提供理想平臺(tái)，其原子級(jí)加工、高靈敏度測(cè)控技術(shù)可直接應(yīng)用于量子傳感、單分子探測(cè)，推動(dòng)微觀觀測(cè)能力躍升。技術(shù)創(chuàng)新層面，將帶動(dòng)半導(dǎo)體工藝升級(jí)，STM-HL原子操縱、高純同位素制備、低溫射頻電子學(xué)等關(guān)鍵技術(shù)突破，有望形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心專(zhuān)利，打破國(guó)外量子芯片制造技術(shù)壟斷。產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面，硅基核電共振技術(shù)與現(xiàn)有CMOS工藝兼容，可依托我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，降低量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化門(mén)檻，帶動(dòng)量子芯片、低溫電子學(xué)、量子軟件等產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，形成新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
中性原子量子計(jì)算體系
近年來(lái)，利用中性單原子陣列進(jìn)行量子計(jì)算已成為一個(gè)迅猛發(fā)展的領(lǐng)域。該技術(shù)將呈電中性的氣態(tài)原子視作一個(gè)量子比特，并將0和1編碼在這個(gè)原子的內(nèi)態(tài)分立能級(jí)上。其基本工作原理依賴(lài)于原子的激光冷卻、囚禁和操控技術(shù)。在一套真空系統(tǒng)中，放入特定的氣態(tài)原子，通常選擇銣、銫、鍶、鐿等元素，再將幾束對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光通過(guò)玻璃窗口入射到這些氣體上，產(chǎn)生作用力，使部分原子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率減慢。從物理學(xué)角度看，日常生活中的溫度概念正是從大量原子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率中提取出來(lái)的，因此這一過(guò)程可稱(chēng)為利用激光冷卻氣態(tài)原子。隨后，使用另一束激光進(jìn)行強(qiáng)聚焦，使其焦點(diǎn)與冷卻后的原子團(tuán)在空間位置重合。這束激光對(duì)原子的作用力如同鑷子，能從包含數(shù)十萬(wàn)個(gè)冷原子的系統(tǒng)中抓取單個(gè)原子，并將其運(yùn)動(dòng)尺度限制在微米范圍內(nèi)。這種激光束被稱(chēng)為光鑷，而原子的被抓取狀態(tài)稱(chēng)為囚禁。進(jìn)一步擴(kuò)展，若將這束激光分成多束，沿同一方向傳播、相隔一定間距且同時(shí)強(qiáng)聚焦，這些焦點(diǎn)便構(gòu)成一個(gè)二維平面上的光鑷陣列。由此，可以制備出中性單原子陣列，亦可稱(chēng)之為量子處理器。通過(guò)微波或光學(xué)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)這些單原子內(nèi)部能級(jí)的激發(fā)躍遷，從而實(shí)現(xiàn)單量子比特和多量子比特的操控。
上述框架詳盡描述了中性原子量子計(jì)算的基本物理架構(gòu)。在這個(gè)領(lǐng)域的研究中，當(dāng)前國(guó)際最前沿的科研進(jìn)展包括：已經(jīng)實(shí)現(xiàn)包含數(shù)百個(gè)原子的量子處理器，研究多種物理模型，成功構(gòu)建了量子線路，實(shí)現(xiàn)邏輯比特編碼等。[23]這些研究成果充分展示出中性單原子陣列體系具有操作保真度高、量子比特連接靈活等特點(diǎn)。同時(shí)，這個(gè)體系擴(kuò)展性良好，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百個(gè)到數(shù)千個(gè)量子比特，具有執(zhí)行量子計(jì)算任務(wù)的強(qiáng)大潛力。盡管已經(jīng)取得諸多成果，但中性原子量子計(jì)算從原理和概念演示向?qū)嵱眠~進(jìn)，仍然是一個(gè)長(zhǎng)期的、不斷探索和研發(fā)的過(guò)程，需要克服多種挑戰(zhàn)，例如，每一步物理操作保真度的進(jìn)一步提升，系統(tǒng)運(yùn)行速度的提升，囚禁原子丟失問(wèn)題帶來(lái)的限制，整個(gè)系統(tǒng)全部技術(shù)的集成與穩(wěn)定性，多個(gè)系統(tǒng)之間的互聯(lián)等。
國(guó)內(nèi)從事相關(guān)領(lǐng)域的研究單位包括中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量院、山西大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、華中科技大學(xué)、深圳國(guó)際量子研究院等，在原子操控能力、陣列制備、量子模擬等方面取得了很多研究成果。早期實(shí)驗(yàn)中普遍采用銣和銫原子，與這兩種元素比較，近年來(lái)，被廣泛關(guān)注的鍶和鐿原子有著獨(dú)有的特點(diǎn)：除了具有壽命最長(zhǎng)、最穩(wěn)定的基態(tài)之外，還有一個(gè)壽命較長(zhǎng)的能級(jí)，稱(chēng)作亞穩(wěn)態(tài)，上述兩個(gè)態(tài)又各自包含不同的子能級(jí)，這種特有的能級(jí)結(jié)構(gòu)為量子比特的編碼和操控提供更多可能性。
拓?fù)淞孔佑?jì)算體系
拓?fù)淞孔佑?jì)算憑借其天然容錯(cuò)的物理機(jī)制，被視為極具前景的候選方向之一。[24]拓?fù)淞孔佑?jì)算的核心思想是利用二維系統(tǒng)中具有非阿貝爾統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的任意子來(lái)進(jìn)行量子比特的編碼與量子門(mén)操作。在二維系統(tǒng)中，粒子的交換過(guò)程僅由路徑的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定，信息能夠以非局域方式編碼在系統(tǒng)的拓?fù)浜?jiǎn)并態(tài)中，從而對(duì)局部擾動(dòng)具有天然的魯棒性。一個(gè)著名的理論模型是由A. Kitaev于2001年提出的Kitaev鏈模型，其中一維p波超導(dǎo)鏈的兩端可以出現(xiàn)馬約拉納零能模（Majorana Zero Mode, MZM）——這是一種自共軛的準(zhǔn)粒子，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)非阿貝爾任意子的最基本構(gòu)件。拓?fù)淞孔娱T(mén)操作可以通過(guò)將這些馬約拉納零能模以特定路徑進(jìn)行“編織”（Braiding）來(lái)實(shí)現(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)上，實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算的主要思路是基于復(fù)合體系構(gòu)建出拓?fù)涑瑢?dǎo)體。最早獲得實(shí)驗(yàn)關(guān)注的是半導(dǎo)體納米線和S波超導(dǎo)體的復(fù)合體系。2012年，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的L. P. Kouwenhoven團(tuán)隊(duì)在InSb納米線與NbTiN超導(dǎo)體組成的近鄰體系中觀測(cè)到零偏壓導(dǎo)電峰，被視為馬約拉納零能模的實(shí)驗(yàn)信號(hào)，在國(guó)際上引發(fā)了強(qiáng)烈反響。同期，北京大學(xué)徐洪起團(tuán)隊(duì)也在InSb納米線和Nb的復(fù)合體系中觀測(cè)到零偏壓電導(dǎo)峰。2015年，C. M. Marcus團(tuán)隊(duì)用Al全包InAs納米線，實(shí)現(xiàn)了硬超導(dǎo)能隙，并且與合作者在庫(kù)倫阻塞實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到馬約拉納態(tài)的非局域性特征。除此之外，2014年，Ali Yazdani通過(guò)在超導(dǎo)體上制作鐵原子鏈，觀測(cè)到了馬約拉納零能模的初步信號(hào)。2016年，上海交大團(tuán)隊(duì)利用自旋極化的STM探針，在Bi2Te3/NbSe2復(fù)合結(jié)構(gòu)中觀測(cè)到馬約拉納零能模的自旋選擇行為。2024年，在Pb膜上生長(zhǎng)的拓?fù)渚w絕緣體SnTe（001）薄膜中觀測(cè)到單個(gè)渦旋中的多個(gè)零能峰及其雜化。
近年來(lái)，基于Kitaev鏈的新實(shí)驗(yàn)思路開(kāi)始獲得越來(lái)越多的關(guān)注。2023年，研究人員在耦合的量子點(diǎn)系統(tǒng)模擬出一個(gè)最簡(jiǎn)Kitaev鏈模型；2025年，在InSbAs二維電子氣中將三個(gè)量子點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)建出人造Kitaev鏈，系統(tǒng)性展示Kitaev鏈兩端馬約拉納態(tài)與中間態(tài)的可控演化，為進(jìn)一步的拓?fù)淞孔娱T(mén)操作和糾錯(cuò)機(jī)制驗(yàn)證提供了理想模型。此外，二維電子氣系統(tǒng)因具備可擴(kuò)展性也得到研究人員的關(guān)注。在某些分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)系統(tǒng)中，如填充因子為5/2的態(tài)，被預(yù)測(cè)可以支持非阿貝爾任意子。
除此之外，研究人員也在嘗試全新的材料體系，典型代表是鐵基超導(dǎo)體。2018年，中國(guó)科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊(duì)利用低溫掃描隧道顯微鏡，在FeTe0.55Se0.45鐵基超導(dǎo)體的磁通渦旋中心發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定的零能模；2022年，進(jìn)一步在LiFeAs體系觀測(cè)到有序排列、可控調(diào)節(jié)的馬約拉納零能模晶格。目前北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理所、上海交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、深圳國(guó)際量子研究院等國(guó)內(nèi)多所科研機(jī)構(gòu)在拓?fù)涑瑢?dǎo)的方向上都有布局，并取得較大進(jìn)展。然而，對(duì)整個(gè)學(xué)界而言，真正意義上的非阿貝爾任意子交換操作仍停留在理論與少量模擬實(shí)驗(yàn)層面，距離高保真邏輯門(mén)操作尚有距離?？傮w來(lái)說(shuō)，目前拓?fù)淞孔佑?jì)算仍處于探索階段，但隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的突破與理論模型的完善，拓?fù)淞孔佑?jì)算有望實(shí)現(xiàn)從概念驗(yàn)證到功能器件的跨越，成為量子信息處理的重要基石。
總結(jié)與展望
2025年被聯(lián)合國(guó)定為“國(guó)際量子科學(xué)與技術(shù)年”，以紀(jì)念現(xiàn)代量子理論誕生100周年。量子科技作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域，不僅意味著突破經(jīng)典物理的局限、拓展人類(lèi)對(duì)微觀世界的認(rèn)知邊界，還為信息安全、精密測(cè)量、新能源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域提供顛覆性技術(shù)支撐，有望深刻重塑未來(lái)人類(lèi)生產(chǎn)生活方式與全球競(jìng)爭(zhēng)格局。習(xí)近平總書(shū)記指出：“加快發(fā)展量子科技，對(duì)促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國(guó)家安全具有非常重要的作用。”[25]在全球各國(guó)競(jìng)相布局的量子科技新賽道上，中國(guó)正以國(guó)家戰(zhàn)略科技力量為核心，全力搶占這一事關(guān)未來(lái)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力格局的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
量子計(jì)算作為量子科技的核心組成部分，其科研突破和相關(guān)產(chǎn)業(yè)化，對(duì)實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)、支撐促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家具有重要意義。當(dāng)前，量子計(jì)算仍處于發(fā)展早期的含噪聲中等規(guī)模量子技術(shù)（NISQ）階段，距離可容錯(cuò)通用量子計(jì)算可能還需數(shù)年至數(shù)十年時(shí)間。依托量子信息科學(xué)（合肥）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等戰(zhàn)略力量，我國(guó)已在超導(dǎo)量子計(jì)算與光量子計(jì)算兩條技術(shù)路線上實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性，但也要清楚看到，相關(guān)科研與轉(zhuǎn)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)。我們對(duì)于量子計(jì)算發(fā)展需有清晰的大局觀，走出一條符合中國(guó)國(guó)情的量子計(jì)算特色發(fā)展之路。
其一，政府部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，提供穩(wěn)定的政策和資金支持。為此，可依托中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、量子信息科學(xué)（合肥）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等國(guó)家戰(zhàn)略科技力量，凝聚各類(lèi)人才，使其積極承擔(dān)國(guó)家重大科技攻關(guān)任務(wù)，聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)協(xié)同攻關(guān)，形成由點(diǎn)到線最終匯聚成面的輻射效應(yīng)，避免低水平重復(fù)建設(shè)及內(nèi)部惡性競(jìng)爭(zhēng)引起的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，充分發(fā)揮新型舉國(guó)體制的制度優(yōu)勢(shì)。
其二，科研單位需構(gòu)建起高水平的復(fù)合型人才團(tuán)隊(duì)。量子計(jì)算領(lǐng)域中30%屬于物理問(wèn)題，70%屬于工程問(wèn)題，在未來(lái)向大規(guī)模、實(shí)用化量子計(jì)算轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，具備工程技術(shù)背景的頂尖復(fù)合型人才至關(guān)重要。為此，應(yīng)強(qiáng)化量子科學(xué)與工程相關(guān)學(xué)科的建設(shè)，推進(jìn)卓越工程師隊(duì)伍的打造，完善人才評(píng)價(jià)機(jī)制及產(chǎn)學(xué)研協(xié)同體系，支持校企聯(lián)合，瞄準(zhǔn)量子相關(guān)產(chǎn)業(yè)需求進(jìn)行訂單式人才培養(yǎng)，以促成學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的良性互動(dòng)，進(jìn)而為我國(guó)量子科技的發(fā)展培育先鋒力量和生力軍。
其三，企業(yè)創(chuàng)新主體作用尚需強(qiáng)化。目前，華為、騰訊、中電科等巨頭企業(yè)已率先布局量子計(jì)算；本源量子、國(guó)盾量子等初創(chuàng)企業(yè)也積極推動(dòng)技術(shù)研究與應(yīng)用探索。然而，整體而言，我國(guó)量子計(jì)算企業(yè)在投入力度和發(fā)展水平上與歐美相比仍存在差距，在核心技術(shù)積累、產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新等方面仍需進(jìn)一步夯實(shí)基礎(chǔ)。為此，建議設(shè)立國(guó)家級(jí)量子產(chǎn)業(yè)基金，強(qiáng)化應(yīng)用示范，撬動(dòng)社會(huì)資本；通過(guò)實(shí)施稅收優(yōu)惠政策和建立容錯(cuò)機(jī)制，提升中小微企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)韌性；從而有力推動(dòng)創(chuàng)新生態(tài)的構(gòu)建，培育產(chǎn)業(yè)發(fā)展沃土。
其四，關(guān)鍵核心設(shè)備的自主可控亟待加速推進(jìn)。量子計(jì)算的進(jìn)步高度依賴(lài)尖端科研儀器設(shè)備，然而，我國(guó)量子信息科技領(lǐng)域部分高端科學(xué)儀器設(shè)備的一些核心技術(shù)依然受制于人，尚未完全實(shí)現(xiàn)自主可控。為此，要加速推進(jìn)關(guān)鍵核心設(shè)備的自主可控，將關(guān)鍵核心技術(shù)牢牢掌握在自己手中，同時(shí)要推進(jìn)儀器設(shè)備產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)企業(yè)的政策扶持。
其五，提升社會(huì)對(duì)量子科技認(rèn)識(shí)的準(zhǔn)確性和包容性。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)大眾尤其是青少年群體的量子科普宣傳，為更多青少年心中埋下量子科技的種子；同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)虛假報(bào)道和不實(shí)宣傳的整治工作，既不能過(guò)度神化量子計(jì)算將其“捧殺”，也不能急于求成將其“棒殺”。
（團(tuán)隊(duì)成員賀煜、徐源、鐘有鵬、薛瀟、林本川、李正達(dá)、辛濤、路堯、尉石、張振生、宋學(xué)鋒、董元浩，對(duì)本文亦有貢獻(xiàn)）
注釋
[1][25]《習(xí)近平在中央政治局第二十四次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào) 深刻認(rèn)識(shí)推進(jìn)量子科技發(fā)展重大意義 加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局》，2020年10月17日，https://www.12371.cn/2020/10/17/ARTI1602921796091459.shtml。
[2]李曉巍、付祥、燕飛等：《量子計(jì)算研究現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展》，《中國(guó)工程科學(xué)》，2022年第4期。
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Evolution of Quantum Computing Technology and National Strategic Coordination
Yu Dapeng
Abstract: As a cornerstone of quantum technology, quantum computing, with the uniquely parallel computing characteristics, has the potential to provide disruptive computing paradigms and push the boundaries of human control over the microscopic realm. Currently, quantum computing platforms exhibit a "diverse and vibrant" landscape, with major approaches-including superconducting circuits, silicon-based quantum dots, photonics, trapped ions, neutral atom arrays, nuclear electronic resonance (NER), and topological quantum computing-each possessing distinct advantages and challenges, though no dominant platform has yet emerged. Researchers worldwide are vigorously working to overcome critical technical challenges across multiple quantum computing platforms. Facing intense international competition and a narrowing window for industrial adoption, China should strengthen the national laboratories' leadership and collaborative research, cultivate interdisciplinary engineering talent to overcome technology transfer bottlenecks, stimulate the innovative role of enterprises to mobilize private capital, and accelerate domestic development of core technologies including electron-beam lithography systems and dilution refrigerators to achieve technological independent. As quantum computing progresses from the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) era toward fault-tolerant universal quantum computing, China must develop a distinctive, nationally tailored strategy to ensure high-level technological self-sufficiency and global competitiveness in this long-term technological race.
Keywords: quantum computing, quantum technology, quantum hardware computing platforms, quantum industry, critical equipment
責(zé) 編∕桂 琰 美 編∕周群英
