在過去二十多年里，量子計算始終被貼著同一個標(biāo)簽：前景巨大，但遙遙無期。

它在理論上幾乎無所不能，卻在現(xiàn)實中一次次被噪聲、錯誤率和工程復(fù)雜度拉回實驗室角落。

但現(xiàn)在，一種微妙卻清晰的變化正在發(fā)生。

2026年2月4日發(fā)表于《自然》（

Nature

過去兩年里，量子糾錯跨過了關(guān)鍵閾值，量子門精度逼近“九個九”，算法、材料、芯片與系統(tǒng)工程同時取得突破。原本需要數(shù)十億量子比特的計算任務(wù)，被壓縮到幾十萬，甚至更低的數(shù)量級。曾被視為營銷話術(shù)的產(chǎn)業(yè)時間表，開始被實驗數(shù)據(jù)一一托底。

這篇文章要回答的，不是“量子計算是否偉大”，而是一個更現(xiàn)實的問題：

它是否終于走出了“永遠有一天”，開始進入可規(guī)劃、可工程化的階段？

如果答案正在改變，那么改變的根源究竟在哪里，又意味著什么？

2026年2月4日發(fā)表于《自然》（Nature）的一篇關(guān)于量子計算領(lǐng)域最新進展的文章截圖。

本文三章21節(jié)，7100多字：

1. 量子計算：一場正在加速的技術(shù)轉(zhuǎn)折

2. 進展為何突然加速？

第一章 | 揮之不去的難題：錯誤率曾是最大障礙

3. 量子計算為何如此脆弱？

4. 兩個困擾幾十年的根本問題

5. 四支團隊，跨過了關(guān)鍵門檻

6. 量子糾錯：把一個量子比特“拆開保存”

7. 從數(shù)學(xué)證明到現(xiàn)實驗證：容錯量子計算浮出水面

第二章 | “九個九”的追逐：讓量子糾錯真正可擴展

8. 容錯的代價：曾經(jīng)需要“千比一”的冗余

9. 算法更聰明了，所需量子比特在下降

10. 現(xiàn)在的核心問題：怎樣讓糾錯更高效

11. 糾錯理論正在爆發(fā)，但復(fù)雜性也在增加

12. 從“千比一”走向“百比一”的嘗試

13. 延長壽命：讓量子比特“活得更久”

14. 接近科幻的精度，正在變成現(xiàn)實

15. 從“英雄實驗”到可復(fù)制系統(tǒng)

第三章 | 量子計算會很快到來嗎？產(chǎn)業(yè)承諾與現(xiàn)實進度之間

16. 企業(yè)的時間表，正在變得更可信

17. 超導(dǎo)路線的希望：壽命再翻十倍

18. 冰箱里的瓶頸，正在松動

19. 系統(tǒng)工程：真正決定成敗的環(huán)節(jié)

20. 時間仍有爭議，但預(yù)期已經(jīng)前移

21. 十年之內(nèi)，已不再是異想天開

牛津離子公司（Oxford Ionics）生產(chǎn)的量子計算機芯片，該公司是眾多在該技術(shù)領(lǐng)域取得重大進展的公司之一。（圖源：Oxford Ionics/IonQ company）

1.

量子計算：一場正在加速的技術(shù)轉(zhuǎn)折

幾年前，量子計算領(lǐng)域的主流判斷仍然相當(dāng)保守。許多研究者認(rèn)為，要讓量子計算機真正解決復(fù)雜問題——例如預(yù)測化學(xué)反應(yīng)過程或破解高強度加密文本——至少還需要幾十年時間。但如今，這種時間表正在被迅速改寫。

越來越多的跡象顯示，可用的量子計算機，可能在未來十年內(nèi)就會出現(xiàn)。

美國新澤西州普林斯頓大學(xué)的實驗量子物理學(xué)家娜塔莉·德萊昂（Nathalie de Leon）將這種變化形容為一次明顯的“氛圍轉(zhuǎn)變”。她指出，越來越多的人開始意識到，這件事真的有可能實現(xiàn)，而且比預(yù)想中更快。

2.

進展為何突然加速？

過去兩年左右，量子計算領(lǐng)域的進展明顯提速，而且是多條技術(shù)路線同時推進。

一方面，來自高校實驗室的研究團隊，以及從初創(chuàng)公司到大型科技企業(yè)的產(chǎn)業(yè)力量，顯著降低了量子設(shè)備中長期存在的錯誤率。這得益于兩個關(guān)鍵改進：

• 量子器件制造工藝的提升

• 對量子比特進行操控的方法更加精細(xì)

另一方面，理論物理學(xué)家和計算機科學(xué)家對如何更高效地使用量子設(shè)備，也有了更清晰的理解。

耶路撒冷希伯來大學(xué)的計算機科學(xué)家多里特·阿哈羅諾夫（Dorit Aharonov）表示，如今她對量子計算的前景比以往任何時候都更有信心�！�量子計算一定會實現(xiàn)，而且時間線比人們過去想象的要短得多。我們已經(jīng)進入了一個新時代。”

第一章

揮之不去的難題：錯誤率曾是最大障礙

之所以最近的突破讓物理學(xué)界格外振奮，是因為它們正面擊中了量子計算長期以來最核心的瓶頸問題。

3.

量子計算為何如此脆弱？

量子計算機通過“量子比特”來編碼信息。與經(jīng)典計算機中只能取0或1的比特不同，量子比特既可以是0或1，也可以處在兩者之間的連續(xù)疊加態(tài)。一個典型的例子是電子的量子自旋，它可以像一根磁針那樣，在空間中指向任意方向。

一次完整的量子計算，核心是一系列被稱為“量子門”的操作。這些操作可以：

• 作用于單個量子比特，例如將自旋旋轉(zhuǎn)一個特定角度；

• 或同時作用于多個量子比特。

關(guān)鍵在于，量子門能夠讓多個量子比特進入糾纏態(tài)——一種高度相關(guān)的集體狀態(tài)，使可處理的信息量呈指數(shù)級增長。計算最終以一次測量結(jié)束，量子態(tài)被破壞，輸出結(jié)果以普通數(shù)字比特串的形式呈現(xiàn)。

4.

兩個困擾幾十年的根本問題

長期以來，研究人員對這種計算范式是否可行始終心存疑慮，原因主要有兩點。

第一，量子態(tài)在現(xiàn)實環(huán)境中極其不穩(wěn)定。它們會自然、隨機地漂移，持續(xù)一段時間后，所承載的信息幾乎不可避免地丟失。

第二，操作本身就會引入誤差。即便是看似簡單的操作，比如用電磁脈沖旋轉(zhuǎn)一個電子自旋，也無法做到百分之百精確。

正是這兩點，使量子計算在很長一段時間里看起來更像一個理論上的可能性，而非可工程化的技術(shù)。

5.

四支團隊，跨過了關(guān)鍵門檻

但在過去一年左右，情況發(fā)生了根本性變化。阿哈羅諾夫等人指出，已有四支研究團隊證明，這些問題在原則上是可以被解決的。

這四個團隊分別來自：

• 美國加利福尼亞州圣巴巴拉的谷歌量子人工智能實驗室；

• 科羅拉多州布魯姆菲爾德的量子公司量子連續(xù)體（Quantinuum）；

• 美國馬薩諸塞州的哈佛大學(xué)與初創(chuàng)公司“量子時代”（QuEra）；

• 中國合肥的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。

6.

量子糾錯：把一個量子比特“拆開保存”

這些團隊共同采用并改進了一種核心技術(shù)：量子糾錯。

其基本思想是，不再讓一個量子比特獨自承載信息，而是將一個“邏輯量子比特”的信息分散編碼在多個“物理量子比特”中。只要其中部分物理量子比特出錯，系統(tǒng)仍有機會恢復(fù)原始信息。

不同團隊采用的物理實現(xiàn)方式各不相同：

• 谷歌和中科大的方案中，量子信息編碼在超導(dǎo)材料回路中循環(huán)的電子集體狀態(tài)里，系統(tǒng)被冷卻到接近絕對零度，以減少信息退化；

• 量子連續(xù)體公司使用的是被電磁場捕獲的單個離子中電子的磁取向；

• 量子時代公司則利用光學(xué)鑷子束縛的中性原子，其量子比特由原子的排列取向表示。

在計算過程中，系統(tǒng)會在中途測量特定的物理量子比特，以判斷邏輯量子比特是否受到破壞，并據(jù)此施加糾正操作。

7.

從數(shù)學(xué)證明到現(xiàn)實驗證：容錯量子計算浮出水面

量子糾錯本身并非沒有代價。任何糾錯操作本身也會引入新的誤差。

早在20世紀(jì)90年代，阿哈羅諾夫等人就通過數(shù)學(xué)證明指出：如果糾錯過程被反復(fù)應(yīng)用，理論上可以將錯誤率降低到任意小。但這一結(jié)論附帶一個關(guān)鍵前提——每一步糾錯操作的錯誤率，必須低于某個閾值。

而這，正是過去幾十年里始終未能跨越的門檻。

如今，上述四支團隊已經(jīng)展示，他們的量子計算系統(tǒng)確實滿足了這一閾值條件。對許多物理學(xué)家而言，這一成果具有里程碑意義，因為它首次在實驗層面表明：

大規(guī)模、具備容錯能力的量子計算，在技術(shù)上是可行的。

普林斯頓大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種能夠提高量子計算精度的技術(shù)。（圖源：Matt Raspanti/Princeton University）

第二章

“九個九”的追逐：讓量子糾錯真正可擴展

即便量子糾錯已經(jīng)被證明在原理上可行，它也并非靈丹妙藥。真正的挑戰(zhàn)在于規(guī)模。

8.

容錯的代價：曾經(jīng)需要“千比一”的冗余

長期以來，科學(xué)界的普遍估計是：如果要運行一個完全具備容錯能力的量子算法，量子糾錯帶來的開銷可能高達1000:1——也就是說，每一個邏輯量子比特，需要至少一千個物理量子比特來支撐。

但現(xiàn)實是，目前建成的最大量子計算機也只有幾千個量子比特。而早期的推算甚至認(rèn)為，如果要完成諸如大整數(shù)質(zhì)因數(shù)分解這樣的任務(wù)，可能需要數(shù)十億個量子比特。

之所以把質(zhì)因數(shù)分解作為標(biāo)志性目標(biāo)，是因為一旦量子計算機能夠高效完成這一任務(wù)，它就意味著可以解決一整類傳統(tǒng)計算機難以處理的問題，例如：

• 預(yù)測新型“奇跡材料”的物理性質(zhì)；

• 讓金融交易的優(yōu)化效率發(fā)生質(zhì)變；

• 以及破解目前廣泛使用的互聯(lián)網(wǎng)加密體系。

9.

算法更聰明了，所需量子比特在下降

改變這一局面的一個關(guān)鍵因素，是算法層面的創(chuàng)新。研究人員正在用更“聰明”的方式實現(xiàn)量子算法，用更少的量子比特和量子門完成同樣的計算任務(wù)。

結(jié)果是，用于分解大整數(shù)所需的物理量子比特數(shù)量估計值，幾乎每五年就能下降一個數(shù)量級。

去年，谷歌的研究人員克雷格·吉德尼（Craig Gidney）展示了一種實現(xiàn)方案，將所需量子比特數(shù)量從2000萬個大幅削減至100萬個。其中一個關(guān)鍵技巧，是將抽象的量子門線路，重新組織成復(fù)雜的三維幾何結(jié)構(gòu)�！拔掖_實大量依賴幾何直覺。”吉德尼這樣形容自己的方法。

他認(rèn)為，這一結(jié)果已經(jīng)接近標(biāo)準(zhǔn)量子糾錯技術(shù)所能達到的性能極限。但他也指出，如果未來出現(xiàn)更先進的糾錯方案，冗余比例仍有進一步下降的空間。

10.

現(xiàn)在的核心問題：怎樣讓糾錯更高效

在德萊昂看來，當(dāng)前整個領(lǐng)域的焦點已經(jīng)非常明確：如何讓量子糾錯變得更高效。

實現(xiàn)路徑主要有兩條：

• 一是理論上的突破，通過設(shè)計更高效的糾錯編碼，讓一個邏輯量子比特的信息能被更緊湊地存儲，從而減少所需的物理量子比特數(shù)量；

• 二是工程上的改進，提高量子門操作的保真度（即準(zhǔn)確率），以及物理量子比特本身的質(zhì)量，從而減少糾錯所需的步驟數(shù)量。

柏林自由大學(xué)的物理學(xué)家延斯·艾瑟特（Jens Eisert）表示，如果未來幾年物理量子比特的冗余需求不能繼續(xù)下降，他反而會感到意外。

11.

糾錯理論正在爆發(fā)，但復(fù)雜性也在增加

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)量子技術(shù)研究機構(gòu)“量子技術(shù)”（QuTech）的理論物理學(xué)家芭芭拉·特哈爾（Barbara Terhal）指出，從數(shù)學(xué)角度看，量子糾錯理論正在變得更加豐富，也更加有趣。近年來，相關(guān)論文數(shù)量出現(xiàn)了“爆炸式增長”。

但她也提醒，更復(fù)雜的糾錯編碼并非沒有代價。糾錯結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，執(zhí)行量子門操作的難度也可能越高，這在工程實現(xiàn)中可能成為新的瓶頸。

12.

從“千比一”走向“百比一”的嘗試

一些具體方案已經(jīng)展現(xiàn)出大幅降低冗余的潛力。

IBM完善的一種糾錯技術(shù)，有望用當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)十分之一的物理量子比特數(shù)量來編碼邏輯量子比特，將冗余比例降至約100:1。

初創(chuàng)公司量子時代則嘗試?yán)闷渲行栽恿孔颖忍氐囊豁棯毺貎?yōu)勢：量子比特可以被靈活移動，并按需彼此糾纏。量子時代公司創(chuàng)始人、哈佛大學(xué)物理學(xué)家米哈伊爾·盧金（Mikhail Lukin）表示，這一方案在理論上同樣可以將冗余降至100:1。

要實現(xiàn)這一目標(biāo)，盧金估算，其雙量子比特量子門的保真度需要從目前的99.5%提升到約99.9%。他認(rèn)為這是可以做到的�！�我們正穩(wěn)步走在通往‘三個九’的道路上。”他說，這正是業(yè)界對高可靠性的常用說法。

13.

延長壽命：讓量子比特“活得更久”

德萊昂本人則從另一個方向切入，專注研究量子比特的內(nèi)在弱點。她運用高精度計量學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)性地分析量子比特性能受限的根源。

對于超導(dǎo)量子比特而言，歷史上最大的短板之一是壽命太短。即便算法在運行，量子比特也會在等待執(zhí)行量子門操作的過程中不斷“衰減”�！�當(dāng)它們在等你做操作時，量子比特其實已經(jīng)在慢慢‘死去’了。”德萊昂這樣形容。

她與合作者通過超高精度測量，鎖定了限制壽命的電磁噪聲來源，并嘗試了一系列材料層面的改進：

• 將超導(dǎo)回路材料從鋁換成鉭；

• 將襯底材料從藍寶石換成絕緣硅。

這些改變疊加在一起，使量子比特壽命從0.1毫秒提升到1.68毫秒。相關(guān)成果發(fā)表于去年11月的《自然》（Nature）。德萊昂認(rèn)為，這還遠不是極限，“我相信通過一些明顯的嘗試，可以把壽命提升到10到15毫秒”，盡管她也提醒，每消除一種噪聲，往往會出現(xiàn)新的、意想不到的干擾源。

14.

接近科幻的精度，正在變成現(xiàn)實

與此同時，一些團隊已經(jīng)在量子門保真度上取得了幾年前幾乎難以想象的成績。

2025年6月，研究人員報告了一項單量子比特量子門操作，精度達到99.999985%，接近七個九，比此前紀(jì)錄高出一個數(shù)量級。而且，這一突破并未對底層硬件做出任何改動。

該實驗的執(zhí)行者之一、英國牛津大學(xué)的物理學(xué)家莫莉·史密斯（Molly Smith）回憶說，最初只是對微波和激光脈沖做了一些微調(diào)，結(jié)果卻出乎意料�！拔覀儺�(dāng)時想，‘哇，那就看看還能壓低到什么程度吧�！�

多量子比特操作通常比單量子比特更容易出錯，但紀(jì)錄同樣在被不斷刷新。

• 初創(chuàng)公司牛津離子（Oxford Ionics，現(xiàn)已與美國馬里蘭州學(xué)院公園的IonQ合并）宣布，其雙量子比特操作保真度達到99.99%；

• 以色列比尼亞米納的量子晶體管公司（Quantum Transistors）則在去年12月宣布，實現(xiàn)了99.9988%的雙量子比特保真度，接近五個九，其量子比特由摻雜金剛石中的電子態(tài)表示。

15.

從“英雄實驗”到可復(fù)制系統(tǒng)

量子連續(xù)體公司位于科羅拉多州布魯姆菲爾德的物理學(xué)家克里斯·蘭格（Chris Langer）指出，這類刷新紀(jì)錄的成果，雖然令人振奮，但在物理學(xué)界常被稱為“英雄實驗”——它們通常是在單一組件、單一操作上做到極致優(yōu)化。

要在一臺完整、可重復(fù)運行的量子計算機中實現(xiàn)同樣的性能，往往還需要兩年以上的工程打磨。

不過，IonQ旗下牛津離子實驗室的物理學(xué)家克里斯·巴蘭斯（Chris Ballance）表示，他們預(yù)計不久之后，就能在真正可運行的系統(tǒng)中實現(xiàn)同等級別的表現(xiàn)。

第三章

量子計算會很快到來嗎？產(chǎn)業(yè)承諾與現(xiàn)實進度之間

長期以來，量子計算公司對實現(xiàn)大規(guī)模、具備容錯能力的量子計算一直保持高度樂觀。

16.

企業(yè)的時間表，正在變得更可信

谷歌量子計算部門負(fù)責(zé)人哈特穆特·內(nèi)文（Hartmut Neven）表示，公司的目標(biāo)始終沒有改變：“我們一直說，會在本十年結(jié)束前交付可用于實際場景的量子計算能力，這一點并沒有真正改變。”

不同的是，許多研究人員認(rèn)為，這些說法如今看起來更具可行性。在過去，它們常被視為營銷層面的夸大宣傳；而現(xiàn)在，即便對具體時間表仍存疑，學(xué)界也普遍承認(rèn)，技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)發(fā)生了實質(zhì)性變化。

離子阱量子計算公司IonQ的態(tài)度則更為激進。該公司宣稱，其量子計算機有望在2020年代末解決大整數(shù)質(zhì)因數(shù)分解問題。IonQ旗下牛津離子實驗室的物理學(xué)家克里斯·巴蘭斯（Chris Ballance）聲稱，與競爭對手相比，IonQ在解決同類問題時，所需量子比特數(shù)量可減少10倍到1000倍。不過，批評者也指出，IonQ尚未展示一臺完全符合這些指標(biāo)的、可運行的量子計算機。

17.

超導(dǎo)路線的希望：壽命再翻十倍

在超導(dǎo)量子比特路線方面，德萊昂認(rèn)為，進一步延長量子比特壽命將產(chǎn)生決定性影響。她估算，如果壽命能夠提升至10毫秒左右，量子糾錯的冗余開銷可能會降低兩到三倍。

在多項改進疊加的情況下，她認(rèn)為，用3萬到5萬個量子比特完成大整數(shù)質(zhì)因數(shù)分解，已經(jīng)不再是遙不可及的目標(biāo)。

這一數(shù)量級，正好接近企業(yè)希望在一臺單一的超低溫制冷裝置中容納的量子比特規(guī)模。如果能夠做到這一點，就可以避開一個長期困擾工程師的難題：如何將多臺低溫制冷裝置可靠地連接起來，組成一臺真正具備容錯能力的量子計算機。

18.

冰箱里的瓶頸，正在松動

按照內(nèi)文的說法，以當(dāng)前技術(shù)水平，谷歌最大的低溫制冷設(shè)備可以容納約1萬個量子比特。過去真正的“攔路虎”在于，每一個量子比特都需要通過導(dǎo)線連接到位于冰箱外、室溫環(huán)境下的電子控制系統(tǒng)。

但下一代可在極低溫環(huán)境下工作的電子學(xué)器件，理論上可以被直接放置在制冷設(shè)備最冷的區(qū)域，并與量子芯片高度集成。如果這一設(shè)想得以實現(xiàn)，在一臺設(shè)備中集成數(shù)十萬個量子比特，將變得現(xiàn)實可行。

19.

系統(tǒng)工程：真正決定成敗的環(huán)節(jié)

也有研究人員對過快的樂觀預(yù)期保持謹(jǐn)慎。

美國加州圣巴巴拉的物理學(xué)家約翰·馬丁尼斯（John Martinis）曾是谷歌量子計算項目的核心人物，并于2025年獲得諾貝爾獎。他指出，企業(yè)往往會突出各自技術(shù)路線的優(yōu)勢，但真正可用的量子計算機，最終要面對的是系統(tǒng)工程問題——各個部件如何協(xié)同工作。

“一條鏈條的強度，取決于最薄弱的那一環(huán)。”馬丁尼斯這樣形容。

目前，他正嘗試用一種更加整體化的方式重新設(shè)計超導(dǎo)量子比特�！�我們正在用一種完全不同的方法制造這些器件。”他共同創(chuàng)立的初創(chuàng)公司Qolab，正與位于美國加州圣克拉拉的半導(dǎo)體公司應(yīng)用材料公司（Applied Materials）合作，引入現(xiàn)代計算機芯片的制造工藝。

他們的目標(biāo)是制造直徑300毫米的超大芯片，在一塊芯片上容納2萬個以上的超導(dǎo)量子比特，并且能夠直接放入標(biāo)準(zhǔn)的低溫制冷裝置中運行。

20.

時間仍有爭議，但預(yù)期已經(jīng)前移

盡管如此，許多研究人員仍認(rèn)為，實現(xiàn)真正的容錯量子計算不會輕而易舉，而且可能比頭部公司宣稱的時間更晚。

柏林自由大學(xué)的艾瑟特指出，仍有一些關(guān)鍵問題尚未被充分解決。他最近與加州理工學(xué)院帕薩迪納分校的物理學(xué)家約翰·普雷斯基爾（John Preskill）合作發(fā)表綜述文章，系統(tǒng)梳理了這些尚存的技術(shù)瓶頸。

但即便如此，他和許多同行也已經(jīng)明顯修正了此前更為保守的判斷。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的量子計算研究人員陸朝陽表示，他目前的最佳判斷是，全面的容錯量子計算大約會在2035年前后實現(xiàn)。

21.

十年之內(nèi)，已不再是異想天開

幾年前，如果有人提出“量子計算在十年內(nèi)迎來實用突破”，這樣的說法很可能會被輕易否定。

而如今，這種預(yù)期正在成為新的常態(tài)。

一系列看似分散、卻彼此疊加的進展——從量子糾錯閾值的突破，到量子門保真度的“九個九”，再到材料、芯片與系統(tǒng)工程層面的革新——正在共同指向一個結(jié)論：

量子計算，正從一項長期承諾，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�可以被認(rèn)真規(guī)劃的工程目標(biāo)。

參考資料：

"Mind the gaps: The fraught road to quantum advantage" Eisert, J. & Preskill, J. Preprint at arXiv (2025). https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.19928

本文頭圖來自「量子號」