行业技术前景 - 学界预期发生重大转变 实用容错量子计算机的预期面世时间从数十年后大幅提前至2035年 [2] - 多个顶尖团队在量子纠错 门操作保真度与系统集成等方面取得决定性进展 推动预期加速 [2] - 中国科技大学陆朝阳教授预测 到2035年前后将迎来百万比特规模 完全容错且具备实用价值的量子计算机 [7] 容错量子计算原理与验证 - 量子比特的叠加与纠缠特性使其易受环境噪声等因素干扰导致信息退相干 操作也会引入错误 [3] - 容错量子计算的核心是量子纠错 其理论前提是单次操作错误率低于特定阈值 [3] - 四个独立研究团队证实其构建的量子系统的基础错误率已跨越关键阈值 证明大规模容错计算物理上可行 [3] - 这些团队采用并改进了量子纠错技术 将逻辑量子比特信息分散编码至多个物理量子比特以实现错误识别与修复 [3] 纠错效率与资源优化进展 - 当前主要挑战是让纠错足够高效 早期估算一个逻辑量子比特需要上千个物理量子比特支撑 [5] - 运行大整数因式分解等任务早期估计需要数十亿量子比特 远超当前工程能力 [5] - 通过优化量子门序列组织方式可显著减少资源消耗 谷歌科学家提出的新方法将所需量子比特数从2000万个锐减至100万个 [5] - 纠错编码本身在进化 IBM研发的新一代表面码有望将冗余比压缩至100:1 [5] - 量子时代公司利用其中性原子平台量子比特可自由移动并按需纠缠的优势 也瞄准压缩冗余比的目标 [5] 量子门操作保真度突破 - 英国牛津大学团队报告了高达99.999985%的单量子比特门保真度 较此前纪录提升10倍 [6] - 牛津离子公司宣布其双量子比特门操作保真度达到99.99% [6] - 以色列量子晶体管公司宣布实现99.9988%的双量子比特门保真度 [6] 硬件性能提升与系统集成 - 延长量子比特相干时间是提升硬件耐力的关键 普林斯顿大学团队将超导量子比特寿命从0.1毫秒提升至1.68毫秒 [7] - 若能将寿命延长至10毫秒 纠错所需资源开销可再降两到三倍 [7] - 资源降低后 用3万到5万个量子比特完成大整数质因数分解等任务已非遥不可及 [7] - 下一代极低温电子学器件可与量子芯片高度集成 解决传统布线拥堵与信号衰减问题 [7] - 谷歌最新低温平台已支持约1万个比特集成 未来版本有望容纳数十万个量子比特 [7] 主要参与公司与技术路径 - 谷歌量子人工智能实验室利用超导电路中电子的集体态编码量子信息 [3] - 量子连续体公司使用电磁阱内单个离子内电子的磁取向编码量子信息 [3] - 量子时代公司借助光镊捕获中性原子 通过其排列表示信息 [3] - IBM研发了新一代表面码以压缩纠错冗余比 [5] - 牛津离子公司在双量子比特门保真度上取得进展 [6] - 以色列量子晶体管公司在双量子比特门保真度上取得进展 [6]