【摘要】量子計算作為量子科技的核心組成部分，憑借獨特的并行計算特性，有望提供顛覆性算力，挑戰人類操控微觀世界的極限能力。當前，量子計算技術路徑呈現“百花齊放”格局，超導、硅基量子點、光量子、離子阱、中性原子、核電共振及拓撲量子計算等主要路線各具優勢與挑戰，尚未收斂，全球科技力量正圍繞不同體系競相突破關鍵技術瓶頸。面對激烈國際競爭與產業化窗口期，我國應強化國家實驗室引領與協同攻關、培育復合型工程人才破解轉化瓶頸、激發企業創新主體作用撬動社會資本、加速電子束光刻機與稀釋制冷機等“卡脖子”核心設備自主可控，在量子計算從含噪聲中等規模時代向通用容錯邁進的長周期競爭中，走出一條符合國情、支撐高水平科技自立自強的特色發展之路。
【關鍵詞】量子計算 量子科技 核心量子計算體系 量子產業 關鍵核心設備
【中圖分類號】O413/TP38 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2025.15.004
【作者簡介】俞大鵬，中國科學院院士，北京大學物理學院講席教授，深圳國際量子研究院院長，APS fellow，兼任中國電子學會量子信息學會主任委員、深圳量子信息學會理事長等。研究方向為量子物態調控、量子計算，及關鍵核心科學儀器自主研發等，發表300余篇論文，含Nature、Science、Physical Review Letters／B等頂級專業刊物，被同行參考他引二萬余次，h因子超過100，近年來在量子物態的精確量子調控、固態量子計算及若干“根技術”科學儀器自主研發方面取得重大突破。
引言
近年來，量子科技逐漸成為大國綜合國力競爭的戰略制高點。當前，國際量子科技競爭呈現加速演變的態勢，主流國家紛紛加大公共投入、強化國家戰略協同，不斷完善從基礎研究到產業轉化的創新鏈條。2020年，美國能源部發布量子互聯網藍圖（Launch to the Future: Quantum Internet），提出要確保美國處于全球量子競爭的前列，引領通信新時代，2024年，美國通過《國家量子倡議重新授權法案》（National Quantum Initiative Reauthorization Act），旨在加速未來5年美國量子科技領域的研究和開發；歐盟通過“量子旗艦計劃”（Quantum Technologies Flagship）整合戰略資源；英國、日本、加拿大、澳大利亞、俄羅斯等國家圍繞自身優勢領域紛紛布局發力。
習近平總書記指出：“要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性，加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局，把握大趨勢，下好先手棋。”[1]近年來，黨中央對“開辟量子技術新賽道，創建未來產業先導區”多次作出部署，國家部委及省市陸續出臺多項政策，支持量子科技發展。時至今日，我國量子科技實現了從“跟跑”“并跑”至部分“領跑”的歷史性飛躍：量子通信穩固占據全球引領地位，量子計算成功躋身第一梯隊，量子精密測量在多個領域亦邁入國際領先梯隊。其中，量子計算作為顛覆傳統信息處理范式的新型計算體系，已成為挑戰人類操控微觀世界極限能力的世紀系統工程，相關研究面臨巨大挑戰。
量子計算的核心在于利用量子比特（Qubit）的疊加性與糾纏性突破經典二進制限制。量子比特可同時處于|0〉和|1〉的疊加態，而糾纏態使多比特間形成非局域關聯，這賦予量子計算機指數級并行計算能力，使其在特定問題（如大數分解、復雜系統模擬等）上的計算效率遠超經典計算機。其蘊含的算力潛能，更將為金融、國防、材料、醫藥等領域帶來系統性變革。從20世紀80年代Paul Benioff、Richard Feynman等人的理論構想到90年代Peter Shor、Yasunobu Nakamura等人的算法突破與物理實現探索，再到如今實現量子優越性、邁向通用容錯量子計算的多極探索，量子計算浪潮正引發全球科技競爭格局的深刻重構。[2]
當前，量子計算研究呈現“百花齊放”的局面，新技術研究路徑尚未收斂，主流量子計算路徑包括超導量子計算、硅基量子計算、光量子計算、離子阱量子計算、中性原子量子計算等，每種路徑都有獨特優勢，也面臨特殊挑戰，最終哪把“金鑰匙”能打開通用容錯量子計算的大門仍未可知。
超導量子計算體系
基于超導量子電路系統的量子計算路線在最近幾十年取得了飛速的發展，成為實現通用量子計算最為主流的量子計算物理平臺之一。這主要是由于其具有較好的可擴展性和操控性，以及成熟的加工制備工藝和微波測控電子學等優勢。超導量子計算主要是利用超導量子比特與超導微波諧振腔等電路元件開展量子信息處理任務。
超導量子比特由約瑟夫森結及其他電路元件構成，是一種非線性量子諧振子。通過精準的微波脈沖操控，量子比特的狀態能夠被精確改變，從而完成量子計算的基本操作。在量子比特集成方面，超導量子計算借助傳統芯片封裝技術，成功制備出二維陣列的多比特超導量子芯片，展現出優異的可擴展性。目前，學界已經研制出包含近百個量子比特的超導量子處理器，并在多比特量子糾纏、量子糾錯等領域取得了顯著進展。谷歌量子團隊與中國科學技術大學團隊先后成功演示了量子優越性，充分展現了超導量子計算的強大潛力和拓展性優勢。[3]
量子糾錯是實現可靠量子計算的關鍵技術。超導量子計算采用了表面碼糾錯技術，將量子比特排列在二維格點上，利用冗余量子比特進行錯誤檢測與糾正，從而顯著提升量子計算的可靠性。該技術不僅能有效對抗量子比特的退相干，還能在較低的物理比特錯誤率下實現量子信息的可靠存儲與處理。近年來，表面碼量子糾錯對邏輯錯誤率的指數級抑制已在實驗中得到驗證，這進一步證明了基于表面碼糾錯的超導量子芯片是實現通用容錯量子計算的可行路徑。[4]
除此之外，基于超導微波諧振腔中的玻色模式也可以進行量子信息處理。一方面，單個玻色模式具有無窮維希爾伯特空間，可以實現硬件高效的量子信息編碼，并且具有相干時間長、反饋控制易實現、錯誤類型簡單、錯誤探測方便等優勢。可利用玻色模式進行量子信息的冗余編碼構建邏輯量子比特，并通過錯誤探測和錯誤糾正操作保護量子信息。目前常見的玻色編碼方案包括GKP編碼、二項式編碼和貓態編碼等，耶魯大學和深圳國際量子研究院基于這些玻色編碼量子糾錯方案已實現突破系統盈虧平衡點。另一方面，利用超導微波諧振腔中玻色模式的具有高光子數的非經典量子資源，如壓縮態、福克態、光子數疊加態等，可實現量子增強的高精度測量方案，在量子精密測量方面具有很大的應用潛力，可應用于暗物質搜尋等方向。
目前國內開展超導量子信息技術的主要力量有合肥國家實驗室、中國科學技術大學、深圳國際量子研究院、中國科學院物理研究所、清華大學等研究機構和院校。深圳國際量子研究院超導量子計算課題組目前已形成了涵蓋超導量子芯片設計、制備、測控的全鏈條研發團隊，并取得了系列重大創新成果。其中，基于玻色二項式編碼的量子糾錯技術在全球首次突破量子糾錯的盈虧平衡點，入選“2023年度中國科學十大進展”；[5]在超導微波諧振腔中實現高保真度制備高達100光子福克態，打破當前領域世界紀錄，并實現了接近海森堡極限的量子精密測量。[6]未來在超導量子計算的擴展及具體量子信息應用等方面，仍面臨諸多挑戰，其發展前景亦蘊含多種可能性。
硅基量子計算體系
硅基量子點是最早提出的可以實現量子計算的體系之一，天然繼承了半導體產業優勢，具備顯著的大規模可擴展的潛力。相比其他量子計算方案，硅基方案具有以下突出優勢：一是在可大規模生產的全固態芯片化方案中，硅基量子比特具有最長的相干時間，目前達到30秒，[7]為高保真量子門操作奠定基礎；二是硅基量子點大部分加工工藝與傳統的金屬－氧化物－半導體工藝兼容，在商業化階段更易于與現有半導體產業融合與遷移；三是硅基量子點尺寸通常在納米量級，相比其他體系具有更高的集成度潛力。
硅基量子點目前有兩種主流的實現方案，一種是門電極量子點方案，另一種是摻雜磷原子量子點方案。摻雜磷原子量子點方案是通過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，相應的比特操控分別依靠電子自旋共振或核磁共振技術。在該方案中，單個摻雜原子量子點內的原子核可以通過與該量子點束縛的電子的超精細耦合實現糾纏，而多個相鄰的摻雜原子量子點之間則可以通過其分別束縛的電子之間的交換相互作用實現糾纏，從而實現硅基量子計算大規模擴展的要求。
盡管硅基量子點因為工藝精度要求高而起步較晚，比特規模落后于其他體系，但是近期研究的快速進展凸顯了硅基量子點平臺在構建可擴展量子計算方面的潛力。在門電極量子點方向代爾夫特理工大學Vandersypen團隊實現了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方向，澳大利亞新南威爾士大學Simmons課題組實現了基于兩個量子點上的11比特（9個原子核＋2個電子）的糾纏，[8]Morello課題組則在高自旋原子核上成功制備了貓態編碼。[9]這些里程碑式的工作充分驗證了硅基量子計算方案的可擴展性與邏輯編碼能力，標志著該領域正式邁入以多比特操控、大規模集成和邏輯糾錯為核心的新發展階段。然而，硅基量子計算仍面臨關鍵挑戰：電荷噪聲、磁噪聲以及同位素原子核自旋浴等影響因素會顯著降低比特操控保真度。同時還存在量子芯片加工難度大，良品率不高等問題。這些瓶頸涉及材料制備、工藝迭代、系統反饋控制等多個工程與科學前沿領域，亟需多學科深度合作攻關。
國內研究硅基量子計算的主要力量有深圳國際量子研究院、中國科學技術大學、中國科學院微電子研究所、中國科學院物理研究所、北京量子信息科學研究院等院校，目前已實現高精度的單比特和兩比特量子門。深圳國際量子研究院硅基量子計算課題組經過數年研究，已全面打通硅基量子器件從設計、加工到測控的全鏈條技術。當前已成功實現硅基量子比特的錯誤探測、邏輯編碼與糾錯實驗，具備多體糾纏態制備和簡單量子算法演示能力，整體研究水平達到國際前沿。接下來將在大規模硅基量子計算、硅基原子量子模擬、基于摻雜原子的新型自旋比特、門電極量子點大規模集成等方向進行布局，努力攻克“卡脖子”技術壁壘。
光量子計算體系
光量子計算作為量子信息處理領域的關鍵平臺之一，以光子作為量子比特的理想載體，憑借對光子量子態（涵蓋偏振、路徑、時間、頻率、軌道角動量等多個維度）的精準操控，實現信息的編碼與高效計算。其顯著優勢體現在：其一，由于光子與外界環境的相互作用相對微弱，光量子計算系統能夠在室溫條件下穩定運行；其二，光子具備飛行量子比特的獨特屬性，可在分布式量子計算架構中充當“信使”，有效連接多個量子節點，拓展計算網絡；其三，光子技術與成熟的CMOS技術高度兼容，這一特性為光量子計算技術的進一步發展開辟了全新路徑，引領其邁向新的技術前沿。
光量子計算的核心硬件包括量子光源、光量子線路、單光子探測器。量子光源用于制備特定初始態，常見類型有確定性的單光子源、壓縮真空態光源、糾纏光子對光源等。中國科學技術大學研究團隊2013年首創量子點脈沖共振激發技術，研制出了具備確定性偏振、高純度、高效率的單光子源；2019年實現了高保真度、高效率、高全同性的雙光子糾纏源；2020年，首次實現了片上高純度、高全同性、預報效率大于90%的光源。在單光子探測方面，美國國家標準與技術研究院、代爾夫特大學、中國科學院上海微系統與信息技術研究所等機構可以生產兼具高探測效率（90%）、高重復頻率（150 MHz）的超導納米線單光子探測器。
依據邏輯操作類型的不同，光量子計算可分為通用與專用兩種計算模式。通用光量子計算致力于打造一個能夠運行任意量子算法的計算平臺，其關鍵在于達成一套完備的量子門集合，從而為任意量子電路提供支撐。要實現這一目標，離不開高保真度的量子門操作、高效的量子糾錯機制以及具備可擴展性的系統架構。目前，光量子計算領域已取得一定進展，基本操作（例如概率性的控制邏輯門）以及各類量子算法的簡單演示均已成功實現。[10]當前該領域面臨的最大挑戰在于，如何實現確定性的兩比特糾纏門。大規模糾纏態的制備與線路操控，以及基于GKP態的容錯量子計算的實現等，也是亟待攻克的研究難題。相比之下，專用光量子計算是圍繞特定問題或算法展開優化設計的，其目的在于達成更高的計算效率，同時降低資源消耗，通常利用光子的獨特性質，如干涉、糾纏等，來加速特定任務的求解過程。例如，“九章”光量子計算原型機在玻色采樣問題上取得突破，[11]實現了量子優越性，Xanadu量子技術有限公司在時間編碼玻色采樣上實現了量子優越性驗證。[12]
面向未來，實現確定性的兩比特糾纏門、制備大規模糾纏態等關鍵技術的突破將有望解決通用光量子計算的瓶頸問題，推動光量子計算從專用計算向通用計算的轉變。同時，隨著光芯片技術的不斷發展，將量子光源、線路、探測器等核心組件集成于單一芯片之上，將極大提升光量子計算系統的穩定性和可擴展性，為光量子計算的實用化鋪平道路。另外，隨著量子光源、單光子探測器及線性光學元件等核心組件性能的持續提升，以及量子糾錯、量子網絡等關鍵技術的突破，光量子計算將邁向更加成熟和實用的新階段。
離子阱量子計算體系
作為最早被提出的量子計算實現方案之一，離子阱量子計算經過30余年的發展，已成為當前最具實用化前景的量子計算技術路線。該技術利用電磁場穩定囚禁帶電離子，通過激光或微波等外場調控實現量子信息處理。相較于其他量子計算方案，離子阱系統具有三大優勢：首先，其量子比特相干時間可達小時量級，[13]遠超其他技術路線；其次，量子門操作保真度高達99.9%，[14]超過容錯計算閾值；最后，系統天然具備全連通特性，[15]為復雜量子算法的高效編譯提供了得天獨厚的條件。這些技術優勢使離子阱系統在量子計算實用化進程中始終保持著領先地位。目前，美國、歐盟等發達國家和地區已將其列為國家量子戰略的重點發展方向，投入大量資源推動技術突破和產業化進程。
然而，隨著量子計算進入中等規模時代，離子阱量子計算系統的規模化擴展面臨重大挑戰。核心問題在于：隨著囚禁離子數量的增加，系統控制復雜度呈指數級上升，主要體現在精密激光控制系統、規模化囚禁電極構建與協同調控、環境噪聲抑制等技術瓶頸。針對這些挑戰，國際學界已形成兩大突破性技術路徑：其一，基于“量子電子耦合器件（QCCD）”的模塊化架構，通過微納加工技術實現高集成度的芯片化離子阱陣列；[16]其二，發展離子－離子遠程糾纏網絡技術，構建分布式量子計算系統，[17]這一方案可大幅降低單個模塊的復雜度。特別值得關注的是，近年來，低溫離子阱技術的突破為規模化擴展提供了更穩定的真空與電磁環境，集成光學與集成電子學技術的進步則顯著降低了系統復雜度，這些技術進步為大規模離子阱量子計算機的實現奠定堅實基礎。
當前，離子阱量子計算已經實現數十個量子比特的演示，如Quantinuum（原霍尼韋爾量子部門）基于“量子電子耦合器件”架構的離子量子處理器，以及IonQ基于長鏈離子晶體架構的32比特系統，并在化學模擬、優化問題等領域展現出一定的應用潛力。學術界與產業界正合力推動該技術的實用化。特別的，在規模化量子計算所需的量子糾錯方面，離子阱系統近期在邏輯比特編碼、實時量子糾錯，以及邏輯比特的量子傳態方面均有重大進展。未來，隨著錯誤率降低和比特規模擴大，離子阱有望在5至10年內實現百比特級容錯量子計算。
我國在離子阱量子計算領域已形成特色鮮明的研究隊伍。清華大學段路明院士團隊在量子模擬方面取得重大突破，成功構建百離子量子模擬器，[18]創下國際紀錄；國防科技大學在芯片化離子阱研發方面持續深耕，突破多項關鍵技術；中國科學技術大學、深圳國際量子研究院等在量子態精密操控方面取得系列重要進展。全球量子計算技術正處于從實驗室走向產業化的關鍵階段。離子阱量子計算憑借其獨特的優勢，正在化學模擬、材料設計、藥物研發等領域展現出巨大的應用潛力。
核電共振量子計算體系
利用原子核自旋構建量子比特是實現量子計算的主要路徑之一。[19]當前相關研究主要依靠磁場操控原子核自旋，通過微波天線產生的交變磁場驅動自旋共振。但長期來看，核自旋量子計算的大規模擴展將面臨挑戰，原因有三：一是磁場無法在納米尺度精確定義，隨比特數量增加必然會導致頻率擁擠和比特串擾；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，對低溫環境制冷能力有更高要求，發熱也會降低比特相干性能。這些問題嚴重制約核自旋量子計算機的研發進程。核電共振技術的突破在于首次實現了自旋的電場操控。其核心原理是利用原子核四極矩相互作用，通過納米電極所產生的局域電場梯度驅動核自旋躍遷，為自旋尋址擴展開辟全新的捷徑。
相較于磁操控，電操控空間尋址能力強，可通過電極位置精確定位單個量子比特；集成度高，電極尺寸為納米級，大幅提升單位面積比特密度；功耗極低，避免磁場驅動帶來的發熱問題，利于延長量子相干時間。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，信息密度遠超傳統二能級量子比特，其八能級結構天然編碼玻色邏輯量子比特，可作為未來大規模量子糾錯的一級助推動力，將大幅度提升量子糾錯性能。這些特性使核電共振成為新晉的、極具潛力的、可擴展量子計算方案。
核電共振理論最早提出于1961年，[20]直到2020年新南威爾士大學團隊才首次在實驗中觀測到單原子核的核電共振現象，[21]被學界稱為“解決了困擾科學家60年的難題”，標志著該技術路線從理論走向了實踐。經過多年發展，該領域也完成了核電共振自旋性質的全系統表征，[22]單比特門操控精度和讀取精度均達到了量子容錯閾值，也成功研制了一個貓態量子邏輯比特。但當前國際核電共振研究仍停留在單原子階段，國內研究仍是空白狀態，整個領域仍面臨著芯片制備精度不足、兩比特門缺失等核心瓶頸。深圳國際量子研究院率先布局硅基核電共振技術的研發，計劃通過三大技術創新實現“跟跑”到“并跑”再到“領跑”。一是采用掃描隧道顯微鏡氫掩膜刻蝕的原子級加工技術，將當前領域放置核自旋的精度從10nm提升到1nm，研制出我國首批可用的高質量硅基核電共振量子芯片。二是基于射頻反射技術實現快速高精度自旋單發讀取，為未來實時量子糾錯儲備核心技術；發展空間尋址和頻率尋址混合技術，提升自旋尋址驅動能力。三是發展電子媒介的原子核耦合技術和兩比特門技術，突破當前領域仍處在單個原子核的階段，將核電共振推向量子計算階段。
核電共振量子計算技術的布局具有多維度戰略意義。在基礎研究層面，為多能級量子系統調控、量子相干性保持等基礎科學問題提供理想平臺，其原子級加工、高靈敏度測控技術可直接應用于量子傳感、單分子探測，推動微觀觀測能力躍升。技術創新層面，將帶動半導體工藝升級，STM-HL原子操縱、高純同位素制備、低溫射頻電子學等關鍵技術突破，有望形成自主知識產權核心專利，打破國外量子芯片制造技術壟斷。產業發展層面，硅基核電共振技術與現有CMOS工藝兼容，可依托我國半導體產業基礎實現規模化生產，降低量子計算產業化門檻，帶動量子芯片、低溫電子學、量子軟件等產業鏈發展，形成新經濟增長點。
中性原子量子計算體系
近年來，利用中性單原子陣列進行量子計算已成為一個迅猛發展的領域。該技術將呈電中性的氣態原子視作一個量子比特，并將0和1編碼在這個原子的內態分立能級上。其基本工作原理依賴于原子的激光冷卻、囚禁和操控技術。在一套真空系統中，放入特定的氣態原子，通常選擇銣、銫、鍶、鐿等元素，再將幾束對應波長的激光通過玻璃窗口入射到這些氣體上，產生作用力，使部分原子無規則熱運動的速率減慢。從物理學角度看，日常生活中的溫度概念正是從大量原子無規則熱運動的速率中提取出來的，因此這一過程可稱為利用激光冷卻氣態原子。隨后，使用另一束激光進行強聚焦，使其焦點與冷卻后的原子團在空間位置重合。這束激光對原子的作用力如同鑷子，能從包含數十萬個冷原子的系統中抓取單個原子，并將其運動尺度限制在微米范圍內。這種激光束被稱為光鑷，而原子的被抓取狀態稱為囚禁。進一步擴展，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強聚焦，這些焦點便構成一個二維平面上的光鑷陣列。由此，可以制備出中性單原子陣列，亦可稱之為量子處理器。通過微波或光學技術，能夠實現這些單原子內部能級的激發躍遷，從而實現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算的基本物理架構。在這個領域的研究中，當前國際最前沿的科研進展包括：已經實現包含數百個原子的量子處理器，研究多種物理模型，成功構建了量子線路，實現邏輯比特編碼等。[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。同時，這個體系擴展性良好，可以實現數百個到數千個量子比特，具有執行量子計算任務的強大潛力。盡管已經取得諸多成果，但中性原子量子計算從原理和概念演示向實用邁進，仍然是一個長期的、不斷探索和研發的過程，需要克服多種挑戰，例如，每一步物理操作保真度的進一步提升，系統運行速度的提升，囚禁原子丟失問題帶來的限制，整個系統全部技術的集成與穩定性，多個系統之間的互聯等。
國內從事相關領域的研究單位包括中國科學院精密測量院、山西大學、清華大學、中國科學技術大學、華中科技大學、深圳國際量子研究院等，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。早期實驗中普遍采用銣和銫原子，與這兩種元素比較，近年來，被廣泛關注的鍶和鐿原子有著獨有的特點：除了具有壽命最長、最穩定的基態之外，還有一個壽命較長的能級，稱作亞穩態，上述兩個態又各自包含不同的子能級，這種特有的能級結構為量子比特的編碼和操控提供更多可能性。
拓撲量子計算體系
拓撲量子計算憑借其天然容錯的物理機制，被視為極具前景的候選方向之一。[24]拓撲量子計算的核心思想是利用二維系統中具有非阿貝爾統計性質的任意子來進行量子比特的編碼與量子門操作。在二維系統中，粒子的交換過程僅由路徑的拓撲結構決定，信息能夠以非局域方式編碼在系統的拓撲簡并態中，從而對局部擾動具有天然的魯棒性。一個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波超導鏈的兩端可以出現馬約拉納零能模（Majorana Zero Mode, MZM）——這是一種自共軛的準粒子，被認為是實現非阿貝爾任意子的最基本構件。拓撲量子門操作可以通過將這些馬約拉納零能模以特定路徑進行“編織”（Braiding）來實現。
實驗上，實現拓撲量子計算的主要思路是基于復合體系構建出拓撲超導體。最早獲得實驗關注的是半導體納米線和S波超導體的復合體系。2012年，荷蘭代爾夫特理工大學的L. P. Kouwenhoven團隊在InSb納米線與NbTiN超導體組成的近鄰體系中觀測到零偏壓導電峰，被視為馬約拉納零能模的實驗信號，在國際上引發了強烈反響。同期，北京大學徐洪起團隊也在InSb納米線和Nb的復合體系中觀測到零偏壓電導峰。2015年，C. M. Marcus團隊用Al全包InAs納米線，實現了硬超導能隙，并且與合作者在庫倫阻塞實驗中觀測到馬約拉納態的非局域性特征。除此之外，2014年，Ali Yazdani通過在超導體上制作鐵原子鏈，觀測到了馬約拉納零能模的初步信號。2016年，上海交大團隊利用自旋極化的STM探針，在Bi2Te3/NbSe2復合結構中觀測到馬約拉納零能模的自旋選擇行為。2024年，在Pb膜上生長的拓撲晶體絕緣體SnTe（001）薄膜中觀測到單個渦旋中的多個零能峰及其雜化。
近年來，基于Kitaev鏈的新實驗思路開始獲得越來越多的關注。2023年，研究人員在耦合的量子點系統模擬出一個最簡Kitaev鏈模型；2025年，在InSbAs二維電子氣中將三個量子點串聯起來，構建出人造Kitaev鏈，系統性展示Kitaev鏈兩端馬約拉納態與中間態的可控演化，為進一步的拓撲量子門操作和糾錯機制驗證提供了理想模型。此外，二維電子氣系統因具備可擴展性也得到研究人員的關注。在某些分數量子霍爾效應系統中，如填充因子為5/2的態，被預測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體。2018年，中國科學院物理研究所團隊利用低溫掃描隧道顯微鏡，在FeTe0.55Se0.45鐵基超導體的磁通渦旋中心發現了穩定的零能模；2022年，進一步在LiFeAs體系觀測到有序排列、可控調節的馬約拉納零能模晶格。目前北京大學、清華大學、中國科學院物理所、上海交通大學、中國科學技術大學、深圳國際量子研究院等國內多所科研機構在拓撲超導的方向上都有布局，并取得較大進展。然而，對整個學界而言，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驗層面，距離高保真邏輯門操作尚有距離。總體來說，目前拓撲量子計算仍處于探索階段，但隨著實驗技術的突破與理論模型的完善，拓撲量子計算有望實現從概念驗證到功能器件的跨越，成為量子信息處理的重要基石。
總結與展望
2025年被聯合國定為“國際量子科學與技術年”，以紀念現代量子理論誕生100周年。量子科技作為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域，不僅意味著突破經典物理的局限、拓展人類對微觀世界的認知邊界，還為信息安全、精密測量、新能源開發等領域提供顛覆性技術支撐，有望深刻重塑未來人類生產生活方式與全球競爭格局。習近平總書記指出：“加快發展量子科技，對促進高質量發展、保障國家安全具有非常重要的作用。”[25]在全球各國競相布局的量子科技新賽道上，中國正以國家戰略科技力量為核心，全力搶占這一事關未來國際競爭力格局的戰略制高點。
量子計算作為量子科技的核心組成部分，其科研突破和相關產業化，對實現高水平科技自立自強、支撐促進高質量發展、全面建設社會主義現代化國家具有重要意義。當前，量子計算仍處于發展早期的含噪聲中等規模量子技術（NISQ）階段，距離可容錯通用量子計算可能還需數年至數十年時間。依托量子信息科學（合肥）國家實驗室等戰略力量，我國已在超導量子計算與光量子計算兩條技術路線上實現量子計算優越性，但也要清楚看到，相關科研與轉化仍面臨諸多挑戰。我們對于量子計算發展需有清晰的大局觀，走出一條符合中國國情的量子計算特色發展之路。
其一，政府部門應加強戰略謀劃和系統布局，提供穩定的政策和資金支持。為此，可依托中國科學院量子信息與量子科技創新研究院、量子信息科學（合肥）國家實驗室等國家戰略科技力量，凝聚各類人才，使其積極承擔國家重大科技攻關任務，聚焦關鍵核心技術研發協同攻關，形成由點到線最終匯聚成面的輻射效應，避免低水平重復建設及內部惡性競爭引起的資源浪費現象，充分發揮新型舉國體制的制度優勢。
其二，科研單位需構建起高水平的復合型人才團隊。量子計算領域中30%屬于物理問題，70%屬于工程問題，在未來向大規模、實用化量子計算轉型的過程中，具備工程技術背景的頂尖復合型人才至關重要。為此，應強化量子科學與工程相關學科的建設，推進卓越工程師隊伍的打造，完善人才評價機制及產學研協同體系，支持校企聯合，瞄準量子相關產業需求進行訂單式人才培養，以促成學術界與產業界的良性互動，進而為我國量子科技的發展培育先鋒力量和生力軍。
其三，企業創新主體作用尚需強化。目前，華為、騰訊、中電科等巨頭企業已率先布局量子計算；本源量子、國盾量子等初創企業也積極推動技術研究與應用探索。然而，整體而言，我國量子計算企業在投入力度和發展水平上與歐美相比仍存在差距，在核心技術積累、產業協同創新等方面仍需進一步夯實基礎。為此，建議設立國家級量子產業基金，強化應用示范，撬動社會資本；通過實施稅收優惠政策和建立容錯機制，提升中小微企業的風險韌性；從而有力推動創新生態的構建，培育產業發展沃土。
其四，關鍵核心設備的自主可控亟待加速推進。量子計算的進步高度依賴尖端科研儀器設備，然而，我國量子信息科技領域部分高端科學儀器設備的一些核心技術依然受制于人，尚未完全實現自主可控。為此，要加速推進關鍵核心設備的自主可控，將關鍵核心技術牢牢掌握在自己手中，同時要推進儀器設備產業化進程，加強對相關企業的政策扶持。
其五，提升社會對量子科技認識的準確性和包容性。應加強對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，要加強對虛假報道和不實宣傳的整治工作，既不能過度神化量子計算將其“捧殺”，也不能急于求成將其“棒殺”。
（團隊成員賀煜、徐源、鐘有鵬、薛瀟、林本川、李正達、辛濤、路堯、尉石、張振生、宋學鋒、董元浩，對本文亦有貢獻）
注釋
[1][25]《習近平在中央政治局第二十四次集體學習時強調 深刻認識推進量子科技發展重大意義 加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局》，2020年10月17日，https://www.12371.cn/2020/10/17/ARTI1602921796091459.shtml。
[2]李曉巍、付祥、燕飛等：《量子計算研究現狀與未來發展》，《中國工程科學》，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 編∕桂 琰 美 編∕周群英
