摘要：当《自然》杂志最新一期将6100个铯原子构成的量子阵列搬上封面时，全球量子计算领域都感受到了震动。加州理工学院团队用一束激光创造的“原子牢笼”，不仅把中性原子量子比特数量从数百级直接拉到六千级，更实现了13秒的相干时间和99.98%的单比特操作精度——这组数据

当《自然》杂志最新一期将6100个铯原子构成的量子阵列搬上封面时，全球量子计算领域都感受到了震动。加州理工学院团队用一束激光创造的“原子牢笼”，不仅把中性原子量子比特数量从数百级直接拉到六千级，更实现了13秒的相干时间和99.98%的单比特操作精度——这组数据的突破，意味着人类距离实用化量子计算机又跨出了关键一步。而更值得关注的是，中国团队在两个月前刚刷新的2024个原子无缺陷阵列纪录，正与国际顶尖水平形成“双线领跑”的竞争格局。

用激光“抓”住6100个原子：中性原子路线的逆袭

量子计算的赛道上，超导、离子阱、中性原子三大技术路线长期“三足鼎立”。超导路线虽发展成熟，但量子比特数量突破千级便面临散热难题；离子阱路线保真度高，却受限于离子间的相互干扰难以扩容。而加州理工的新成果，让中性原子路线彻底“破圈”。

这个被称为“世界最大”的量子计算机，核心奥秘藏在“光镊”技术里。研究团队将一束激光通过精密光学系统分成12000个微米级的微小光阱，如同12000只无形的镊子，在真空室内精准捕获并固定铯原子。“合适波长的激光能对原子产生温和的吸引力，把它们困在直径1微米的光陷阱里，既不会破坏量子态，又能保持稳定。”项目研究生Elie Bataille的解释通俗易懂。

真正的突破在于“规模与质量的平衡”。此前中性原子阵列最多只能容纳数百个量子比特，且数量增加必然导致精度下降。而加州理工团队不仅将规模提升至6100个，更实现了13秒的相干时间——这比此前纪录延长近10倍，意味着量子比特在出错前能完成约1300万次微秒级操作。更关键的是99.98%的单比特操作精度，这个指标已接近超导量子计算机的顶尖水平，彻底打破了“中性原子数量多就不精准”的固有认知。

更令人惊叹的是原子的“移动能力”。团队实现了在保持量子叠加态的前提下，将原子在阵列中移动数百微米，就像“跑步时端着满杯水不洒”。这种可重构特性让中性原子计算机具备天然的纠错优势，为后续构建容错系统埋下伏笔。“基础模块已经就位，我们终于看到了通往大型纠错量子计算机的清晰道路。”项目负责人Manuel Endres教授的兴奋溢于言表。

中国不遑多让：2024个无缺陷阵列的“差异化突破”

就在加州理工的成果公布前两个月，上海量子科学研究中心与中科大联合团队已在《物理评论快报》亮出硬实力——60毫秒内构建2024个原子的无缺陷二维和三维阵列，刷新了中性原子体系的初始化效率纪录。虽然数量上不及加州理工，但中国团队的突破直击中性原子计算的另一大痛点：阵列缺陷。

“大规模原子阵列的最大难题是‘缺兵少将’，捕获过程中总有部分光阱抓不到原子，形成缺陷会让量子算法无法运行。”上海团队核心成员在接受采访时透露，他们通过AI算法实时调控高速空间光调制器，让所有原子实现“同步移动补位”，无论阵列规模多大，都能在60毫秒内完成无缺陷重构。这种“动态修复”技术，使系统单比特门保真度达到99.97%，双比特门保真度99.5%，核心指标追平国际顶尖水平。

值得一提的是，中美团队的研究中都闪现着中国科研人员的身影。加州理工论文的共同作者吕旭东研究员，目前任职于中科院上海光机所，他在博士后期间参与的电子冷却技术，为13秒相干时间的实现奠定了基础。这种跨机构协作的深度，正推动中性原子路线加速成熟。

在超导路线上，中国同样保持领先。2025年3月推出的“祖冲之三号”超导量子计算原型机，虽量子比特数量为105个，但72微秒的相干时间和99.62%的双比特门保真度，在超导体系中创下世界纪录。这种“多路线并行”的布局，让中国在量子计算竞争中具备了更大的灵活性。

千亿市场争夺战：谁能先啃下“实用化”硬骨头

量子计算的终极目标不是“比数量”，而是解决经典计算机无法应对的难题——新药研发、材料设计、密码破解等领域的痛点，正等待量子计算机来突破。但要实现这一目标，目前的技术还需跨越两道鸿沟：纠错和规模化。

“传统计算机每10^17次操作才出错一次，而现在最好的量子计算机还差10个数量级。”Manuel Endres教授坦言，6100个量子比特只是起点，下一步需要通过“量子纠错”，用数千个物理量子比特编码出一个稳定的逻辑量子比特。这正是中性原子路线的潜力所在：可移动的原子能实现更高效的纠错逻辑，比超导量子比特的固定拓扑结构更具优势。

从产业布局看，全球巨头已纷纷押注。IBM承诺2033年造出10万量子比特超导计算机，美国IonQ公司深耕离子阱路线，而亚马逊AWS则通过奖学金项目资助加州理工的研究，布局中性原子技术。在中国，上海已将量子计算列为未来产业重点，组建专项团队覆盖整机、算法、应用全链条，目标直指“十四五”期间实现特定场景实用化。

“当相干时间超过10秒，操作精度接近99.99%，量子计算机就能在分子模拟等领域发挥作用。”业内专家测算，仅新药研发领域，量子计算就能将候选药物筛选时间从数年缩短至数月，市场规模有望突破千亿。而加州理工和中国团队的突破，正让这一前景从“科幻”变为“可期”。

路线之争未了：量子计算的“终极形态”仍未定型

6100个量子比特的诞生，并不意味着中性原子路线将“一统江湖”。超导路线凭借成熟的工业制造基础，在短期内仍具备商用优势；离子阱路线在高精度计算领域不可替代；而中性原子路线则在“大规模+可重构”上展现出独特潜力。这场“路线之争”，更像是一场“耐力赛”。

加州理工团队的成果，本质上是证明了中性原子路线的“扩容可行性”。13秒的相干时间，让量子比特有足够时间完成复杂计算；99.98%的精度，为纠错系统减轻了负担；可移动的原子，则提供了灵活的硬件基础。这些优势叠加，让中性原子路线成为容错量子计算机的有力竞争者。

中国团队的差异化突破，则展现了“补短板”的智慧。无缺陷初始化解决了规模化应用的前提，AI调控技术提升了系统稳定性，这种“问题导向”的研究，正让中国在量子计算的实用化进程中抢占先机。正如业内人士所言：“数量突破是‘面子’，无缺陷、高稳定是‘里子’，只有两者兼备，才能真正落地。”

从2019年谷歌宣布“量子优越性”，到如今6100个原子阵列的出现，量子计算用六年时间走完了从“理论验证”到“技术攻坚”的关键一步。加州理工的突破照亮了中性原子路线的前景，中国团队的进展则显示了“多路线并行”的战略智慧。

这场跨越国界的科技竞赛，没有“旁观者”。当激光能精准操控数千个原子，当AI能实时修复量子阵列，当不同技术路线各展所长，量子计算的实用化时代已不再遥远。或许用不了十年，当新药研发实验室里的量子计算机开始运转，当新材料的设计周期大幅缩短，我们会记得2025年这个秋天——人类在驯服量子世界的道路上，又迈出了坚实的一步。

来源：智能学院