99.9975%！美国量子计算机每4万次操作错1次

排行榜 2026年06月19日 02:10 1 admin

图释：桑迪亚国家实验室光子学研究员福雷斯特·休伯特将实验芯片与携带激光光的光学波导对准。Sandia与量子计算公司Quantinuum合作，开发和测试类似技术。图片来源：克雷格·弗里茨

SCIENCE RAZOR

这不是射击成绩，也不是疫苗保护率——这是美国一台量子计算机执行单量子比特门时，成功的概率。小数点后四个9，意味着 每做4万次操作，只出错一次。两量子比特门的保真度也干到了 99.921%。

6月17日，《自然》刊登了桑迪亚国家实验室与Quantinuum公司的联合成果：商业离子阱量子系统Helios，98个量子比特，保真度双双跨过99.9%的门槛。在美国能源部“容错量子计算”路线图上，这是一个关键节点。

先别激动。所有量子计算机眼下都卡在同一个坑里：量子比特够多，能去试经典计算机搞不定的问题；但错误率还不够低，算出来的结果不敢信。Helios这次的成绩，是在“一次只操作一两个量子比特”的条件下测到的——像告诉你一个拳手单拳力量世界第一，但能不能扛满12回合，那是另一码事。

精度到底高在哪儿

Helios是离子阱方案，基本单元是用电磁场悬浮的镱离子，每个离子即一个量子比特，激光操控。这次公布的两个数据：

单量子比特门保真度：99.9975%
两量子比特门保真度：99.921%

量子计算圈有一条生死线：99.9%。目前主流的纠错方案“表面码”，低于这个值越纠越错；高于它，每提升一个数量级，距离“容错”就跳一步。Helios不仅单比特门轻松跨过，两比特门也达标了——两比特门一向是软肋，过去很多系统单比特门很漂亮，一到两比特门就掉链子。

另一个容易被忽略的点：中间测量。量子计算机在运算途中需要“偷看”某些量子比特的状态，还不能把它看塌缩——这是纠错流程里的必须动作。桑迪亚专门开发了一套新测试方法，来验证Helios这种“非破坏性读出”时有没有干扰到其他比特。

美国能源部为什么冲在前面

故事有两个主角：Quantinuum（商业公司）和桑迪亚国家实验室。后者是美国能源部下属机构，死磕量子计算超过20年。

美国的顶层设计很清晰：能源部画蓝图、定标准，国家实验室搭测试台、做独立评估，企业负责把系统做到商业规模。桑迪亚与Quantinuum合作四年，今年5月续签协议。同样的模式，桑迪亚还在跟多家量子计算公司跑。

在这次论文里，桑迪亚扮演的不是联合作者，而是认证机构——它用自己的测试方法给Helios的每项性能打分，第三方独立质检。这个定位对美国政府的决策意味着：能花钱买到的商业系统，通过独立实验室的审判，就可以考虑部署了。

Quantinuum的离子阱还有一个架构优势：全连接。Helios的98个量子比特，任意两个都能直接纠缠，不需要像超导方案那样只能近邻“握手”。桑迪亚同时在帮它测试集成光子学组件，用芯片里的光路替代大型光学器件，把系统做小、省电、容易规模化。量子计算如果解决不了“台子比芯片大一百倍”，永远出不了实验室。

中国在什么位置

《自然》这篇论文不涉及中国，以下信息来自公开可比数据。

图释：Helios设计与操作理念的示意图。图片来源：自然（2026）。DOI：10.1038/s41586-026-10676-4

离子阱赛道，美国是第一梯队。除了Quantinuum，还有IonQ走同路线商业化。Honeywell是Quantinuum的前身，工程底子极厚。桑迪亚与Quantinuum的组合，意味着美国有“国家实验室当裁判、企业当选手”的闭环。

中国布局明确。中科院量子信息与量子科技创新研究院（潘建伟团队）、清华、中科大等都在推进离子阱。2024年，国内团队已在小系统上展示过高保真度单比特和两比特门，但公开可查的系统规模，跟Helios的98比特、并经独立评测发表在《自然》的商业化成果相比，仍有差距。

要诚实指出：比特数重要，但这个阶段，保真度＋系统稳定性＋独立测评的含金量，远高于单纯堆比特数。国内此前公布过超导和离子阱系统的高比特数成果，但像桑迪亚这样，以独立身份发布详细第三方测试报告的模式，在国内还很少见。在哪个平台测的、怎么测的，对国际学术界的说服力完全不同。

差距不在物理原理上，在工程系统和测试生态上。从实验室演示到“能接受独立审判的商用整机”，中间隔着系统工程、精密制造、光电器件整合和认证体系。一旦翻过这些山，量子通信、精密测量和国防传感都会直接受益——离子阱跟精密测量天然同源。

终极目标：容错计算

全球量子计算的终点都一样：容错量子计算。

现在所有量子计算机都是NISQ——嘈杂的中等规模量子设备。量子比特一堆，错误也一堆。你要它跑上万个操作，结果就是噪声。容错量子计算要做的，是用物理上不完美的量子比特，通过纠错编码拼出逻辑上完美的“逻辑量子比特”。业界估算，一个能用的逻辑量子比特，可能需要上千个物理量子比特，而且每个物理比特的保真度必须在99.9%以上。

Helios的99.9%+，就是冲这个门槛。98个比特、全连接、高保真门、可用的中间测量——这些不是并列的卖点，是拼图的关键块。拼齐了，下一步就能在它上面尝试更有效的量子纠错，哪怕先造出一两个逻辑量子比特，跑真正的算法。

量子计算不是在造更快的电脑，它是在造一种自然界本来不存在的计算方式。一旦容错量子计算机出来，新药分子模拟、催化剂材料设计、大规模物流优化，以及现有的加密体系，都会撞上改写时刻。美国海军五年前花几亿美元给驱逐舰换雷达——量子计算机一旦跨过容错线，要换的是整个加密通信的基础设施。

赌注从来不是谁先发一篇《自然》。

来源：Nature (2026), DOI: 10.1038/s41586-026-10676-4；桑迪亚国家实验室官方发布；相关公开技术文献。

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