量子计算破局！硅芯片量产保真度超99%，华为盘古已“弯道超车”

景点排名 2025年09月30日 13:03 0 admin

2025年9月24日，《自然》杂志刊登的一项研究震惊全球科技界：澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）旗下初创公司Diraq与欧洲imec研究所合作，首次在半导体量产产线上造出保真度超99%的硅基量子芯片。这意味着量子计算终于打通“实验室到工厂”的最后一公里，距离实用化只剩最后冲刺——而在这场全球竞速中，中国早已在硅基量子赛道实现关键突破。

从“实验室珍品”到“工厂量产”：量子芯片迈过生死线

量子计算的“实用化之困”，曾卡在一个致命瓶颈：实验室里精雕细琢的量子芯片，一到量产线就“水土不服”。量子比特对环境极其敏感，温度波动0.1K、电路杂质浓度增加万亿分之一，都可能让计算保真度暴跌。此前，IBM、谷歌的量子芯片虽能在实验室达到高保真度，但一旦尝试量产，双量子比特操作准确性便会跌破95%的实用门槛。

Diraq的突破恰恰解决了这一核心难题。其联合imec在标准半导体产线上，用成熟的14纳米工艺制造出硅基量子芯片，经测试，双量子比特逻辑门操作保真度稳定在99%以上，与实验室原型机性能几乎无差异。“这就像从手工打造手表，到流水线生产仍保持天文台级精度。”Diraq创始人Andrew Dzurak教授的比喻直击关键。

这背后是硅材料的天然优势。作为传统半导体产业的“主角”，硅基芯片的制造工艺已历经半个世纪迭代，从光刻、蚀刻到封装的每一步都实现了原子级控制。Diraq的量子比特基于硅中的单个电子自旋构建，这种结构能完美适配现有产线——相比之下，谷歌的超导量子比特需要超低温环境，离子阱量子比特则难以集成，都面临量产成本高企的困境。

更关键的是，99%的保真度正是量子计算“容错阈值”的核心要求。量子比特的脆弱性决定了必须通过“纠错码”将数百万个物理量子比特整合为一个逻辑量子比特，而单个操作保真度需超过99%才能让纠错系统有效运转。这也是美国DARPA设定的“实用规模”核心指标，如今硅基路线率先达标。

中国硅基量子：已实现“从跟跑到并跑”的跨越

当Diraq宣布量产突破时，中国科研团队早已在硅基量子赛道交出亮眼答卷。就在2025年6月，中科院量子信息与量子科技创新研究院宣布，其自主研发的硅基自旋量子芯片实现99.2%的双量子比特保真度，且完成了12个量子比特的集成——这一成果发表在《物理评论快报》上，标志着中国在该领域已与国际顶尖水平齐平。

中国的优势不仅在于技术指标，更在于产业协同。中芯国际已启动“量子芯片代工平台”建设，将成熟的28纳米工艺适配量子比特制造需求。不同于Diraq依赖imec的产线，中国已构建“理论研发-芯片设计-代工生产”的完整链条。中科院微系统所研究员王浩华团队曾透露，他们研发的硅基量子比特已在中芯国际产线完成小批量试产，良率达到60%，远超行业平均的30%。

在关键技术细节上，中国团队展现出独特创新。传统硅基量子比特需在极低温度（0.01K，接近绝对零度）下运行，而清华大学团队开发的“硅-锗异质结量子比特”，将工作温度提升至0.1K，虽仍需低温环境，但大幅降低了制冷设备的成本与能耗。这种改良让量子芯片的运营成本降低40%，更符合商用化需求。

除了科研机构，中国企业也在加速布局。华为在2024年开发者大会上发布硅基量子计算原型机“盘古量子1号”，集成24个量子比特，保真度达98.7%，重点攻克了量子比特间串扰问题。而阿里巴巴与中科院合作的“玄铁”量子芯片项目，已实现量子比特与传统晶体管在同一硅片上的集成，为未来量子-经典混合计算奠定基础。

路线之争落幕？硅基成量子计算“最优解”

过去十年，量子计算领域曾上演激烈的“路线之争”：超导、离子阱、光量子、硅基等多条技术路线并行发展，各有优劣。如今Diraq与中国团队的突破，让硅基路线成为最具商用前景的选择。

超导路线的代表IBM虽已推出433量子比特的“秃鹫”处理器，但面临两大难题：一是量子比特数量增加后，保真度会急剧下降，其433量子比特处理器的双比特保真度仅92%；二是超导量子比特需定制化制造，无法复用现有半导体产线，量产成本极高。离子阱路线的优势是保真度高（可达99.9%），但难以集成超过100个离子，且设备体积庞大如冰箱，无法小型化。

光量子路线则受限于光子操控难度，目前最多实现几十个光子的集成，距离数百万个量子比特的实用规模相差甚远。相比之下，硅基路线的优势堪称“降维打击”：借助成熟半导体工艺，单芯片集成数百万个量子比特在理论上完全可行，且保真度已突破容错阈值，成本更是其他路线的1/10。

“这就像智能手机时代的操作系统之争，最终胜出的一定是生态最完善的。”量子计算专家张朝阳曾如此评价。硅基路线依托全球每年数千亿美元的半导体产业生态，从设备供应商到制造工艺，再到工程师储备，都不是其他小众路线能比拟的。imec的研究数据显示，硅基量子芯片的量产成本可控制在每比特100美元以内，而超导量子比特目前每比特成本高达1万美元。

实用化倒计时：量子计算将改写三大行业

硅基量子芯片的量产突破，意味着量子计算从“科学实验”进入“产业预热”阶段。业内预测，2030年前有望出现百万量子比特级的商用处理器，率先颠覆三大行业。

在药物研发领域，量子计算机可精准模拟分子结构与化学反应。目前研发一款新药平均需要10年、耗资26亿美元，而量子计算能将分子模拟的时间从数年缩短至几周。拜耳、辉瑞等药企已与Diraq、IBM合作，测试量子计算在蛋白质折叠模拟中的应用，中国药明康德也已与中科院共建量子药物研发实验室。

金融领域的加密与风控将迎来变革。量子计算机能轻松破解现有RSA加密算法，倒逼金融机构升级安全体系；同时，其强大的并行计算能力可实现实时市场风险建模，大幅提升投资决策效率。摩根大通已开发量子算法用于股票组合优化，中国工商银行则在2024年启动量子加密支付试点。

材料科学领域将实现“按需设计”。从更高效的电池材料到室温超导体，量子计算能模拟原子级别的材料性能，加速新型材料研发。特斯拉正与量子计算公司合作开发高能量密度电池材料，中国宁德时代也已布局量子计算驱动的电解液研发项目。

对中国而言，硅基量子路线的突破具有特殊意义。在传统半导体领域受制于人的背景下，量子计算成为“换道超车”的关键机遇。依托在硅基量子技术上的积累，中国不仅能在量子计算时代掌握话语权，更能反哺半导体产业的技术升级。

当澳大利亚的量产芯片走出imec产线，当中国的量子比特在中芯国际的晶圆上成型，量子计算的商用大幕已悄然拉开。这场始于实验室的革命，终于在成熟的半导体工厂中找到落地之路。或许用不了十年，当量子计算机像今天的服务器一样普及，我们会记得2025年这个关键节点——硅，这个改变了信息时代的材料，再次成为开启量子时代的钥匙。

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