文 | 光子盒GZH2025年7月，光子盒研究院發布報告《2025年全球量子計算新進展深度分析》。這份報告回顧并分析了2025年開年來光子、拓撲、超導和硅基電子自旋量子比特等多樣化量子比特模式的關鍵突破，以及量子互連和控制系統方面的重大進展，還探討了量子計算在擴展過程中面臨的巨大工程和環境障礙。

報告指出，這些進展表明盡管研究方法各異，但整個領域正趨向于解決量子系統可擴展性的共同目標。當前量子計算發展的主要驅動力在于如何將單個高性能量子比特擴展至數百萬個，并使其可靠地協同工作，而非僅僅提升單個量子比特的性能。

目錄

I. 摘要 II. 引言 2.1 2025年量子計算概覽：年度技術焦點 2.2 研究目的與范圍 III. 2025年全球量子計算重大進展 3.1 PsiQuantum的光量子計算平臺 3.2 微軟的拓撲量子比特 3.3 D-Wave的超導量子退火處理器 3.4 用于硅MOS型電子自旋量子比特的CMOS芯片控制 3.5 無線太赫茲低溫互連技術 3.6 可互換超導量子比特器件的初級網絡 3.7 電子-光量子片上系統 3.8 超導量子計算機的擴展挑戰 IV. 結論 摘要

本報告旨在深入分析2025年全球量子計算領域取得的重大進展。2025年被聯合國定為“國際量子科學與技術年”，這凸顯了該領域自20世紀80年代理論起源以來的快速發展。報告詳細審視了橫跨光子、拓撲、超導和硅基電子自旋量子比特等多樣化量子比特模式的關鍵突破，以及量子互連和控制系統方面的重大進展，對每項成就都進行了技術細節、創新點及其對可擴展性這一核心挑戰的影響的深入剖析。此外，報告還探討了量子計算在擴展過程中面臨的巨大工程和環境障礙，將其與歐洲核子研究中心（CERN）或激光干涉引力波天文臺（LIGO）等大型科學設施的建設相類比，強調了產業界與學術界持續合作的日益重要性。

本年度的進展表明，盡管研究方法各異，但整個領域正趨向于解決量子系統可擴展性的共同目標。這種趨同的焦點揭示了，當前量子計算發展的主要驅動力在于如何將單個高性能量子比特擴展至數百萬個，并使其可靠地協同工作，而非僅僅提升單個量子比特的性能。

引言2.1 2025年量子計算概覽：年度技術焦點

2025年是聯合國量子信息科學與技術年，對量子計算領域而言是極具里程碑意義的一年，這一殊榮彰顯了自20世紀80年代初量子計算概念首次提出以來，以及20世紀90年代量子處理器超越傳統處理器的巨大潛力日益明朗化以來，該領域所取得的飛速發展。近年來，量子硬件的實際形態已逐步顯現，學術界和工業界的研究團隊在過去一年中展示了多項強大的成果，極大地激發了人們對這項技術的興奮和期待。自2025年1月以來，這種快速發展勢頭有增無減。

量子計算從最初的理論構想發展到如今具備強大演示能力的硬件，標志著該領域已從純粹的概念或小規模實驗階段邁向了更成熟的階段。當前對量子計算的期待已不再僅僅基于抽象的理論前景，而是植根于日益強大的硬件能力，這也預示著量子技術正處于發展歷程中的一個關鍵時期，即從基礎研究向工程實現和實際應用加速轉變。

2.2 研究目的與范圍

本報告旨在對2025年1月以來全球量子計算領域的新進展進行詳細分析，主要依據近期發表于《自然·電子學》(Nature Electronics)上的一篇社論及其引用的研究文獻 。報告范圍涵蓋對每項重大成就的技術基礎、創新之處及其對量子領域（特別是對量子系統持續面臨的可擴展性挑戰）更廣泛影響的深入探討。

2025年全球量子計算重大進展

2025年，全球量子計算領域涌現出多項突破性進展，涵蓋了從新型量子比特制造平臺到提升系統可擴展性的互連技術。下表總結了本年度的主要成就：

圖：截至2025年7月全球量子計算領域的主要技術成就

3.1 PsiQuantum的光子量子計算平臺

2025年2月，PsiQuantum公司在《自然》(Nature)雜志上發表了一項突破性研究，報告了一種可制造的光子量子計算平臺。這項核心成果圍繞其Omega 芯片組展開，該芯片組專為實用級量子計算設計，將單光子量子比特與電信級硅光子技術相結合。PsiQuantum稱這種集成對于克服顯著的可擴展性挑戰和實現高保真量子互連至關重要，而后兩者都是構建百萬量子比特系統所必需的要素。

該平臺的所有光子組件均展現出“超越現有技術水平的性能”，包括高保真量子比特操作以及直接、長距離的芯片間量子比特互連。這種互連被視作實現規模化的關鍵推動因素，這對于許多其它的平臺而言一直是一項難以逾越的挑戰。PsiQuantum的方法著重于通過光子學路徑實現大規模、容錯量子計算機的清晰路線圖，同時利用現有半導體制造基礎設施來加速規模化進程。

圖：Omega芯片組橫截面 PsiQuantum

這項平臺的核心創新在于其“可制造性”，這標志著量子計算領域正從基礎研究向大規模量子系統的實際部署進行戰略性轉變。PsiQuantum正在積極與政府合作，在布里斯班和芝加哥建立量子計算中心，表明其致力于工業規模實施的決心。近期該公司的企業公告還包括與林德工程公司合作建設用于全球首個實用級量子計算機的低溫工廠，以及與美國空軍研究實驗室（ARFL）簽訂提供新型量子芯片能力的合同。

為實現可擴展的量子計算所需的互連高密度和低溫可靠性，該平臺采用了先進的封裝解決方案，例如電氣集成電路（EIC）和光子集成電路（PIC）的3D集成、光學輸入/輸出的光纖耦合、倒裝芯片互連、2.5D中介層以及晶圓級扇出工藝。通過有效利用現有工業基礎設施，這些技術極大地促進了可制造性。

憑借其固有的可制造性以及利用現有半導體制造工廠的能力，光子學為實現容錯量子計算提供了一條充滿前景且務實的途徑。這種方法代表了一種解決復雜物理問題的工程驅動型方案，體現了量子硬件開發領域日益成熟的態勢。

3.2 微軟的拓撲量子比特

2025年2月，微軟通過新聞稿宣布其“Majorana 1”硬件設備成功創建了拓撲量子比特。Majorana 1是微軟的首個量子計算芯片，由砷化銦-鋁混合材料制成，能在極低溫度下展現超導性。微軟聲稱該設備顯示出存在邊界馬約拉納零模的信號，如果得到明確證實，這些模式將成為拓撲量子比特乃至大規模拓撲量子計算機的基礎。該設備設計可容納八個量子比特。

圖：Majorana 1 微軟

微軟引入了“拓撲導體”一詞來描述Majorana 1中使用的這種新型材料，將其定義為一類能夠實現拓撲超導性的材料，這種材料在理論上被普遍認為能有效促進馬約拉納零模的制備與調控。微軟在內部白皮書中指出，基于拓撲導體的架構將有助于實現“編織”操作，這是構建容錯量子邏輯的關鍵操作。

基于馬約拉納費米子的量子比特被稱為拓撲量子比特，拓撲量子比特的概念最早于1997年提出，為解決傳統量子比特（如基于超導電路或離子阱的量子比特）所面臨的穩定性和可擴展性挑戰提供了極具前景的解決方案。馬約拉納費米子是一種準粒子或特殊的物質狀態，它對會導致量子計算機出錯的環境噪聲具有固有抗性。大致來說，這意味著信息（0和1）在空間中分布（編織），使其對噪聲（熱、電磁干擾等）的敏感性降低。這種拓撲保護有望顯著簡化量子糾錯過程，與現有最先進的方法相比，所需的開銷可能減少約十倍。微軟的宏偉目標是使這種架構能夠在一個芯片上集成多達一百萬個量子比特。

然而，Majorana 1的發布在科學界引發了“一定程度的懷疑”。這種懷疑主要源于微軟缺乏明確的公開證據來證實Majorana 1設備明確展現了真正的馬約拉納零模。微軟在量子硬件方面的研究成果此前也曾引發爭議，如2018年發表于《自然》雜志上一篇備受關注的文章被撤回，以及2017年發表于《自然·通訊》(Nature Communications)上一篇與微軟量子芯片相關的論文被質疑存在未披露的數據處理。

微軟聲稱Majorana 1是“世界上第一個由拓撲核心驅動的量子處理單元（QPU）”，但這一說法也存在爭議，因為目前公開的硬件演示僅展示了一種讀出方法，并未展示任何相干量子處理或邏輯操作。同樣，微軟新聞稿中“創建馬約拉納粒子”的說法與《自然》論文本身相矛盾，該論文明確指出，測量結果“本身并不能確定通過干涉測量檢測到的低能態是否具有拓撲性質”。核心困難在于，在這些設備中，很難可靠地區分拓撲馬約拉納模式和拓撲平凡的安德烈夫模式。

圖：利用tetrons實現容錯量子計算的路線圖 Roadmap to fault tolerant quantum computation using topological qubit arrays

微軟關于“創造了一種以前只存在于理論中的新物質狀態”的斷言也受到質疑，因為此前已有大量基于類似體制的半導體納米線實驗，這些實驗理論上也應處于相同的物質狀態。根據審稿人的意見，該《自然》論文的真正新穎之處更多在于其方法論證明了射頻奇偶校驗讀出“可以在復雜的環形幾何結構中實現”，而非提供了馬約拉納零模更強、更確鑿的證據。

拓撲量子計算的高風險性質以及圍繞微軟聲明的諸多質疑，凸顯了在量子計算這一高度復雜且受到嚴格審查的領域中，科學嚴謹性和透明、可驗證證據的重要性。即便是主要行業參與者，在提出突破性主張時也往往面臨嚴格的審查，這表明通往容錯量子計算的道路不僅關乎技術突破，更在于通過透明和可重復的結果在更廣泛的科學界建立信任與共識。

3.3 D-Wave的超導量子退火處理器

2025年3月，由D-Wave研究人員領導的團隊在《科學》(Science)雜志上報告稱，其超導量子退火處理器在性能上超越了現有最先進的經典模擬器。D-Wave的退火量子計算機可以在幾分鐘內執行磁性材料模擬，而使用超級計算機其精度水平需要近100萬年的時間。

圖：D-Wave的量子處理器

2025年6月，D-Wave團隊在arXiv發表論文，表示其量子退火平臺已展示出“快速高效地訓練經典神經網絡（NNs）”的能力，訓練后的網絡隨后可部署在傳統經典硬件上 。神經網絡訓練過程被概念化為一種動態相變，系統從初始的自旋玻璃態演變為高度有序的訓練態，通過有效消除其能量景觀中眾多不期望的局部最小值來實現。這一過程被生動地比喻為“砍掉不斷再生的龍首”。特別是，在D-Wave平臺上實現的“龍訓練”程序，允許通過一次神經網絡參數更新，同時懲罰多個“錯誤”的能量盆地（即“龍首”）。

與經典反向傳播方法相比，這種量子輔助訓練方法實現了卓越的性能擴展，表現出顯著更高的擴展指數（量子輔助為1.01，而經典反向傳播為0.78）。研究人員提出，如果采用一種利用格羅弗算法變體的完全相干量子平臺，這種性能優勢可能進一步提高至兩倍，盡管由于現有相干性限制，這尚未在當前的D-Wave設備上實現。此外，研究表明，即使是規模適中的量子退火器，通過一次只應用于幾個層，也能為深度神經網絡的訓練帶來顯著益處。D-Wave的量子退火器已顯示出能夠快速生成與薛定諤方程推導出的解高度匹配的樣本。它們在涉及復雜多體量子相互作用的任務中，相對于某些基于張量網絡和神經網絡的經典模擬技術展現出計算優勢，尤其是在經典方法擴展性較差的場景中。

圖：訓練方法性能對比（對數-對數坐標）

D-Wave在論文中用對數-對數坐標系直觀展示了不同訓練方法的性能比較。上圖繪制了訓練誤差率作為訓練周期數的函數，它清晰地展示了“龍訓練”（z=1.01）相對于經典反向傳播（z=0.78）和平衡傳播（z=0.64）的優越擴展指數。量子退火作為一種專門的量子計算范式，與通用門模型量子計算機有所不同。D-Wave的上述工作提供了量化證據，表明量子退火在神經網絡訓練等特定計算任務中實現了明顯的算法量子加速”。量子輔助方法與經典方法之間擴展指數的直接比較（1.01對0.78）為這種優勢提供了令人信服的衡量標準，表明量子退火正在成功地開辟出特定的、有價值的應用領域，在這些領域中，它能顯著超越經典方法。諸多進展表明，量子計算的實際影響和量子優勢并非完全取決于容錯通用量子計算機的全面實現。即使在當前的含噪中等規模量子（NISQ）時代，像退火器這樣的專用量子設備也能為優化、機器學習等特定的復雜計算問題提供即時、切實的益處。

3.4 用于硅MOS型電子自旋量子比特的CMOS芯片控制

2025年6月，來自悉尼大學、Diraq、新南威爾士大學等研究單位的科研團隊報告稱，一種在毫開爾文溫度下運行的互補金屬氧化物半導體（CMOS）芯片，可用于控制硅金屬氧化物半導體（MOS）型電子自旋量子比特。

硅是實現量子計算極具前景的材料，這主要歸因于其與基于成熟CMOS技術的經典控制硬件進行自然集成的內在潛力。該研究特別評估了通過異質集成低溫互補金屬氧化物半導體（cryo-CMOS）電路控制硅MOS型電子自旋量子比特的性能。

圖：悉尼大學開發的低溫量子控制平臺 Diraq

這種創新方法直接解決了擴展自旋量子比特的關鍵障礙：將量子設備連接到其外部控制和讀出硬件所需的極高連接密度。研究團隊所提出并演示的解決方案包括將控制系統緊密地放置在毫開爾文溫度下的量子比特平臺附近，并通過微型互連線連接。所開發的cryo-CMOS電路在運行中展現出足夠低的功耗密度，從而能夠實現大規模集成和擴展。

該研究的一個重要發現是，毫開爾文控制系統對單量子比特和雙量子比特門的性能影響“微乎其微”。實驗所觀察到的輕微保真度下降主要歸因于主要歸因于CMOS產生的寄生熱而非電噪聲，這與此前依賴室溫控制系統的實驗相比，是一個令人驚喜的積極結果。該集成的亞開爾文CMOS平臺結構復雜，包含了約10萬個晶體管，展示了控制集成的高級水平。

圖：器件與基本CMOS操作

這些結果有力地證實了異質毫開爾文CMOS技術在生成控制自旋量子比特所需精確伏特級偏置和毫伏級脈沖方面的可行性。這種緊密封裝的“小芯片式”控制架構為自旋量子比特的可擴展控制開辟了廣闊前景，有效利用了其固有的亞微米尺寸。利用行業標準CMOS平臺制造工藝是實現硅自旋量子比特系統大規模生產和廣泛可擴展性的關鍵因素。

成功在低溫下集成CMOS，代表了自旋量子比特可擴展性方面的一項重大突破。這項技術有效地克服了輸入/輸出（I/O）瓶頸，利用成熟的經典微電子技術為硅基量子計算機的大規模擴展提供了一條具有前景的實用途徑。

3.5 無線太赫茲低溫互連技術

2025年5月，麻省理工學院和康奈爾大學的Jinchen Wang及其同事在《自然·電子學》上發表了一項研究，介紹了用于量子計算的無線太赫茲低溫互連技術。

這項創新技術基于互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術，專門設計用于最大限度地降低量子計算系統中的熱量-信息傳輸比。該架構集成了工作在260 GHz載波頻率的寬帶收發器。它具有一個“熱到冷入口”通路，利用無源冷場效應晶體管（FET）太赫茲探測器；以及一個“冷到熱出口”通路，在冷端使用超低功耗反向散射調制。該系統設計支持二進制相移鍵控（BPSK）和開關鍵控（OOK）調制，以實現高效數據傳輸。

這項研究主要解決了傳統同軸電纜引入的顯著傳導熱負荷（例如，稀釋制冷機中4K級約1mW，50K級數十mW）以及光學互連（在低溫下每個被吸收的光子都可能導致大量發熱和準粒子激發）所帶來的挑戰。無線太赫茲方法從根本上最大限度地減少了這種熱量-信息傳輸，為高效連接低溫量子比特和室溫控制器之間的巨大溫差提供了一個關鍵解決方案。該設計采用40納米CMOS技術實現，在4.2K溫度下，奈奎斯特輸入信噪比（SNDR）高達36.2dB，這表明其在極端低溫條件下仍能保持高數據完整性。

這項技術對于開發實用型、大規模量子計算機至關重要，未來的量子計算機將需要數千個邏輯量子比特，這可能意味著數百萬個物理量子比特和前所未有的互連密度。它有望提供高容量、可重構的多通道低溫互連，其運行接近信息傳輸的基本物理極限。通過有效克服傳統電纜物理布線和熱負荷帶來的可擴展性限制，這項技術為量子處理器的物理擴展提供了直接的解決方案。

圖：經典硬件與量子硬件之間的信息傳輸，包括現有互連方式的熱負荷示意圖。

這項技術直接解決了熱負荷和互連密度這一關鍵挑戰，通過提供高效、低熱量的數據傳輸，為量子處理器的物理擴展開辟了新的可能性。

3.6 可互換超導量子比特器件的初級網絡

2025年7月，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的Wolfgang Pfaff及其同事報告了可互換超導量子比特器件初級網絡的進展，這項研究聚焦于量子處理器的模塊化擴展架構開發。研究人員強調，單片制造的超導量子比特器件在系統尺寸和質量方面都存在限制，因此模塊化方法具有重要價值。該論文詳細描述了高效互連的技術，這是一種連接兩個超導量子比特器件的低損耗可拆卸電纜。他們通過“快速泵浦方案”解決了這種連接中的殘余損耗。

這項技術突破的核心在于開發了一種基于低損耗可拆卸同軸電纜連接的高效互連方案，以往的方法往往由于難以兼顧低損耗和可互換性而在網絡能力或性能上有所妥協。研究人員通過實施快速泵浦方案，成功克服了可拆卸連接中的殘余損耗，該方案使得模塊間SWAP操作效率在100納秒內達到99%的水平。

所開發的方案實現了高保真度的模塊間糾纏生成，并可操作分布式邏輯雙軌量子比特。這項工作中的設備間操作錯誤率約為1%，已達到容錯閾值。這是一項重要成就，因為此前的實驗損耗超過15%，遠高于規模化所需的要求。實驗實現了基本的“即插即用”量子網絡，其中帶有定制連接器的超導同軸電纜與透射量子比特電容耦合，充當模塊化、高Q值的量子總線。

Pfaff等人的工作通過提出和演示模塊化架構，為量子計算的可擴展性做出了實質性貢獻。這種模塊化架構允許可重構和可擴展的網絡，對于擴展量子處理器尤為關鍵。這意味著系統可以通過插入預先測試好的、更高保真度的量子比特模塊進行升級，計算能力也可以通過插入額外的模塊進行擴展。該研究直接解決了單片制造超導量子比特器件在系統尺寸和質量方面的限制，通過實現“樂高式”組裝、重新配置和擴展，這種模塊化方法為大規模量子處理器提供了一條途徑。開發同時允許可互換性和高保真度操作的接口是關鍵一步，這使得組件能夠無縫添加和移除，這在經典計算機中是常規操作，但在量子系統中一直是一個重大挑戰。實現99%的模塊間SWAP效率和約1%的錯誤率，意味著設備間操作已達到容錯閾值，這一性能與超導量子比特電路和電纜之間的超導鍵合所展示的性能相媲美，展示了通往可擴展、糾錯量子系統的可行路徑。

圖：實驗概述，說明了將量子設備擴展為模塊網絡如何允許子系統的重新配置或更換，強調了通過可拆卸鏈路在不同模塊中的量子比特之間高保真傳輸量子態的能力。

超導量子比特的模塊化與高保真互連技術的結合，為實現容錯量子計算提供了一條可行的工程路徑，因為它能夠構建可擴展、可重構和可升級的量子系統。

3.7 電子-光子量子片上系統

2025年7月，加州大學伯克利分校、波士頓大學和西北大學的Danielius Kramnik及其同事報告了世界首個電子-光子量子片上系統。

研究的重點是將量子光源和穩定電子元件集成到單個硅芯片上。該系統能夠產生可靠的關聯光子對流，芯片包含一個“量子光源工廠”陣列，每個工廠尺寸小于一毫米見方，旨在生成量子態光。這些工廠利用精確設計的微環諧振器等光子器件，對于生成關聯光子流很重要。

這項突破性工作實現了世界首個電子-光子-量子片上系統，利用標準的45納米半導體制造工藝將量子光源和控制電子元件集成到一塊硅片上。團隊構建了一個集成系統，能夠主動穩定片上硅微環諧振器。這些諧振器對溫度和制造偏差極其敏感，可能會干擾光子對的生成。

圖：實驗中放置在探針臺顯微鏡下包含芯片的封裝電路板

該系統將控制直接嵌入芯片內部，實現了量子過程的實時穩定。這是通過在諧振器內部集成光電二極管來實現的，這些二極管在保持量子光生成的同時監測與入射激光的對準。片上加熱器和控制邏輯持續調整諧振，以抵消漂移。該芯片是在商用45納米互補金屬氧化物半導體（CMOS）芯片平臺上制造的，該平臺最初由波士頓大學、加州大學伯克利分校、格芯和Ayar Labs緊密合作開發。這表明該制造工藝現在能夠支持復雜的量子光子系統。該項目需要跨不同領域的緊密協調，從而在商用CMOS平臺的嚴格限制下，將電子學和量子光學作為統一系統進行協同設計。

這項進展為大規模可生產的“量子光源工廠”芯片以及由多個此類芯片協同工作構建的大規模量子系統鋪平了道路。通過展示在商用半導體代工廠構建可重復、可控量子系統的能力，該研究解決了將量子系統從實驗室環境推向可擴展平臺的一個關鍵挑戰。每個光源內置的穩定反饋機制確保了盡管環境變化，系統仍能保持可預測的行為，這是擴展量子系統的重要要求。隨著量子光子系統規模和復雜性的增長，此類芯片有望成為未來量子計算基礎設施、安全通信網絡和先進傳感技術的基礎構建模塊。

這項突破驗證了利用成熟的經典半導體制造工藝大規模生產復雜量子光子系統的可行性，為可擴展的集成量子技術奠定了基礎。

3.8 超導量子計算機的擴展挑戰

2025年7月，來自谷歌量子人工智能（Google Quantum AI）的Anthony Megrant和Yu Chen在《自然·電子學》的一篇評論文章中討論了擴展超導量子計算機所面臨的挑戰。他們指出，構建一臺有用的量子計算機可能需要數百萬個超導量子比特。

超導量子比特系統在規模化擴展過程中，已觀測到具有災難性的芯片級關聯誤差現象。已有研究表明，這類誤差主要源于宇宙射線等高能粒子的撞擊事件，其物理機制表現為：當高能粒子與芯片材料相互作用時，會激發太赫茲頻段的聲子，這些聲子與超導金屬作用后產生大量準粒子（QPs）。準粒子濃度的驟增會顯著抑制量子比特的能量弛豫時間（T1），導致量子態存儲失效。此類關聯誤差對表面碼等傳統量子糾錯方案構成嚴峻挑戰，因其具有跨量子比特的關聯特性，遠超現有糾錯碼的設計容錯閾值。該論文提出，模塊化量子計算架構可有效緩解關聯性能量衰減事件。實驗數據顯示，單個模塊內部衰減事件的關聯性高達85%以上，而物理隔離的獨立模塊間關聯性僅約2%。這一發現表明，通過模塊化設計與定制化糾錯編碼的協同優化，有望構建抗芯片級關聯誤差的新型量子處理器。

圖：模塊化量子處理器的布局和測量脈沖序列

當前針對衰減事件的抑制策略主要包含五類技術路徑：增強輻射屏蔽、多能隙超導器件設計、襯底背面聲子吸收層、常規金屬準粒子陷阱、噪聲環境調控。盡管其中的部分方法已降低了災難性衰減事件的發生率，但量子態退相干過程中的關聯誤差仍未完全消除。

如Megrant與Chen所述，構建容錯量子計算機的工程挑戰“堪比建造歐洲核子研究中心（CERN）或激光干涉引力波天文臺（LIGO）等大型科學設施”，必須通過產學研協同創新機制持續推進。

超導量子計算機在擴展過程中面臨的核心挑戰——特別是宇宙射線誘發的關聯誤差問題，凸顯出兩個關鍵發展方向：首先，必須發展模塊化架構等創新性系統解決方案；其次，需要建立類似CERN或LIGO等大科學工程的組織模式，推動跨學科、大規模協同攻關。這也揭示了量子計算發展的本質特征：它不僅是量子物理與計算機科學的交叉，更需要材料工程、高能物理、低溫技術等多學科的深度融合與協同創新。

結論

從PsiQuantum在光子量子計算平臺上的可制造性突破，到微軟在拓撲量子比特方面的探索，再到D-Wave在量子退火加速神經網絡訓練方面的性能優勢，以及硅基量子比特控制中低溫CMOS集成的成功，這些成就共同描繪了一幅充滿活力的創新圖景。此外，無線太赫茲低溫互連技術和可互換超導量子比特器件的模塊化網絡等關鍵基礎設施的發展，直接解決了大規模量子系統面臨的互連和熱管理挑戰。同時，電子-光子片上系統的出現，進一步驗證了利用成熟半導體制造工藝實現量子技術大規模生產的可行性。

盡管這些進展令人鼓舞，但貫穿所有量子計算模式的核心挑戰仍然是可擴展性。無論是需要數百萬量子比特的超導系統，還是需要克服連接密度和環境噪聲的自旋和光子系統，將實驗室演示轉化為實用級量子計算機都需要巨大的工程投入。超導量子計算機面臨的類宇宙射線事件等挑戰，進一步凸顯了對創新架構和魯棒糾錯方案的需求。

當前量子計算領域的發展趨勢表明，克服可擴展性障礙正日益依賴于對經典半導體制造能力和模塊化架構的戰略性利用。例如，光子和硅自旋量子比特領域都明確地將可制造性和與現有CMOS工藝的兼容性作為實現大規模化的關鍵路徑。超導量子比特的模塊化設計也旨在通過“樂高式”組裝來解決規模化問題。

構建容錯量子計算機就如同建造CERN或LIGO等大型科學設施，這一比喻意在強調其固有的復雜性和所需的龐大資源。因此，產業界和學術界之間持續、深入的合作，將是推動量子計算從當前階段邁向全面實用化的不可或缺的要素，更是實現未來量子技術潛力的關鍵所在。

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[13]https://azure.microsoft.com/en-us/blog/quantum/2025/02/19/microsoft-unveils-majorana-1-the-worlds-first-quantum-processor-powered-by-topological-qubits/

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