近期，美國普林斯頓大學研究團隊在《自然》雜志上發表一項新成果：他們將量子計算機的“腦細胞”——超導量子比特的“壽命”（即相干時間，指量子比特維持其量子疊加態的有效時間）提升至超過1毫秒。這是目前實驗室最佳版本的3倍、業界標准的近15倍，也是10多年來量子比特壽命的最大提升。這一成果有助於突破量子比特信息保存時間太短的核心瓶頸，向實現可靠的商用量子計算機邁出關鍵一步。

　　量子計算機的基本信息單元是量子比特。與經典計算機中的比特只能表示0或1不同，量子比特可以同時表示0和1，即量子疊加態，如同一枚快速旋轉的硬幣，在停下來之前同時具備正面朝上和反面朝上的狀態。正是這種特性，賦予了量子計算指數級的並行能力：50個量子比特理論上可同時處理2⁵⁰（約1000萬億）種狀態。然而，量子疊加態極其脆弱。一旦受到環境噪聲、材料缺陷或熱擾動等干擾，量子信息便會迅速“退相干”，導致計算出錯甚至失敗。因此，量子比特的“壽命”直接決定了它能完成多少次可靠操作——這是衡量量子處理器性能的核心指標之一。

　　過去十余年，主流超導量子比特多採用藍寶石基底與鋁電路組合。但金屬鋁表面存在大量微觀缺陷，會捕獲能量、引發損耗，嚴重限制相干時間。此次普林斯頓團隊的突破，正源於對這一“老配方”的徹底革新：以高純度硅基底替代藍寶石，並以金屬鉭取代鋁制作量子電路。鉭的晶體結構更致密，表面缺陷密度顯著低於鋁，從而大幅減少能量損失﹔硅則是成熟的半導體材料，能提高制造一致性且便於規模化生產。他們攻克了“在硅上高質量生長鉭薄膜”這一長期技術難題，實現了材料界面的原子級平整。實驗結果顯示，新型鉭—硅量子比特的相干時間超過1毫秒。別看它短，卻足以讓每個量子比特在“退相干”前完成更多關鍵運算，為后續糾錯和復雜算法的運行提供寶貴的時間窗口。

　　整體來看，量子計算機的性能取決於兩個核心因素：系統中量子比特的總量以及每個比特在出錯前能執行的運算次數。2019年，谷歌推出“懸鈴木”量子芯片，以53個量子比特首次實現“量子優越性”﹔2025年3月，中國科學技術大學潘建偉院士團隊發布超導量子計算原型機“祖沖之三號”，集成105個超導量子比特，在特定任務上的運算速度比最強超級計算機快千萬億倍。不過，即便擁有百個物理比特，將錯誤率降至足夠低的水平仍是目前量子計算機真正釋放其算力潛能亟待突破的關鍵。因此，延長量子比特壽命、降低錯誤率，與增加比特數量同等重要。此次普林斯頓團隊的研究主要解決了單個量子比特的壽命問題，而中科大在量子糾錯領域也取得裡程碑式的突破。2025年12月，基於107比特超導量子處理器“祖沖之3.2號”的相關結果發表，潘建偉院士團隊在量子糾錯方向上實現了“越糾越對”的重大進展。

　　盡管硬件發展取得突破，量子計算邁向廣泛應用仍面臨多重挑戰。首先，技術路線仍較分散。超導、離子阱、光量子、中性原子等路徑各有優勢：超導易集成但需極低溫，離子阱相干時間長但擴展難，光量子適合通信但難以存儲。如何整合各類研發資源、打造最優方案，仍需付出大量努力。其次，軟件生態與應用場景仍不明朗。除少數領域如量子化學模擬、組合優化外，尚缺乏能充分發揮量子優勢的“殺手級應用”。多數企業仍在探索“量子計算能做什麼”，而非“如何用量子計算解決問題”。再者，跨學科人才非常稀缺。既懂量子物理，又熟悉金融、制藥或人工智能（AI）應用的復合型人才較少，制約了技術向產業的轉化。

　　有分析認為，通用容錯量子計算機仍需10到20年。但在那之前，量子計算可通過“量子—經典混合架構”創造早期價值。例如，在藥物研發中，用經典計算機處理大部分流程，將分子能級計算等核心環節交由量子協處理器完成，通過算力互補，發揮各自優勢，實現漸進式升級。同時，量子計算與AI的融合正成為新突破口。一方面，AI可用於優化量子控制脈沖、提升量子門保真度﹔另一方面，量子算法有望加速機器學習訓練過程。這種雙向賦能，或將成為量子技術落地的重要跳板。

　　回望量子理論誕生百年來的歷程，量子計算正不斷拓展人類解決復雜問題的邊界。相信未來有一天，醫生將用量子模擬設計出治愈罕見病的新藥，氣候科學家將借助量子算法精准預測碳循環路徑，普通人將因更高效的電池或更智能的電網而受益，神奇的量子計算機將極大造福人類社會。

　　（作者為北京理工大學物理學院特別研究員）

　　《 人民日報 》（ 2026年01月30日 15 版）

分享讓更多人看到