美國加州理工可能已實現(xiàn)量子計算機的王炸級突破，一個超過6100個高質(zhì)量量子比特組成的原子陣列已經(jīng)問世！

你沒有看錯 ，科學家們已經(jīng)在一枚大頭針尖大小的區(qū)域里（上圖，直徑約1毫米），塞進了比全世界同類量子計算機加起來還要多、質(zhì)量還要好的量子比特……而且還綽綽有余。

這項研究剛剛發(fā)表在全球頂刊《自然》雜志上，《自然》還特別指出，這次發(fā)布的是未編輯版本，方便大家提前了解研究結果。

在量子計算的賽道上，這不叫超車，這叫直接換了條高速公路。

一夜之間，量子計算的競賽格局，可能要徹底改變了嗎？

一、為什么是王炸級的突破？

不只數(shù)量，更有質(zhì)量！

一直以來，我們總聽到“量子計算需要更多比特”的說法。但殘酷的現(xiàn)實是，量子比特（qubit）極其脆弱，像夏天的冰淇淋一樣，一不小心就“化”了（專業(yè)術語叫退相干）。

為了讓脆弱的量子比特能穩(wěn)定工作，科學家們想出了一個辦法：

量子糾錯。簡單來說，就是要用很多物理量子比特去組成一個邏輯量子比特，以確保信息萬無一失。這意味著，一臺真正有用的量子計算機，可能需要數(shù)十萬甚至上百萬個物理量子比特。

過去，要么是數(shù)量上不去，要么是數(shù)量上去了，質(zhì)量（如相干時間、保真度）一塌糊涂。

而加州理工這次的突破，最震撼人心的地方在于：

他們把數(shù)量和質(zhì)量這對“冤家”完美地結合在了一起。

數(shù)量：超過6100個量子比特，而此前的紀錄僅在幾百個的量級。

質(zhì)量：

超長待機——量子比特的“待機時間”（相干時間）長達13秒，比之前的紀錄長了近10倍！這意味著它有更充足的時間去完成復雜的計算。

超高精度——操控這些量子比特的準確率高達99.98%。

二、群雄逐鹿：量子計算的“華山論劍”

當然，量子計算的世界并非只有中性原子一位玩家。這是一個群雄并起的時代，各路豪杰都有自己的獨門絕技。要理解這次突破的意義，我們必須先看看牌桌上還有哪些頂級玩家。

1. 超導電路 (Superconducting Circuits) - 武林盟主

獨門絕技：在接近絕對零度的芯片上制造微型電路，使其表現(xiàn)出量子特性。這是谷歌、IBM等巨頭重金押注的路線 。

優(yōu)點：快！門操作速度極快，是目前所有路線中運算速度的佼佼者。

缺點：嬌貴！必須在極寒環(huán)境中工作，需要龐大昂貴的制冷設備。同時，超導量子比特之間連接固定，擴展起來非常困難 。

2. 離子阱 (Trapped Ions) - 絕世劍客

獨門絕技：用電磁場在真空中“囚禁”帶電的原子（離子），進行精準操控。

優(yōu)點：穩(wěn)！擁有最長的相干時間和最高的操控精度，是質(zhì)量上的王者。

缺點：慢！門操作速度較慢，而且“囚禁”的離子數(shù)量有限，大規(guī)模擴展是其“天劫”。

3. 中性原子 (Neutral Atoms) - 新晉宗師 (本次突破的主角)

獨門絕技：用激光“鑷子”抓住不帶電的原子，組成龐大的陣列。

優(yōu)點：多且活！可擴展性極強，輕松實現(xiàn)數(shù)千比特 ；比特可以被靈活移動，為高效糾錯提供了無限可能 。設備在室溫下工作，擺脫了巨型冰箱的束縛 。

缺點：門操作速度目前慢于超導路線。

4. 光量子 (Photonic) - 隱世高人

用光子作為量子比特。優(yōu)點是幾乎不受干擾，缺點是讓光子之間相互作用（進行計算）極其困難。我國目前在這項技術上領先。

5、拓撲量子 (Topological) ——未來盟主

理論上最完美的量子比特，天生免疫大部分錯誤。但它更像傳說中的武功秘籍，至今無人練成，仍處于非常早期的研究階段。微軟就押注于此。

在這場“華山論劍”中，超導和離子阱是成名已久的前輩，但都遇到了擴展性的瓶頸。而中性原子路線，通過這次6100比特的驚艷亮相，證明了自己不僅能打“人海戰(zhàn)術”，還能保證每個“士兵”都是精英，有可能異軍突起。

三、他們是怎么做到的？

讓原子做“三體運動”！

這項技術的背后，是一套精妙絕倫的物理操控。

第一步：抓捕原子

他們使用的量子比特，是來自大自然的完美造物——銫原子?？茖W家用數(shù)千束高度聚焦的激光，像科幻電影里的“引力光束”一樣，在真空中精準地抓住每一個原子。這種技術叫“光鑷”。

第二步：創(chuàng)造“絕對純凈”的環(huán)境

原子們被囚禁在一個特制的玻璃真空室里，其內(nèi)部的真空度“甚至比月球大氣壓還要低”。這最大限度地隔絕了外界的干擾。

第三步：靈活“搬運”原子

這是最酷的部分。他們使用一種叫“聲光偏轉器”的設備，可以像玩俄羅斯方塊一樣，隨心所欲地移動陣列中的任何一個原子，而且是在不破壞其量子狀態(tài)的情況下！

研究者打了個絕妙的比方：這就像一邊跑，一邊端著一杯水，不僅要保證水不灑出來，還要保證水不起一絲波瀾。

這種靈活性是中性原子路線的“殺手锏”。

四、下一步是什么？

看到這里，你可能會問：這臺機器現(xiàn)在就能算東西了嗎？

論文作者、研究生漢娜·馬內(nèi)奇（Hannah Manetsch）在視頻中坦誠地告訴我們：還差最后一步，也是最關鍵的一步——量子糾纏 (Entanglement)。

糾纏，是愛因斯坦口中的“鬼魅般的超距作用”，它能讓兩個或多個量子比特心有靈犀，變成一個不可分割的整體，協(xié)同進行計算。

一旦實現(xiàn)了大規(guī)模糾纏，這個6100比特的陣列，就將從一個強大的“量子信息存儲器”蛻變?yōu)橐慌_真正意義上的“量子計算機”。

而這，正是整個團隊現(xiàn)在全力以赴的目標。

這項研究為通往一萬甚至十萬比特的量子計算機鋪平了道路，一個全新的量子計算時代，或許真的離我們不遠了。

參考文獻：

Manetsch, H.J., Nomura, G., Bataille, E. et al. A tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits. Nature (2025).

Caltech Team Sets Record with 6,100-Qubit Array. Caltech News (September 24, 2025).

Manetsch, H. "A Tweezer Array with 6100 Qubits". Caltech Science Exchange (September 24, 2025).