三天内两项量子里程碑：通用门组与能源部路线图

两项进展前后相隔约25小时。9月27日，ScienceDaily报道，芝加哥大学普利兹克分子工程学院、哈佛大学、石溪大学和Quantinuum的团队，在Quantinuum的H2离子阱处理器上利用非阿贝尔任意子演示了一套通用门组。同一天，费米实验室发布了美国能源部的国家量子计算路线图，该路线图由科学顾问委员会下属的一个小组牵头完成。

两者说的都是方向，而不是已经造好的机器。前者讲的是通往纠错的一条路径，后者讲的是美国政府打算如何衡量这条路径上的进展。

实际演示了什么

据ScienceDaily报道，这项经同行评议的成果发表在《自然》上。团队用54个纠缠量子比特制造出与一个名为S3的对称群相关的任意子。S3指的是让等边三角形保持不变的旋转与反射。团队把编织和融合这两种操作结合起来，得到了共同作者、芝加哥大学普利兹克分子工程学院助理教授Ruben Verresen所说的通用门组。

我们演示了一套所谓的通用门组，意思是，如果你把信息存在这些涌现出来的“夸克”版本里，再让它们移动，你就能完成任何你想要的量子计算。

这个措辞很关键。非阿贝尔任意子并不是自然界中独立存在的粒子。它们是在量子线路内部，把许多普通量子比特纠缠成一个集体状态而造出来的。这个集体状态表现得像一种遵循自身规则的新粒子。2024年，包括Verresen在内的一个团队用Quantinuum的离子阱机器制造了与另一个对称群D4相关的任意子。仅靠编织这些任意子，还不足以实现通用计算。新工作改用S3，并加入了融合。

实际论证正落在这里。量子计算机容易出错，所以信息通常分散在许多物理量子比特上。这些纠错码保护数据，但一般无法提供对受保护信息做通用计算所需的全部操作。工程师用魔法态来补上缺口，而魔法态需要一道名为蒸馏的昂贵纯化步骤。Quantinuum慕尼黑办公室的董事总经理兼科学负责人Henrik Dreyer在ScienceDaily的报道中说，这一结果表明，容错计算原则上可以不依赖魔法态蒸馏或魔法态培养。

ScienceDaily的标题把非阿贝尔任意子称为“黑马”。Dreyer也用了同样的说法。这应当被看作对这一路线有利益相关的人提出的一种定位，而不是学界的共识。

路线图及其里程碑

能源部这份名为《SCAC量子委员会报告：通往一体化量子未来之路》的文件，设定了一个以里程碑为驱动的目标：在2028年前演示一台具有科学相关性、已实现纠错的量子计算机。费米实验室称，该小组由费米实验室首席技术官Anna Grassellino担任主席，芝加哥大学普利兹克分子工程学院的Supratik Guha担任副主席。征求意见的过程覆盖国家实验室、学术界、产业界和联邦机构，有数百名贡献者参与。

文件提出三个阶段。第一阶段为2026年至2028年，设立有竞争性的“大挑战”项目，围绕具体科学目标把国家实验室、大学和产业界配对。第二阶段计划规划并建设能源部量子计算用户设施，报告将其描述为开放的科学仪器，而不是商业云服务。第三阶段从2030年起，设想把量子协处理器、模拟器和传感器整合进能源部现有的AI和高性能计算基础设施。

报告给出的成功标准是科学效用，而不是量子比特数量。文件列出的目标问题包括：为药物发现预测分子性质、设计催化剂、模拟聚变相关材料，以及为早期宇宙物理建模。报告还承诺在硬件上保持技术中立。考虑到目前获得资助的多种竞争路线，这一点值得留意。

底层的硬件

如果没有量子比特周围的制冷和控制电子设备，上面两项进展都没有多大意义。IBM在8月19日表示，它已把两个低温模块接入并冷却到同一环境中，这是朝着连接数百个量子芯片迈出的一步。该公司称，这些模块的温度可降到15毫开尔文以下，并按其为连接独立量子处理器而设计的L-coupler技术打造。IBM的路线图目标是到2027年至少拥有1000个可编程量子比特，并在2029年推出容错系统IBM Quantum Starling。

IBM Research负责人Jay Gambetta称，把这两个模块连接并运行起来，是朝这个方向迈出的一大步。这是公司对自身路线图的表态，2029年的目标仍未得到验证。

还有一个不那么显眼的问题：如何为量子比特旁边的电子设备建模。Semiconductor Engineering在9月24日发布的一篇赞助博客，介绍了一套工作流程：先在室温下提取紧凑器件模型，再用混合神经网络学习4开尔文以下的剩余低温行为。文中引用MarketsandMarkets的数据，称2025年至2030年量子计算市场的复合年增长率为41.8%。这是厂商赞助的内容，市场数字又只来自一家研究机构，两者都应按惯例谨慎对待。

值得关注的事

• S3的结果能否在其他硬件上复现，以及整套操作实际消耗多少物理量子比特。
• 第一阶段的“大挑战”项目花落谁家，2028年的目标能否经受住预算的考验。
• IBM计划于今年晚些时候把Nighthawk处理器装入低温模块的进展。
• 能源部的技术中立表述在采购启动后是否还能维持。

这三条线目前还没有交汇。54个量子比特上的通用门组是实验室成果，路线图是计划，低温模块是工程。它们之间的差距才是故事本身，而这个差距并没有按任何已公布的时间表在缩小。