非阿贝尔任意子搭出通用门集合，美国能源部路线图定下2028年期限

通用量子计算此前基本只是普通量子比特的设想。这类量子比特把信息存在两种状态及其量子混合里。非阿贝尔任意子不一样，它们在自然界中并不作为独立粒子存在。科学家在电路内部把它们造出来：把许多常规量子比特纠缠成一个集体状态，这个状态遵循自己的规则。

“我们展示了一个所谓的通用门集合，意思是如果你把信息存储在这些涌现版本的夸克中，并让它们移动，你就能完成任何你想要的量子计算，”芝加哥大学普利兹克分子工程学院分子工程助理教授、论文共同作者Ruben Verresen说。这段话来自ScienceDaily对论文的报道。

参与这项工作的有UChicago PME、哈佛大学、石溪大学和Quantinuum的研究人员。团队改用了一个名为S3的对称群，即让等边三角形保持不变的旋转和镜像翻转。他们随后在Quantinuum的H2离子阱处理器上造出了对应的任意子。

为什么融合重要，而不只是编织

两年前，包括Verresen在内的一个团队用Quantinuum的离子阱计算机造出了与另一个对称群D4相关的任意子。D4描述的是让正方形保持不变的旋转和反射。那项2024年的实验表明这些粒子可以被造出和操控，但没有表明仅靠编织就足以运行通用机器所需的全部操作。

“在那项工作中，我们没有证明那些涌现的力足以完成量子计算，”Verresen说。“我们造出的那个特定宇宙不够强大。”

新实验把编织与融合结合起来，融合即合并任意子的过程，从而覆盖全部操作范围。这正是论文声称填补的技术空白。ScienceDaily称这种方法可能比标准路线更高效。标准路线依赖通过蒸馏产生的魔法态，蒸馏是一道纯化步骤，可能消耗机器很大一部分量子比特。

“非阿贝尔码是量子纠错竞赛中的一匹黑马，”Quantinuum慕尼黑办公室总经理兼科学负责人、论文共同作者Henrik Dreyer说。

Dreyer的话同样由ScienceDaily刊载，说得更进一步：用他的话说，这项工作表明容错计算原则上可以在没有魔法态蒸馏或培育的情况下完成。而这两者被称为标准量子纠错码中最昂贵的操作。ScienceDaily于9月27日发表了这篇报道。

能源部希望在2028年前实现科学实用性

同一个周末还出现了一份带期限的政策文件。费米实验室于9月27日宣布，美国能源部发布了一份国家量子计算路线图。文件由科学咨询委员会办公室的一个小组委员会撰写，费米实验室首席技术官Anna Grassellino担任主席，芝加哥大学教授Supratik Guha担任副主席。

这份题为“SCAC Quantum Committee Report: Path to an Integrated Quantum Future”的报告列出三个阶段。第一阶段从2026年到2028年，设置竞争性的多学科挑战，把国家实验室、大学和产业界配对。第二阶段计划建设能源部量子计算用户设施，报告称其为开放的科学仪器，而非商业云服务。第三阶段从2030年起，设想把量子协处理器、模拟器和传感器织入能源部的人工智能和高性能计算网络。

报告陈述的目标不是最大的量子计算机，而是那些本来难以处理的问题：为药物发现预测分子性质、设计催化剂、模拟与聚变相关的材料，以及建模早期宇宙物理。费米实验室的公告说，该路线图的目标是在2028年前展示一台具有科学相关性、带纠错的量子计算机。

硬件与建模在底下持续推进

IBM于8月19日报告，它已把两个低温模块连接并冷却到同一个环境中，这是朝连接数百个量子芯片迈出的一步。据IBM的新闻稿，这两个模块高超过8英尺、宽8英尺，在不到五天内冷却到4开尔文，随后不久降到15毫开尔文以下。IBM称，该设计提供的布线空间比其使用最广泛的量子系统多出最多12倍，并重申了2029年推出容错机器IBM Quantum Starling的路线图目标。

“这些低温模块的成功连接和运行标志着朝那个方向的一次飞跃，”IBM Research总监、IBM Fellow Jay Gambetta在新闻稿中说。IBM表示将在今年晚些时候把Nighthawk处理器装入这些模块。

更远离头条的是，SemiEngineering上9月24日的一篇赞助文章描述了另一个瓶颈：在低温下与量子比特晶圆并排的控制和读出电子器件。这篇来自Keysight的文章引用MarketsandMarkets的数据，称量子计算市场在2025年至2030年的复合年增长率为41.8%。文章还描述了一种混合方法：先在室温下拟合BSIM-BULK紧凑模型，再用神经网络学习4开尔文下基于物理的模型无法捕捉的残余行为。

这些是工程问题，不是公告。它们将决定上述任何一项能否如期到来。

相关材料没有说明《自然》论文何时在线发表，只说ScienceDaily在9月27日报道了它。它也没有给出54量子比特演示的错误率，因此从H2上的通用门集合到一台有用的机器之间实际有多远，在这里仍无法量化。能源部路线图的2028年目标是一个科学实用性的里程碑，而不是声称今天已经存在这样一台机器。