通用任意子、能源部路线图与早期宇宙模拟：量子计算的一周

研究团队在Quantinuum的H2离子阱处理器上用了54个纠缠量子比特，搭出一套他们称为通用门集合的东西。芝加哥大学普利兹克分子工程学院助理教授、论文合著者Ruben Verresen说：“我们展示了一套所谓的通用门集合，意思是，如果你把信息存储在这些夸克的涌现版本里，再让它们移动，你就能完成任何你想要的量子计算。”这番话引自ScienceDaily。

这个说法之所以重要，是因为量子纠错通常要付出取舍。受保护的逻辑量子比特能抵抗噪声，但保护机制本身并不提供通用机器所需的全部操作。缺口要靠魔法态来补，而制备魔法态在量子比特和时间上代价高昂。

非阿贝尔任意子走的是另一条路。自然界里找不到它们作为独立粒子存在。研究人员把许多普通量子比特纠缠成一个集体状态，这个状态表现得像一种遵循自身规则的新粒子。让一个任意子绕另一个任意子移动，这一过程称为编织，会改变这对任意子的内部状态，移动的顺序承载着信息。

Quantinuum慕尼黑办公室的董事总经理兼科学负责人、论文合著者Henrik Dreyer说：“非阿贝尔码是量子纠错竞赛中的一匹黑马。在这项工作里，我们展示了非阿贝尔码中的第一个通用门集合，证明容错计算原则上无需借助魔法态蒸馏或魔法态培育，而这两者是标准量子纠错码中代价最高的操作。”

新实验建立在部分相同研究人员2024年的工作之上，他们当时在Quantinuum的机器上造出了与D4对称群相关的任意子。光靠编织还不够。Verresen说：“我们创造的那个特定宇宙不够强大。”团队随后改用S3对称，也就是让等边三角形保持不变的旋转和反射。

华盛顿定下2028年目标

同一周，美国能源部发布了一份国家量子计算路线图。费米实验室在9月27日发布报告时表示，这份文件来自整个领域的共同努力，由科学办公室咨询委员会量子小组委员会牵头，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。报告给出了一条以里程碑为驱动的路径：展示量子计算的科学实用性，并把量子系统与能源部实验室的研究基础设施、高性能计算和人工智能整合起来。

路线图设了一个三阶段框架。第一阶段从2026年运行到2028年，设立有竞争力的重大挑战项目，把国家实验室、大学和产业界配对起来。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、模拟器和传感器嵌入该部门现有的高性能计算与人工智能网络。公开目标是到2028年造出一台具有科学相关性、经过纠错的量子计算机。

更小的机器，不同的问题

另一项工作来自杜克大学。研究人员用一台13个离子的量子模拟器重现了弦断裂，这一过程与宇宙大爆炸后极端条件下粒子与反粒子的形成有关。研究于9月23日发表在《自然·物理》上，ScienceDaily在9月26日发布了消息。在杜克量子中心领导这项研究的Christopher Monroe说：“量子计算机模拟是研究物质形成等复杂问题的最佳平台，除非你亲眼见证了宇宙大爆炸本身。”

参与这项合作的机构包括马里兰大学、牛津大学、加州理工学院、康奈尔大学和鲁汶大学。研究人员表示，在这一规模上，经典计算的结果与量子结果一致，不过他们预计随着问题规模扩大，量子机器将接过计算任务。ScienceDaily指出，另外两项近期发表的研究在不同硬件上重现了类似的物理现象，说明这个结果并非孤例。

硬件厂商也在工程方面推进。IBM在8月19日表示，它已把两套模块化低温系统连接并冷却到同一环境中，温度降到15毫开尔文以下，这是其2029年实现容错机器路线图的一部分。ScienceDaily的网络在9月21日转载了这篇报道。IBM称，每个模块提供的布线空间最多可达其最广泛使用的量子系统的12倍，并计划今年晚些时候在这些模块中安装Nighthawk处理器。

有一点需要说明。任意子成果是在54个量子比特上的演示，并非一台可用的计算机；杜克的模拟运行在13个离子上。

能源部路线图本身把2028年定为展示科学实用性的目标，而非交付日期。Quantum Zeitgeist在9月26日、费米实验室在9月27日对路线图的报道在实质内容上一致，两者都没有声称机器已经存在。