美国发布《迈向集成量子未来的路线图》

原创

赛博研究院
赛博研究院

赛博研究院

2026年10月13日 17:33
上海

在小说阅读器读本章

去阅读

在公众号小说中沉浸阅读

近日，美国科学咨询委员会量子委员会发布《迈向集成量子未来的路线图》（A Pathway to an Integrated Quantum Future）。报告指出，量子计算正处在关键发展窗口期。逻辑量子比特、量子纠错、系统集成等技术不断取得突破，为量子计算落地实际科学应用创造了条件。

不过，想要把现有技术进展转化为稳定可用的科学计算能力，仍要攻克硬件、软件、算法、系统工程、应用验证等一系列现实难题。报告重点围绕两大核心问题展开研究：

• 一是如何在 2028 年之前实现具备实际科学价值的纠错量子计算能力；
• 二是怎样布局面向科研人员长期使用的能源部量子计算用户设施。

*量子计算取得进展，但科学应用仍是关键考验*

近些年量子计算的发展已经不再只聚焦硬件性能提升。量子纠错、容错架构、算法、软件、系统工程以及科学应用等多个环节均取得进步，各项技术之间开始形成协同促进的态势，让量子计算逐步具备求解真实科学问题的基础。

举例来看，量子‑经典混合计算方案，已经把第一性原理量子化学计算拓展至包含 1.2 万个以上原子的蛋白质‑配体体系，还可以用于模拟聚变能源相关的熔盐类材料。量子模拟器也复现了格点规范理论中的实时弦断裂现象，可为基本粒子相互作用研究提供支撑。与此同时，量子计算还被用于解析关联材料内部的磁激发特性，并且完成了与中子散射实验结果的比对验证。

纠错技术层面，新一代量子纠错方案降低了实现纠错所需要的硬件资源开销。各类硬件平台同样有所进展：逻辑量子比特可在纠错阈值之下运行，中性原子系统实现硬件可重构，可编程离子阱设备能够在同一套硬件上运行多种纠错码。除此之外，计算结果的可验证性与可复现性十分关键，科研场景不只看重计算性能，更要求输出结果真实可信。

即便如此，量子计算依旧面临不少技术瓶颈。打造可扩展的容错量子计算系统，需要进一步提高量子比特相干水平、压低错误率，完善控制系统、低温工程、软件、互连技术，同时解决系统集成、制造、运维保障等现实问题。由此可见，量子计算下一阶段的评判标准，不能单纯看量子比特数量或者单项硬件参数，更要关注整套系统能否稳定运行、能不能解决具备实际价值的科学问题。。

以科学问题为牵引，提出2028年阶段目标

量子计算发展应当以科学应用作为牵引，而不是片面追逐硬件指标。应当由科研人员提出具备挑战性的现实科学问题，再以此倒推量子计算需要匹配的硬件、算法、软件与系统能力，做到技术研发和实际应用同步开展。

对此，报告建议设立 “量子重大挑战”（Quantum Grand Challenges）计划，组织国家实验室、高校、企业组成跨学科团队，围绕明确的科学命题与技术指标开展竞争与协同攻关。相关项目既要推动量子硬件、原型系统迭代，也要同步发展算法、软件、系统工程，实现量子技术与传统高性能计算、人工智能技术的融合。

报告提出，要力争在 2028 年前实现具备科学价值的纠错量子计算能力。具体目标包括：精准预测催化相关分子的电子结构；模拟超导、先进制造领域的强关联材料；完成聚变材料与等离子体过程的可验证模拟；开展中微子、核相互作用仿真；复现粒子物理量子场论当中的关键物理现象。

上述任务需要分步落地。前期优先选取可以通过经典计算或是物理实验严格校验的基准问题，以此确认量子计算输出结果准确可靠；中期再把算力拓展到复杂度更高、科学意义更强的研究对象；到 2028 年，实现量子应用能够产出全新预测结论、带来新科学认知或是体现显著效率优势。

该目标并不要求全部量子计算技术保持完全一致的迭代节奏。同时需要继续扶持多条硬件技术路线，采用统一的科学、技术指标衡量发展成效，不宜过早锁定唯一技术方案。不同架构适配不同类型的科学问题，技术路线取舍应当以实际应用效果作为判断依据。

**规划量子计算用户设施，扩大科研人员使用机会****

除短期研发目标之外，报告规划建设美国能源部量子计算用户设施（Quantum Computing User Facility，QCUF）。该设施定位并非简单部署量子计算设备，而是面向各类科研群体开放量子计算能力，支撑科研人员围绕重大科学命题开展研究工作。

未来这套用户设施可以借鉴能源部现有大型科学装置的建设经验，由科学需求主导设备整体设计。量子硬件、算法软件、人工智能、实验流程需要一体化协同设计，保障各个环节围绕科学应用联动发展。设施面向国家实验室、高校、企业及其他科研机构开放，依托同行评审机制，保障不同研究团队获得公平的使用机会。

另外，设施建设不能依赖单一机构或是某一家技术供应商。能源部国家实验室、高校、产业界以及更广范围的科研社群需要共同参与建设，充分发挥各方优势。设施除提供量子计算算力资源之外，还需要配套科研支撑、人才培训、软件协同开发、基准测试、学术交流等配套能力，帮助更多科研人员掌握、用好量子计算工具。

部署模式上，建议采用云端访问结合实验室本地部署的混合方案。云端模式可以提升设备普惠性，方便科研人员开展试验，同时对接商用量子计算硬件；把设备落地国家实验室，则便于硬件研发人员和科研用户直接协作，方便量子系统对接大型超算、AI 基础设施、科学仪器以及低温配套设备。

至于设施要不要建、什么时间启动建设，需要结合实际技术进展审慎决策。评估维度不能只看量子比特规模，还要考量科学应用成熟度、系统运行稳定性、科研人员真实需求，以及设施长期可持续运行能力。能源部可以提前开展专项规划，定期评估技术成熟水平、用户需求、运行模式与落地方案，为后续决策做好铺垫。

*打通量子计算技术链条，重视系统可靠性*

报告将量子计算研发划分为三套相互关联的主线：科学应用路线、硬件能力路线、支撑技术路线，三者必须协同向前推进。科学问题定义能力需求，硬件提供计算底座，各类支撑技术保障系统实现规模化与稳定运行。

硬件层面，需要循序渐进提升逻辑量子比特规模、逻辑操作能力、运算精度、系统可靠性、运行速度与互联能力。争取 2028 年前打造出能够支撑首批具备科学价值容错应用的硬件系统；在此之后持续迭代系统性能，逐步向约 1000 个逻辑量子比特演进，支撑更大规模科学研究。

支撑技术领域，重点攻关方向包括：延长量子比特相干时间，降低物理、逻辑层面错误率，实现可扩展量子纠错与实时解码，完成控制电子学与低温系统集成，优化布线封装、模块化架构、量子互连。软件编译、系统校验、设备校准、自动化运行、制造工艺、设备运维同样属于核心任务。

评判系统进展，不能只统计逻辑量子比特数量。系统还需要做到可重复、稳定运行，具备足够算力支撑复杂科学研究。早期阶段可以先在小规模逻辑系统上完成技术验证；中期重点考察系统扩容之后，精度、速度、可靠性能否维持；后期则把全部技术组件整合进完整的科研工作流程。

这意味着量子计算扩容，不等于单一硬件指标的简单增长，而是整套技术体系共同走向成熟。只有硬件、软件、控制系统、运维保障能力互相匹配，量子计算才能稳定服务于各类科研任务。

**加强跨领域合作，保持多种技术路线并行发展****

想要推动量子计算走向应用，硬件研发人员、算法专家、软件开发者、AI 研究者和各领域科学家必须加强协作。现有的合作模式仍有优化空间。科研人员除了能够使用量子设备，还需要充分了解设备架构、控制接口、性能表现与运行状态，才能够结合自身科学问题优化计算方案。

为此报告提出完善深度合作机制：安排领域科学家进入企业工程团队开展 6‑18 个月驻场研究，推动企业和国家实验室人员双向挂职交流，支持多方联合开发、评估原型技术。在合理保护知识产权的前提下，进一步提高科研相关技术开放度，破除跨机构合作障碍。

技术路线选择上，切忌过早敲定唯一方案。超导量子电路与腔、中性原子、离子阱、光子、自旋量子比特等不同路径，都有机会在不同应用场景发挥价值。应当依托统一的科学技术指标开展评估，维持多条路线良性竞争，探索开放互联标准，推动量子‑经典混合计算与网络互联落地。

与此同时，要进一步把量子计算纳入能源部科学办公室整体科研体系，和高性能计算、人工智能、量子传感、科学仪器、实验平台深度结合。未来量子技术，既可以依托大型用户设施运行，也可以小型处理器、专用量子模拟器、量子增强仪器、分布式传感设备等形态部署在对应科研场景。具体采用哪种形式，以科学价值、技术成熟度、实际科研需求作为判断标准。

委员会建议根据发展机遇适度加大投入，同时平衡基础研究、关键支撑技术、未来科研设施建设三者资源配比。建设用户设施不能挤压长期基础研究经费，量子硬件、算法、软件、材料、应用研究，依旧是后续技术迭代的根基。实现 2028 年既定目标，需要加快现有研发节奏，也离不开各类机构、国家实验室、企业与高校共同参与。

文章参考来源｜美国科学咨询委员会量子委员会、互联网公开信息

赛博研究院简介

上海赛博网络安全产业创新研究院（简称赛博研究院），是上海市级民办非企业机构，成立至今，赛博研究院秉持战略、管理和技术的综合服务模式、致力于成为面向数字经济时代的战略科技智库、服务数据要素市场的专业咨询机构和汇聚数智安全技术的协同创新平台。

赛博研究院立足上海服务全国，是包括上海市委网信办、上海市通管局、上海市经信委、上海市数据局等单位的专业支撑机构，同时承担上海人工智能产业安全专家委员会秘书长单位、上海“浦江护航”数据安全工作委员会秘书长单位、上海数据安全协同创新实验室发起单位等重要功能，并组织“浦江护航”数据安全上海论坛、世界人工智能大会安全高端对话等一系列重要专业会议。

欢迎联络咨询：

邮件：[email protected]；

电话：021-61432693。