离子阱量子计算——精度就是护城河，中国在这个赛道走到哪了？|潘建伟|离子|量子计算机

2025年9月，一条并不显眼的新闻悄然发布。

量子计算公司Quantinuum宣布，其H2处理器实现了"量子体积2²⁵"——一个等于33,554,432的数字。这台机器只有56个量子比特。

同一时期，IBM的超导量子芯片拥有超过1000个量子比特。

这两条数字放在一起，大多数人会本能地觉得：IBM那台明显更强。

但量子物理学家的判断，并不完全如此。

那台56比特的机器，在解决特定类型的计算问题时，比拥有1000个比特的机器可靠得多。因为他们从根本上处于不同的维度。

这个反直觉的事实，是理解当下量子计算竞赛的最重要起点。也是大多数科技报道从未讲清楚的事。

一、我们被数字骗了多少年

2019年，谷歌宣布实现"量子霸权"。

他们的53比特超导芯片"悬铃木"（Sycamore）在200秒内完成了一个计算任务，而全球最快的超级计算机需要1万年。这条新闻轰炸了每一个科技媒体的头版，"量子时代"仿佛一夜之间到来。

五年后，普通人对量子计算的认知，基本上还停留在这个瞬间。

但这五年里，真正改变了什么？

首先，量子比特的数量确实在增长。IBM从53比特做到了超过1000比特，Google的Willow芯片有105比特，中性原子阵列的QuEra更是宣称实现了1200个物理量子比特。中国本源量子的超导芯片、国盾量子的多条技术路线，也都在稳步推进。

比特数的数字看起来令人鼓舞。

问题是，它几乎什么都没说明。

增加量子比特，并不等于增加量子计算机的实用性——这听起来像悖论，但它是当前量子计算领域最核心的工程事实。

理解这个事实，需要一个概念：错误率

二、那个被刻意回避的小数点

经典计算机执行操作，错误率接近零。一台笔记本电脑每秒处理数十亿次操作，每一次都精确无误。你用它做财务表格，结果是确定的。

量子计算机不是这样运作的。

每一次量子门操作，都有一定概率出错。这个概率就叫"门保真度"，或者反过来叫"错误率"。现在主流超导量子比特的双量子比特门保真度，大约在99%到99.5%之间。最好的实验室结果突破了99.9%。

听起来很高？99.5%的成功率在经典世界里已经很优秀了。

但量子计算中，这点错误率是致命的。

假设你要执行一个有1000步量子操作的算法——这在实用计算中相当普通。每步操作0.5%的错误率，1000步操作后，正确答案出现的概率大约是……0.7%。

换句话说，这台机器给你的答案，99.3%的时间都是错的。

你没法用。

这就是为什么"量子比特数量"是一个几乎没有意义的孤立指标。一台有1000个量子比特、每个操作99.5%保真度的机器，在需要深度计算的任务上，表现可能还不如一台56比特但保真度99.9%的机器。

保真度每提升一个数量级，意味着可以执行更深的算法、运行更多步骤的计算，在出错之前走得更远。

这才是量子计算的真正战场。

Quantinuum H2那台56比特机器的量子体积之所以能打到3300万，正是因为它的双量子比特门保真度稳定超过99.9%，远高于大多数超导竞争对手。这个指标让"量子体积"——一个同时考察比特数、保真度和比特互联性的综合基准——在这台小得多的机器上爆炸式增长。

三、带电原子如何成为精度冠军

现在你知道了保真度是核心指标。那么，为什么离子阱系统在这个指标上领先？

离子阱量子计算机，用的是被电磁场束缚在真空中的单个离子——带电原子。每个离子就是一个量子比特，通过激光脉冲操控，用光学方式读出结果。

这个思路最早来自原子钟技术，后来被用于质谱分析，到了1990年代才有人想到把它用来做量子计算。

它有几个结构性优势。

每个量子比特天生一模一样。

超导量子比特是工程化制造的人工系统。制造过程有偏差，每个量子比特的特性略有不同，每一个都需要单独标定和校准。这就像餐厅里手工制作的碗——大致一样，但没有两个完全相同，用之前得先称一称分量。

离子阱里的镱离子或钡离子，是大自然出厂设置。每一个都完全相同，无需校准。这就是量子比特性能稳定、误差率低的物理基础。

任意两个离子可以直接互联。

超导量子比特排列在芯片上，受到几何结构的限制。A比特想和C比特"对话"，如果它们不直接相邻，就得让信息通过B比特中转——这个操作叫SWAP门，每一次中转都会累积误差。

离子阱里的离子被排在一条线（或一个二维阵列）中，任何两个离子都可以直接发生量子耦合，不存在地理障碍。这意味着算法设计更简单，执行同样计算所需的操作步骤更少，误差积累也更少。

相干时间极长。

量子比特的量子态是脆弱的——一旦受到环境干扰（热噪声、电磁辐射、振动），量子态就会"退相干"，计算结果失效。超导量子比特的相干时间大约在微秒到毫秒量级，意味着你只有不到0.001秒的时间完成计算。

离子阱的相干时间可以达到数秒甚至数分钟——比超导长上千倍。这给了系统更多时间执行复杂操作，也降低了对操作速度的极限要求。

代价，当然也存在。

离子阱的门操作速度是微秒级，而超导是纳秒级——慢了约100倍。而且随着离子数量增加，精确用激光寻址每一个离子变得极为困难，这是离子阱扩展规模的核心工程瓶颈。

简单说：离子阱是慢而精，超导是快而多。

哪一种更有价值，取决于你要解决什么问题，以及量子纠错技术成熟到什么程度。

四、保真度与容错阈值：那条生死线

量子计算圈子里有一个说法：超过一定量子比特数量的有噪声量子系统，并不比超级计算机更强。它只是一台特别昂贵且不稳定的机器。

要真正实现量子计算的承诺——突破密码学、加速药物研发、优化全球供应链——量子计算机必须具备"容错"能力：用大量物理量子比特共同编码一个逻辑量子比特，通过纠错码使系统在有噪声的情况下依然可靠运行。

这个技术叫量子纠错（Quantum Error Correction）。

而量子纠错有一个关键门槛：物理量子比特的错误率必须低于某个临界值，纠错才能真正生效。超过这个临界值，纠错本身引入的误差比它修正的还多，整个系统越纠越错。

这条临界线，大约在99%到99.9%的保真度之间，取决于所用的纠错码。

离子阱系统目前已经稳定跨越这条线。超导系统还在努力逼近。

这就是为什么近几年最重要的容错量子计算演示，大多发生在离子阱硬件上。Quantinuum用H系列机器演示了非阿贝尔任意子——这是容错计算的一种关键物理态，此前只存在于理论中。IonQ则在其搭载牛津离子电子（Oxford Ionics）技术的原型机上，于2025年10月实现了99.99%的双量子比特门保真度。

99.99%是什么概念？

做10000次量子操作，只有1次出错。这不是渐进式的提升，而是真正接近了实用容错计算的入场券。

五、全球战局：八家公司，八种押注

围绕这个赛道，全球形成了几个不同的竞争梯队。

Quantinuum，是当前商业化离子阱系统中保真度最高的。6 月 5 日正式在纳斯达克挂牌，股票代码 QNT，堪称全球量子计算有史以来规模最大一笔 IPO。其H2机器使用56个镱离子，下一代Helios系统将引入98个钡离子，采用量子电荷耦合器件（QCCD）架构——通俗说就是可以在芯片内物理移动离子来改善操控，不再完全依赖激光定点打击。Quantinuum的后台是霍尼韦尔，资金和工程能力都不是问题。

IonQ，是唯一上市的纯离子阱量子计算公司。它在2025年9月完成了对英国初创公司Oxford Ionics的收购，价值约10.75亿美元。Oxford Ionics的核心技术——电子量子比特控制（EQC）——是用标准半导体芯片上的精密电路取代激光控制量子比特。这项技术在IonQ手上最终实现了99.99%的双量子比特门保真度。2026年1月，IonQ进一步宣布以约18亿美元收购美国晶圆代工厂SkyWater Technology，试图把离子阱硬件和本土制造能力垂直整合在一起——2026年5月，股东已批准合并，等待监管通过。

AQT（Alpine Quantum Technologies），是奥地利的代表。2026年5月，其LYNX系统实现了量子体积32768，发布时位居全球第二。他们的产品线里有一个细节值得关注：PINE系统可以装进标准19英寸机架、在室温下运行。这对希望在自己机房部署量子硬件的大学和企业来说，是真实的基础设施优势。

eleQtron，德国公司，技术路线叫MAGIC（磁梯度诱导耦合）——用微波替代激光来控制量子比特。没有激光就意味着更少的光学基础设施，更接近半导体量产工艺。2026年5月完成了5700万欧元A轮融资，订单积压超过5400万欧元，并与英飞凌、恩智浦等半导体巨头开展合作。它的30量子比特系统HiQ已在德国于利希研究中心与超级计算机集成，实现混合经典-量子计算。

Universal Quantum，英国公司，萨塞克斯大学衍生。同样走微波路线，已获得德国航空航天中心（DLR）6700万欧元合同，是有史以来单一公司获得的最大政府量子计算合同之一。它的技术重点是模块化扩展——把多个小的离子阱模块用电场连接起来，通过牺牲一定的互联性换取工程可行性。

这三家欧洲公司（AQT、eleQtron、Universal Quantum）代表了一个共同趋势：去激光化。他们判断，激光控制是离子阱扩展的根本瓶颈，微波方案才能打通从实验室到大规模制造的路径。

EeroQ，美国公司，路线完全不同——用电子束缚在超流氦表面，而非用离子。归类在此是因为它试图解决类似的扩展问题。2025年10月演示了1开尔文以上的单电子控制——比超导低温环境高100倍。它宣称的控制架构可以用不到50条线管理100万量子比特，但这还停留在设计图阶段，实际可行性待验证。它是本文中技术成熟度最低的一家。

Oxford Ionics，现已并入IonQ，2025年9月完成收购。牛津大学物理学家Chris Ballance和Tom Harty创立，核心就是EQC技术。他们在被收购前曾向英国国家量子计算中心交付QUARTET系统——所有量子比特控制集成在一颗可更换的半导体芯片上，维护和升级无需拆卸整机。这是牛津大学历史上最大规模的科技公司退出案例。

QUDORA，德国初创，用近场量子控制（NFQC）微波技术，已与日本Q-STAR联盟建立合作，云端量子模拟器对开发者开放，物理量子硬件部署计划在稍后阶段推进。

六、中国力量在哪里

量子计算这场竞赛，中国显然没有缺席。

但如果你看的是新闻，很容易产生错误印象——因为大多数中国量子计算的报道，聚焦在超导路线，或者光量子路线（潘建伟团队的"九章"系列），而在离子阱这个精度赛道，中国的布局同样有真实的技术积累，只是声量更小。

华翊量子，是目前中国离子阱量子计算赛道里技术积累最厚、商业化进展最快的公司。

成立于2022年1月，孵化自清华大学量子信息中心，创始人是中国科学院院士段路明——在离子阱量子计算领域，段路明团队是世界级的存在。他的研究团队最新发布了521个镱-171离子的二维离子晶体——这种二维阵列架构是业界公认的离子阱规模化关键路径，世界上没有几个团队能做到这个规模。

华翊量子在技术方向上有一个值得关注的独创性：团队在全球首次提出基于"高维离子量子比特阵列"的离子阱量子计算架构。简单来说，不是让每个离子只携带一个量子比特的信息，而是让单个离子携带更高维度的信息——在同样数量的离子下，可实现比传统方案更大的计算空间，同时保持高速高保真度。这是一条走出一维离子链扩展瓶颈的新路径。

已发布的产品是HYQ-A37——37量子比特的商业化原型机，性能指标达到国际一流水平。

融资层面：2024年5月完成由央视融媒体基金领投的过亿元Pre-A轮，百度风投和联想创投跟投；2025年7月完成数亿元A轮，由社保基金中关村专项基金、北京信息产业发展投资基金与君联资本联合领投；此外中国移动旗下产业基金也参与了战略投资。2026年，建投投资领投，中信建投投资、中车资本跟投，百度风投、君联资本等老股东持续加码。

这条融资路线图本身很有信息量：国家队（中国移动、社保基金）在主动进入离子阱赛道，不只是投超导。

启科量子，另一家值得关注的中国离子阱公司，走的是不同的技术路径。

创始团队来自中科院，核心押注"分布式离子阱"架构：不追求一个超大的单体离子链，而是用多个相对独立的小模块，通过光子或电场连接，组成更大的量子系统。这个思路和Universal Quantum的模块化路线有相似之处。

2023年底，启科量子在北京发布了50量子比特的离子阱量子计算工程机——这是中国首台50量子比特级别的离子阱工程机。早期发布的"天算1号"实现了离子阱量子计算机从实验室到可操作工程机的跨越，使这台机器不再需要物理博士来日常操作，让真正的行业用户得以介入。

启科量子的目标路线图是：2024年实现100量子比特，2025年推进到数百量子比特。分布式路线的逻辑在于，在单体离子链遭遇规模瓶颈之前，先通过模块连接迈过工程化的第一关。

清华、中科大的学术积累，是这两家公司背后最重要的基础。

段路明团队的二维离子晶体研究（521离子），直接支撑了华翊量子的规模化技术方向；中科大在量子通信领域的深厚积累（潘建伟团队），也在为整个量子信息生态提供人才和技术溢出。

整体来看，中国在离子阱量子计算赛道上的格局是这样的：

学术研究层面，段路明在清华、潘建伟在中科大，都是世界一流水准的研究团队，在离子阱规模化的前沿方向上有实质贡献。

工程化和商业化层面，华翊量子（37量子比特商业原型机）和启科量子（50量子比特工程机）是主要代表，已实现从实验室到产品的初步跨越。

与全球领跑者的差距，依然清晰：Quantinuum H2是56量子比特、量子体积超过3300万；IonQ在2026年计划达到256量子比特；而华翊量子目前的商业产品刚突破100量子比特级别。在保真度的公开数据上，国内公司也尚未有系统性的国际可比数据发布。

我们还得继续努力。

七、精度战争的终局在哪里

离子阱会赢吗？

这是一个比看起来复杂得多的问题。

有一种理解方式：量子计算的近期格局是两场战争同时进行，不同技术路线分别在不同战场作战。

超导系统在量子比特数量上领跑。Google的Willow芯片有105量子比特，IBM计划的量子路线图延伸到1000个以上的逻辑量子比特。这条路线的优势是扩展性——往芯片上加量子比特，本质上是加工更大的硅片，已有半导体产业链可以支撑。

离子阱系统在保真度和容错潜力上领跑。56个量子比特的机器，能做超导千量子比特机器做不到的算法深度。它更接近容错计算的阈值。

中性原子系统目前在规模上保持了一定保真度，QuEra和Atom Computing已展示超过1200个物理量子比特。但真正可操控、可进行高精度计算的"可用量子比特"数量，仍然有限。

这不是谁会死、谁会活的零和游戏。

更可能的局面是：超导系统先在特定优势问题（如量子模拟、量子化学近似计算）展示NISQ时代的实用优势，同时离子阱系统先实现真正意义上的容错逻辑量子比特演示——然后两条路线都在向对方的优势领域挤压。

IonQ收购Oxford Ionics，用半导体制造工艺改进离子控制——这是在解决离子阱的制造瓶颈。eleQtron和Universal Quantum用微波替代激光——这是在降低激光工程的复杂度。另一边，IBM和Google也在拼命提升超导系统的保真度，IQM Radiance已经在量产系统上做到99.5%–99.9%。

双方都在进攻对方的护城河。

对于不在这个行业里的人，有一个有用的判断框架：在接下来5年内，如果一家公司声称的量子进展是基于"比特数量"的增加，请持怀疑态度；如果是基于"逻辑量子比特演示"或"容错操作"的突破，请认真对待。

前者是军备竞赛的展示，后者才是真正的技术跃迁。

八、中国玩家的机会和任务

理解了全球格局，中国离子阱赛道的位置就更清晰了。

段路明团队的二维离子晶体研究是真实的世界级突破。521个镱离子的二维阵列，是业界突破一维线性离子链规模瓶颈的关键路径，而这个数字本身在全球范围内都属于顶尖。华翊量子承接的商业化任务，是把这套学术积累工程化——从材料、控制、测量，到云平台和行业应用。

这条路，Quantinuum走了差不多十年，期间有整个霍尼韦尔的工程体系托底。华翊量子目前所处的阶段，相当于Quantinuum的早期商业化阶段，差距是真实的，但起点也是真实的。

启科量子的分布式路线，在工程哲学上更务实——先解决"能用"的问题，再解决"很强"的问题。50量子比特的工程机已经可以让非物理专业的行业用户操作，这个降低门槛的努力本身有商业价值，特别是在量子计算尚未找到杀手级应用之前，为潜在用户积累操作经验和使用习惯，是一种有效的市场培育策略。

中国量子计算赛道在2026年第一季度的融资额已超过33亿元，超越了2025年全年。政策层面，量子科技被明确纳入"十五五"国家科技攻关任务。国家队资本（中国电信、中国移动）正在直接入场。

这些都是结构性推力，不是昙花一现的炒作周期。

但有一件事值得正视：在保真度这个核心战场上，中国公司目前尚未公开发布系统性的可比较数据。Quantinuum能清晰说出99.9%的双量子比特门保真度，IonQ宣称99.99%，这些数字是经过第三方验证、在公开论文和测试报告中可追溯的。

国内公司要真正在这场精度战争里参与竞争，需要的不只是量子比特数量的增加，而是把保真度数据拿到桌面上来——让它接受同等级别的验证和比较。