量子技术正从实验室走向生活，但要实现广泛应用仍需数年时间

《科学》12 月 4 日发表的最新研究表明，量子技术正从实验室阶段加速迈向现实应用，目前正处于一个类似计算机发展早期“晶体管时刻”般的关键拐点。

这项研究由芝加哥大学、斯坦福大学、麻省理工学院、奥地利因斯布鲁克大学、荷兰代尔夫特理工大学共同参与，首次采用 AI 大模型评估六大量子硬件平台的技术就绪水平（TRL），揭示出产业化道路上的核心挑战与突破路径。

过去十年间，量子技术已从基础研究阶段逐步发展到可在通信、传感与计算等领域支持早期应用的系统。研究者将这一快速成熟的过程归因于学术界、政府机构与产业界之间持续的“三方协作”，这一模式也曾推动微电子时代的迅速崛起。

“这让人想起 1947 年晶体管发明前的计算技术状态，”论文通讯作者、芝加哥量子交易所主任 David Awschalom 教授强调，“基础物理原理已确立，功能系统已存在，当下亟需构建产学研协同生态以实现实用化规模潜力。”

在系统性调研方面，论文比较了六类主流量子硬件平台，包括超导量子位、囚禁离子、自旋缺陷、半导体量子点、中性原子以及光子量子位。研究团队借助大型语言模型（如 ChatGPT、Gemini）评估各类技术在计算、模拟、网络和传感四大应用方向的技术成熟度（TRL）。

TRL 评分从 1（基础原理验证）至 9（在真实环境中运行），但高分并不代表技术已接近终点，例如如今仍有大量应用需要数百万物理量子位以及更高的容错性能，而当前技术无法满足。

论文共同作者、麻省理工学院 William D. Oliver 表示，在评估成熟度时需要保持正确的历史观。他指出，尽管上世纪 70 年代的半导体芯片具有当时的最高成熟度，但其性能也不及如今随意一块普通芯片。类似地，量子技术今天的高 TRL 也仅意味着早期系统级示范已实现，但距离最终目标仍有很长距离。

根据评估结果，目前成熟度最高的平台包括：用于量子计算的超导量子位、用于量子模拟的中性原子、用于量子网络的光子量子位，以及用于量子传感的自旋缺陷技术。

此外，论文也总结了量子系统规模化亟需解决的一系列共性难题。其中，材料科学和制造工艺需大幅提升，以便实现可重复制造、高质量、可量产的器件，并能融入稳定、成本可控的代工体系。工程瓶颈同样集中在布线和信号传输上，目前多数平台仍需要为大量量子位提供独立控制通道，而简单增加连线数量无法支持向百万量级扩展，这与 20 世纪 60 年代计算机工程领域遭遇的“数字暴政”（tyranny of numbers）问题相似。此外，功率传输、温控、自动校准和系统控制等方向也需要持续突破。

论文指出，许多关键技术路径将在未来沿着与传统电子学类似的轨迹发展，从实验室走向工业部署往往需要数年甚至数十年。因此，系统级、由上而下的设计理念、避免过早封闭的共享知识体系，以及对量子技术发展时间表保持理性预期的重要性。研究者表示，历史上的诸多关键性突破都依赖于耐心，而这也提醒应适当调整对量子技术落地节奏的期望。

附论文地址：

https://doi.org/10.1126/science.adz8659