不得了啊：科学家揪出量子计算机里的“捣乱分子”，速度快了10

探索宇宙奥秘 · 理性思考

想象一下这个场景：

你有一匹值得信赖的耕田好马，正埋头拉着犁。

突然，有人以极快的速度在田里扔满了移动的树枝和石块。

犁手根本来不及反应，牲口也躲闪不及。

结果可想而知，地没耕好，收成也砸了。

这就是超导量子计算机当前面临的真实困境。那匹任劳任怨的“马”，就是量子比特（qubit）。而那些高速移动的“路障”，则是材料中瞬息万变的微观缺陷。

不过，哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的科学家们，刚刚找到了一个绝妙的办法，能以比从前快上百倍的速度，把这些“捣乱分子”实时揪出来。

这项于2026年2月22日发表在《物理评论X》上的成果，可能正在改写量子计算的发展节奏。

超导量子比特很脆弱。

它赖以生存的芯片材料里，藏着无数微小的缺陷，科学家称之为“二能级系统”。这些缺陷的位置和状态，会像闪电一样极速跳动，每秒可达数百次。

这就带来了一个棘手的问题。

每当一个缺陷跳动，量子比特损失能量的速度（也就是弛豫率）就会跟着改变。而量子信息，恰恰就存储在比特的激发态里。能量跑得越快，信息丢得越早。

以前的标准检测方法，测一次需要好几分钟。这就像用快门速度几秒的老相机，去抓拍蜂鸟振翅，结果只能得到一团模糊的残影。

科学家们过去测得的，只是一个平均的“坏境水平”，根本看不清那一个个瞬间发生的“坏动作”。

结果就是，你以为一个“好比特”能稳定工作，实际上，它在几百分之一秒内，已经反复变“坏”了很多次，而你完全不知道。

现在，尼尔斯·玻尔研究所的Fabrizio Berritta博士及其团队，成功解决了这个问题。

他们使用了一种叫做“现场可编程门阵列”的高速经典控制器，并运行了一套精巧的实时自适应测量协议。这套系统的核心在于：

反应快。传统的控制流程需要把数据发给普通计算机，等它算完再发回来，一来一回就是好几秒。FPGA可以直接在硬件上运行实验，基于极少的几次测量，就能实时更新对量子比特弛豫率的“最佳猜测”。

会学习。控制器内建了一个贝叶斯模型，每一次测量后，它都会更新自己的“认知”。这让系统能最高效地持续追踪比特状态的变化，整个更新过程只需几毫秒。

结果是，这套FPGA控制器的追踪速度，与量子比特环境变化的固有速度，首次达到了同步。检测速度比以往的任何演示，快了约100倍。

这套系统使用的是Quantum Machines公司提供的OPX1000商用控制器，用类似于Python的代码就能编程。这为全球物理学界大规模使用这项技术铺平了道路。

这项突破的意义，远不止于“看”得更快。

长期以来，整个量子计算领域都默认了一个事实：一个处理器整体的表现，不取决于最好的那些量子比特，而取决于最差的那几个。

现在，科学家发现了更令人不安的真相：一个“好”比特，可能在不到一秒的时间里，就变成一个“坏”比特。过去以为这种劣化需要几分钟甚至几小时，现在看来，它发生在转瞬之间。

有了这项新技术，局面就完全不同了。

实时诊断成为可能。控制器能实时锁定，此刻哪个比特是“好”的，哪个已变“坏”。以往收集“坏比特”的统计信息需要几小时甚至几天，现在只需几秒钟。

校准模式即将改变。既然无法在短时间内彻底消除材料的微观缺陷，那至少可以实现实时校准。当比特变“坏”时，系统能立刻知晓，并动态调整控制脉冲，绕过或补偿这部分错误。

伯瑞塔博士坦言，目前他们仍无法解释观测到的大部分快速波动。但这项研究首次定义了超导量子处理器校准的全新时间尺度，为后续研究指明了方向：理解并控制这些快速波动，是未来将量子处理器规模扩展到实用级别的必经之路。

当我们谈论丹麦团队用FPGA“看”清微观缺陷时，必须把目光拉回到中国。

就在几个月前，2025年3月，中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志等团队联合攻关的“祖冲之三号”超导量子计算原型机，取得了震惊世界的双重突破。

第一重，是“祖冲之三号”实现了105个可读取比特和182个耦合比特的高密度集成，在随机线路采样任务上，速度比全球最快超级计算机快15个数量级，再次捍卫了量子计算优越性。

但真正具有里程碑意义的，是第二重突破：它首次在超导系统中跨越了量子纠错的“盈亏平衡点”。

简单来说，过去做量子纠错，往往越纠越错。因为纠错本身需要引入大量辅助操作，会引入新的错误，得不偿失。而“祖冲之三号”通过精妙的表面码方案，第一次让逻辑比特的有效寿命，明确超过了构成它的所有物理比特中最短的那个。这意味着，纠错的“收益”终于大于“成本”，实现了“越纠越对”。

对比来看：

丹麦团队的突破，在于用FPGA技术以前所未有的速度，实时“看清”了单个或多个比特的性能波动原因，为精准、实时的校准提供了工具。

中国团队的突破，在于从系统架构和编码层面，证明了即使存在这些波动和错误，我们依然可以用冗余的“团队协作”（逻辑比特），去保护最关键的信息。

两者是并行的、互补的。一个在解决“如何看得更清”，一个在证明“看清之后，我们依然能赢”。北京的量子信息科学研究院也在2025年9月实现了微波驱动的高保真度三比特门，在操作层面不断提升精度。

全球量子计算的竞赛，早已不是单一维度的比特数比拼，而是进入了深水区：比拼对噪声的理解、比拼纠错的能力、比拼实时控制的精度。

正如丹麦团队的Kjærgaard副教授所言：“控制器实现了逻辑、测量和前馈之间的紧密集成，这才让我们的实验成为可能。”而对于中国量子计算而言，“祖冲之三号”跨越盈亏平衡点，同样标志着我们从“证明我能行”的演示阶段，正式迈向了“打造可靠机器”的工程阶段。

未来的路还很长，但这一次，我们终于看清了对手（缺陷）的脸，也握住了战胜它的钥匙。