全球首次！Pasqal用光子芯片捕获原子，大规模容错量子计算再进一步

Pasqal实现芯片级量子比特控制，推进大规模容错量子计算之路。

2026年8月10日，中性原子量子计算公司Pasqal宣布，其利用光子集成电路（PIC）产生的激光成功捕获了单个原子，这在中性原子量子计算领域尚属首次。

Pasqal认为，这项由Aeponyx实现的里程碑式成果展示了一种可扩展的量子比特控制新方法，可为未来的大规模FTQC量子处理器提供支持。

Aeponyx是Pasqal于2025年6月3日收购的光子集成电路企业。在收购Aeponyx不到18个月后，Pasqal取得了这一里程碑式的成就，解决了量子处理器扩展规模、突破现有限制的关键工程难题。

Pasqal首席执行官Wasiq Bokhari表示：“打造具有卓越商业价值的量子计算机，意味着要制造出性能领先业界且可扩展生产的硬件。”该公司计划将这项技术扩展到拥有超过10000个原子和100个逻辑量子比特的处理器。

不到18个月

根据Pasqal官方披露的技术演示细节，在演示中，Pasqal通过单个光子芯片生成了四个光阱，并用它们将四个铷原子捕获在一个量子处理单元内。

Pasqal认为，这是首次利用光子芯片将原子捕获到中性原子量子计算机上。这项工作是更广泛的开发计划的一部分，该计划旨在直接在芯片上生成、路由和控制激光。

在测试中，该光子芯片架构重现了原子捕获，其性能与Pasqal现有的体光学系统相当，包括约27.5秒的原子寿命。这个数据与Pasqal现有的体态光学传统系统性能处于同一梯队。

Pasqal认为，这一成果验证了集成光子学作为未来中性原子处理器的可行构建模块，且不会牺牲量子比特控制的质量。

该平台由Pasqal与Aeponyx合作开发，后者拥有氮化硅光子学方面的专业技术。该平台旨在将未来处理器的光学尺寸缩小多达50倍，并为大规模生产开辟切实可行的途径。随着行业从原型阶段过渡到量产阶段，这一优势预计将更加显著。

这一里程碑成果表明Pasqal在容错量子计算竞赛中力争领先的决心，以及其掌控关键硬件层的战略，并将收购Aeponyx等举措转化为可衡量的技术和商业进步。

此前，Pasqal收购AEPONYX时，Pasqal首席执行官Philippe Babin就表示：“AEPONYX研发的光控芯片在精度与可扩展性方面处于行业领先水平。将该技术直接集成至Pasqal处理器，我们强化了对硬件关键环节的控制能力，在多方面获得竞争优势：系统可扩展性、量子比特独立操控精度以及硬件稳定性——这些都是量子企业实现规模价值的必备要素。”

量子竞赛进入光子时代

量子计算机可通过多种方式构建，超导、离子阱、中性原子、硅基等等技术路线宣称在质量、速度、可扩展性、成本等方面各具优势。

然而，无论采取何种路线，越来越显著的一个技术趋势是，这些模式都离不开新一代光学和光子学技术的支撑。

量子计算的不同技术路线在具体设计上差异极大，但基本框架大多相似。此外，光学和光子学在多种硬件方案的核心功能中均发挥着重要作用，包括读取、冷却、控制、模块化连接以及数据中心集成。

（一）读取系统中的光子探测器与成像技术

量子计算机解决问题后，其结果的读取通常会用到光子探测器或成像技术。颇具戏剧性的是，在光量子计算领域，往往需要借助超导纳米线来实现高灵敏度的单光子探测。

因此，当前的研究方向之一是将超导纳米线单光子探测器（SNSPDs）集成到光子集成电路（PICs）中，光量子计算公司PsiQuantum已透露的路线图就包括基于可制造金属的高温SNSPD研究。

总体而言，这为光量子计算读取环节开发更精准的单光子探测器提供了广泛机遇，有望缓解该领域目前在冷却功率和空间占用方面的局限。此类技术创新对释放大规模容错光量子计算赛道的商业价值具有关键意义，该技术路线凭借“热量子比特”特性，旨在显著降低超导竞争方案所需的基础设施复杂度。

另一方面，对于金刚石、中性原子和离子阱等量子计算平台而言，采用成熟的成像和显微技术进行读取是其显著优势。例如，滨松公司分别为离子阱和中性原子领域提供了一系列商用光电倍增管（PMTs）和电子倍增电荷耦合器件（EM-CCDs）。

与此同时，Quantum Brilliance XeedQ等企业所探索的金刚石平台甚至可使用结构更简单的互补金属氧化物半导体（CMOS）相机。这些模式借助成熟成像方法实现读取的能力，可能再次成为其在可扩展性方面超越竞争对手的关键。

对某些其他模式而言，与读取相关的布线难题会随量子比特数量增加而加剧，而一次性成像整个量子比特阵列则高效得多。

（二）激光控制与冷却

激光还可替代低温技术用于量子比特冷却。在许多人眼中，激光常与高能光束相关，易联想到热、点火、切割或通信，但在量子计算领域，激光更因其能将原子降至极低能态而闻名。

激光冷却方法因量子计算方案和企业偏好而异，但核心原理均是通过多束激光沿相反方向同等照射来捕获或操控原子或离子。这种方法的主要优势之一在于可利用成熟组件，且能在室温下运行。总体而言，相较于超导量子计算所需的低温恒温器，激光冷却在功率、成本和资源效率方面更具优势。

与冷却功能类似，量子计算机中的激光还可用于量子比特的控制与操控。然而，业内已有迹象表明，在系统保真度和可扩展性方面，电子和数字控制的效率可能更胜一筹。

以英国离子阱量子计算公司Oxford Ionics为例，该公司率先在离子阱系统中采用基于电子的量子比特控制方法。这一策略连同SEEQC等企业倡导的数字读取技术，或许表明，尽管光子学和光学在许多情况下具有优势，但业界仍期望将量子计算机的尽可能多的组件集成到现有半导体代工厂可制造的封装中。

（三）模块化连接与数据中心集成

随着量子计算机开发者持续聚焦系统可扩展性，构建可互联、可重复模块化架构的行业呼声日益高涨。背后的驱动因素有很多，首先，这在某种程度上延续了经典计算实现规模扩展的成功经验；其次，现有证据表明该路径与前沿量子纠错方案具有内在一致性。

模块化方案面临的挑战在于实现系统间的有效连接并非易事。在单个芯片上维持相邻量子比特的纠缠已非常困难，更不用说在多个系统（无论是机架还是低温恒温器）之间的量子比特阵列之间实现纠缠了。

光子学再次提供了解决方案。NuQuantum公司开发了量子网络单元（QNU），该设备利用光子学技术在多个处理器间分发纠缠。该公司还宣布了量子光子接口（QPI）技术，该技术最终将实现物质与光、量子比特与光子之间的接口。这种QPU的原型版本已在Infleqtion公司的捕获原子真空系统中完成集成与测试。

总体而言，除了企业间的竞争、不同量子比特模式的较量，或是对量子竞赛胜利的追逐之外，光学和光子学在整个领域都蕴含着潜在机遇——几乎所有当前探索的量子计算方案都存在读取、冷却、控制和连接需求。

即便抛开各企业量子计算机的具体设计，量子计算机要融入现有的数据中心、经典计算机和通信网络，也离不开光子学的支撑。光子早已是全球数据传输的首选媒介，而从商业成功的角度看，量子计算机必然需要某种形式的光子学技术。

[1]https://www.pasqal.com/newsroom/pasqal-brings-qubit-control-on-chip-advancing-the-path-to-fault-tolerant-quantum-computing-at-scale/

[2]https://www.pasqal.com/newsroom/pasqal-acquires-photonics-innovator-aeponyx/

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/ukeyeW6bIWcX86WKlRMEVw?scene=1