2027，万比特量子处理器来袭！

️5月8日，孵化于牛津大学的英国离子阱量子计算公司Oxford Ionics公布可扩展容错量子计算发展路线图，概述了公司交付万量子比特设备之路上的三个短期阶段。路线图显示，公司计划于2027年推出具备广泛商用能力的10000+比特高保真量子处理器。值得注意的是，Oxford Ionics表示实现这一目标无需重新设计架构，️通过模块化复制现有设计方案就能实现数量级的扩展！专家表示目标实现的可能性极大。

️三大战略阶段，

️2027推出10000+比特量子处理器

Oxford Ionics的技术路线图聚焦三大战略阶段：基础阶段、企业级阶段和规模化价值阶段。每个阶段均以前一阶段成果为基础，实现系统性能与可扩展性的阶梯式跃升。值得关注的是，这份路线图的目标不仅是量子比特数量，更致力于在最大规模物理比特阵列上实现10⁻⁴级（即99.99%保真度）的行业最低错误率。

这种超低错误率是Oxford Ionics实现卓越性能的核心要素。对于基础和企业级系统，低错误率支撑了远超市场同类方案的多样化应用场景：更少的错误意味着可运行更复杂、更持久的量子算法。在规模化价值阶段，超低错误率使Oxford Ionics能够以比竞品少10000倍的物理量子比特规模解决实际问题，从而快速为客户交付可靠的高性能系统。

图：Oxford Ionics的可扩展容错量子计算发展路线图

️· 基础阶段

目前已开放订购的基础系统包含16-64个量子比特，保真度达99.99%。这些量子计算机支持机构开展量子算法研究、量子纠错（QEC）技术开发，以及在安全防御、药物研发和材料科学等领域的早期应用探索。Oxford Ionics已实现快速商业化，2024年销售额突破2000万美元，客户包括英国国家量子计算中心（NQCC）和德国联邦网络安全局（Cyberagentur）等权威机构。

️· 企业级阶段

凭借其企业级系统，Oxford Ionics正在开发256量子比特、保真度99.99%的量子计算机，目前正在向客户销售。这些超高性能系统将开启早期商业价值，实现超越经典计算能力的量子应用，包括：高级量子纠错研究、量子与人工智能融合创新，以及通过与高性能计算（HPC）数据中心集成的经典-量子混合计算工作流。

️· 规模化价值阶段

最新发布的路线图披露，Oxford Ionics计划于2027年推出10000+比特高保真量子处理器。该阶段基于企业级系统的技术积累，️通过模块化复制256量子比特设计方案实现万级扩展而非重新设计架构。企业级系统将突破经典计算的性能边界，而2027年问世的规模化价值系统将具备广泛的商业应用能力，解决此前无法攻克的跨领域难题。

所有阶段的系统均具备数据中心兼容性、高度自动化和现场可升级特性。客户只需更换信用卡尺寸的量子处理器单元（QPU），即可实现量子计算机性能的持续演进，确保系统能力与机构发展同步提升。

Oxford Ionics的所有产品均基于其专利技术——️电子量子比特控制技术。该技术通过电子元件而非激光器实现量子比特控制，因此具备双重优势：首先，借助现有半导体供应链生产量子芯片，实现了前所未有的可扩展性；其次，该技术平台创下量子计算性能核心指标的世界纪录，单量子比特门保真度达99.9992%，确立了全球领先的技术地位。

图：Oxford Ionics联合创始人兼首席执行官Chris Ballance博士

Oxford Ionics联合创始人兼首席执行官Chris Ballance博士表示：“我们深感自豪于今日发布的技术发展路线图。我们的团队始终秉持一个坚定信念：强大的量子计算将开启一个时代，让各机构能够重新定义可能性边界，为此前无解的难题找到解决方案。此次公布的路线图️融合了规模与保真度两大核心要素，这正是推动量子计算从概念验证迈向实际应用的关键。我们期待持续将这些设备交付终端用户，朝着释放量子计算所承诺的变革力量更近一步。”

️兼顾规模与保真度，

️Oxford Ionics凭什么敢？

此次Oxford Ionics技术路线图中展现出的最大亮点在于其保真度-规模协同提升能力，也就是在量子比特数大量增加的同时依旧保持较高的保真度。这本质上是量子调控技术体系化创新的结果，背后的关键技术支撑主要有以下三项：

️（一）QCCD架构的优势

在众多技术路线之中，️离子阱系统是最早用于量子计算研究的物理系统，也是目前实现量子计算机的最热门、最成熟、最具前景的技术路线之一，相比于其他用于实现量子计算的物理系统，离子阱系统具有相干时间长、保真度高、全连接性等优点；从商业化角度看，由于不依赖昂贵的稀释制冷机，离子阱量子计算机的造价显著低于超导量子计算系统。与超导或半导体系统中需要为每个量子比特配置单独的测控硬件不同，离子阱系统的测控系统可以复用，系统复杂度并不会随着量子比特数量增加而线性增长，能够围绕主体系统进行升级迭代，因而在商业化的规模提升中具备明显的成本优势。

目前，离子阱路线的规模扩展技术方案主要有以下三种：

️1. 量子电荷耦合器件架构（QCCD方案）：离子阱技术路线最早实现规模化扩展的方案，由俄勒冈大学教授、诺贝尔物理奖得主David Wineland于2000年前后提出，是当前最前沿的模块化离子阱设计方案之一，有利于实现超高质量的量子逻辑门操控，能够借助现有的微纳加工技术，但在百量子比特以上的更大规模量子比特体系中，离子调度的复杂度和离子移动对相干时间的消耗会带来巨大挑战。

️2. 光网络分布式连接方案：在QCCD方案问世后不久，原密西根大学教授、现清华大学量子信息中心主任、中科院院士段路明教授与合作者于2001年提出了著名的DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）量子中继方案，该方案利用量子路由将多台量子计算机互联，虽已经过较长时间发展，但互联效率和速率的提升始终不够理想，且在单台量子计算机量子比特数量较少的规模下互联消耗太大，叠加成本过高。

️3. 基于交叉声光偏转器的二维平面任意寻址方案：段路明教授近年提出的革命性技术方案，基于低温系统快速实现二维的大规模离子量子比特阵列稳定囚禁，利用国产器件AOD实施平面内任意单比特快速寻址，从而实现量子比特规模的快速扩展。该方案所实现的逻辑门保真度虽暂且略落后于QCCD方案的最优结果，但具备极强的规模扩展化潜力。

图：QCCD架构示意图

其中，QCCD架构的核心在于对离子阱功能区域进行空间划分：例如在专门设计的处理区（processing zone）执行量子门操作，将量子态信息存储在屏蔽外界干扰的内存区（memory zone），并设置测量区（measurement zone）和离子装载区（loading zone）等优化区域。目前线性QCCD架构已在实验中得到验证。

根据上述定义，️Oxford Ionics的电子量子比特控制技术也是QCCD架构的一种，使用微波控制量子比特。QCCD架构通过物理穿梭的离子在存储区域和相互作用区域之间连接短线性离子链，这种设计允许量子计算机分割成多个短的线性离子链，并通过动态离子重排实现任意连接，因而能够有效克服传统离子阱量子计算系统中的扩展难题。所以Oxford Ionics基于QCCD架构的方案本质上更易于扩展规模，还能避免因比特数增加而产生的串扰问题，使得在增加比特数的同时令保真度维持在99.99%。

图：所有已公布的量子体积测量数据

国外采取QCCD架构的离子阱量子计算公司还有由霍尼韦尔与Cambridge Quantum携手成立的Quantinuum，该公司️使用激光控制量子比特。5月12日，Quantinuum宣布其基于QCCD架构的System Model H2量子计算机在量子体积（QV）上达到2^23(8,388,608），️创造了新的世界纪录。

量子体积基准测试由IBM提出，作为评估量子计算系统综合性能的指标，其计算模型综合考虑了量子比特数、门操作保真度、相干时间、系统连接性等关键技术参数。IBM研究团队曾明确指出：“️量子体积的增长直接对应着量子计算机解决实际问题的能力跃升，这对工业应用、政府治理与基础研究领域具有变革性意义。”Quantinuum曾承诺5年内将量子体积每年提升10倍，如今提前兑现诺言。公司博客显示，其QCCD架构在此次成果中功不可没。

图：量子计算架构核心参数基准测试结果对比表

为了凸显该架构的优势，Quantinuum提供了一份量子计算架构核心参数对比表。图表显示，其QCCD架构具备量子比特一致性和全连接性，量子体积领先超导体系三个数量级，逻辑错误率最低，单量子比特们精度较高，️具备多方面的优势。

近期QCCD路线的进展还有很多。除了Oxford Ionics发布的技术路线图与上述Quantinuum在量子体积上的突破外，3月摩根大通等团队在Quantinuum的H2-1离子阱量子计算机上实现了经认证的量子随机性，成果登顶《Nature》；4月Quantinuum软件量子随机数生成器 “Quantum Origin”获得了美国国家标准与技术研究院（NIST）的验证，此前仅存在于理论层面的实验已经逐步转变为量子计算机在现实世界中有意义的实际应用。国内离子阱量子计算公司中，️幺正量子是唯一采用QCCD方案的量子计算企业。

幺正量子由中国科学院量子信息重点实验室郭光灿院士团队孵化，主要致力于离子阱量子计算的科研与产业化。2024年9月，幺正量子发布第二代自主知识产权的高通光离子阱量子计算工程机，可稳定囚禁108个镱离子，采取双侧激光独立寻址操作和多离子独立量子测量，独立控制不少于30个离子比特。截止2025年5月，该系统单比特保真度达99.99%，双比特保真度达99.8%，相邻离子串扰低于1‰，处于国内领先水平。

图：幺正量子自主研制的高通光离子阱量子计算工程机

在QCCD路线上，幺正也已在近期取得了诸多进展。2025年2月，幺正量子完成第一代QCCD架构的离子阱量子计算芯片研发，可囚禁30个镱离子。利用该量子芯片，当前已实现离子的移动、离子对的分离与合并等QCCD架构的关键操作。该自主设计并制备的芯片的低温射频品质因子（Q factor）已达1224.12 @39.42MHz，处于国际领先水平。

作为国内唯一一家致力于商业化QCCD架构的芯片型离子阱量子计算机的公司，幺正量子于2024年9月获得安徽省科技创新攻坚计划项目“低温芯片型离子阱量子计算系统”的支持。通过该专项的支持与牵引，幺正量子充分发挥企业科技创新主体地位，带动产学研深度合作和创新发展，培育和完善相关产业链，加快形成国内竞争优势，快速缩小我国QCCD量子计算技术路线与国际先进水平的差距。

️（二）量子纠错的引入

近期，量子纠错在业界得到了越来越多的重视。去年年末，ASPCMS社区发布全新量子芯片Willow，它在增加量子比特数量的同时能够降低错误率，解决了一个业界追求30年的难题：突破量子纠错阈值。就此，业界的竞争焦点逐渐从比特数量向纠错效率过渡：单靠比特数的增加量子计算依然无法走向实用化，只有实现规模扩展与保真度的协同提升，量子计算机从"带噪声中等规模"迈向可纠错的可靠计算系统，为组合优化、药物研发等复杂问题提供算力基础。️纠错技术的突破效率，正成为衡量企业能否率先推出市场化产品的核心标尺。

随着纠错技术的不断发展，Oxford Ionics硬件设备的错误率有望通过量子纠错逐步降低至10^-8，逻辑比特数达到16+（2027年）、700+（2028年）。

️（三）激光改用微波

目前为止，离子阱量子计算系统主要依靠激光阵列来控制量子比特。这种方法在小型处理器上表现良好，但随着处理器规模的扩大和量子比特数量的增加，它会变得难以维持且易出错：首先，激光器件的体积与功耗随量子比特数呈指数级增长，每增加一个量子比特需额外配置多组光学元件，导致系统复杂度急剧上升；其次，激光相位噪声会引发量子比特间串扰，降低门操作保真度。

Oxford Ionics的离子阱处理器不使用激光，而是采用专有的电子量子比特控制（EOC）系统来控制量子比特，相较于传统激光操控方法，它展现出了️更佳的扩展性与更低的噪声特性。该架构的设计思路是将量子比特以离子的形式悬挂于微电子芯片之上，通过精确施加的电压来捕获与操纵这些离子。它巧妙地融合了两个核心组件：共享驱动和局部调谐电极。共享驱动通过芯片内部设计的迹线传递交流电流，为所有量子比特提供一致的控制场；而局部调谐电极则通过在芯片顶层施加直流电压，细致调整各个区域的控制哈密顿量，以实现精准的站点选择性操作。

图：Oxford Ionics的电子量子比特控制技术简介

理论层面，微波波长对路径波动不敏感，且无需复杂的光频梳同步系统，从根本上抑制了退相干源的产生，因此微波场（GHz频段）相较于激光（THz以上频段）具备更优的相位噪声特性。这使Oxford Ionics微波操控的单量子比特门保真度突破99.999%，优于激光体系的上限。

工程扩展角度，与现有基于局部激光和磁场驱动的离子阱量子计算机（TIQC）架构相比，全电子架构中所有量子比特的调谐均采用直流电压，可通过标准的芯片集成电子设备高效复用，且所有相干控制均借助电子和磁场来实现，这些控制源头具有高稳定性、低成本的优势，相位和幅度噪声极低。此外，该架构还能与现有半导体制造工艺的完美兼容，这为实现大规模集成和高度可扩展性铺平了道路。️长期展望，离子阱系统向微波操控转型可能会成为未来的发展趋势。

️更多要做的事

️（一）实现高保真度，不只要靠量子纠错

Oxford Ionics在另一篇博客文章中解释了将保真度作为核心指标的原因。量子计算机的操作质量与量子比特数量同等重要，即便拥有成百上千个量子比特，若保真度不足，可运行算法将受到根本性限制。这是量子纠错要解决的问题，但量子纠错并非毫无代价——最终获得的逻辑量子比特数量，极大程度上取决于️初始物理比特的质量。简言之，若物理比特噪声过大，则需要消耗更多资源才能获得少量可用逻辑比特。

这正是高保真物理操作的价值所在：一个高保真物理比特的效能远超数百个低质量物理比特。Oxford Ionics称其技术可实现13:1的物理-逻辑比特转换率，同时达到10⁻⁸的错误率，而其他平台往往需要1000:1以上的转换比。这种优势扩展效率高，所需物理比特数大幅减少，显著降低系统复杂度；算法兼容性高，能以超低错误率支持运行更复杂的量子电路，在纠错前完成更多计算步骤；技术经济性好，更少的硬件资源消耗会直接转化为成本优势。因此，能达到规模与保真度的协同跃升。

️（二）技术路线图深度解析

️1. 基础阶段

在基础研发阶段，Oxford Ionics致力于构建具备16-64个物理量子比特、保真度达99.99%的量子系统。作为平台核心的量子处理单元（QPU）集成了支撑长期发展的关键技术要素。它采用模块化单元设计，通过二维网格排布实现灵活扩展；多层集成结构包含射频/直流电极，驱动全局与个体量子操作）；QCCD架构中的“传输结”设计，还可实现远距量子比特纠缠。

Oxford Ionics锚定的首个里程碑是实现2^16量子体积（QV），赋能量子算法研究、量子纠错探索，以及在安全防务、制药、材料科学等领域的早期应用。

️2. 企业级阶段

当前可订购的企业级系统瞄准256+物理量子比特规模，保持99.99%保真度。该系统引入了中途测量与前馈控制功能，满足量子纠错协议需求；支持16+逻辑量子比特（错误率10^-8）；集成光子元件实现大规模并行量子态读取；可通过标准半导体产线实现快速制造。

据称，基础系统可通过QPU模块更换直接升级至企业级，将在材料设计、航空航天、金融医药等领域催生高级量子应用。

️3.规模价值阶段

这一阶段可通过设计元素复制（非重构）将256量子比特架构扩展至10,000+规模，此外还将开发超密集二维单芯片架构，采用WISE布线技术，以多路复用器替代传统DAC阵列，I/O线路减少90%。

图：全球量子计算产业规模（2024~2035E）（单位：十亿美元）

路线图显示，Oxford Ionics将于2027年推出10000+比特高保真量子处理器，这也与光子盒研究院《2025全球量子计算产业发展展望》的预测相一致。报告强调，预计2027年将成为量子计算全行业的一个重要的时间点，专用量子计算机将实现性能突破，逐渐解决组合优化、量子化学、机器学习、材料设计和药物开发等各类问题，️2027~2028年量子计算将迎来产业爆发。

Oxford Ionics为量子计算领域带来了一种全新的高保真度、可扩展的量子比特控制方案，为构建万量子比特规模的量子计算机奠定了基础。其创新架构展示了在不牺牲性能的前提下扩展量子计算机尺寸的可能性，为量子计算技术的发展开辟了新的道路，但后续仍有计算速度较慢、全连接下离子大规模调动的困难等问题需要解决。我们也期待越来越多的量子计算公司逐步实现技术路线图中的宏伟蓝图，让量子计算早日迈向实用。

️参考链接

[1]https://www.oxionics.com/announcements/oxford-ionics-unveils-development-roadmap-to-scalable-fault-tolerant-quantum-computing

[2]https://www.oxionics.com/tech

[3]https://www.quantinuum.com/blog/quantum-volume-milestone

[4]https://newsroom.ibm.com/2020-08-20-IBM-Delivers-Its-Highest-Quantum-Volume-to-Date-Expanding-the-Computational-Power-of-its-IBM-Cloud-Accessible-Quantum-Computers

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/nI_MFDZKUpYpEQqR9j1VHQ

[6]https://www.oxionics.com/blog-post/unveiling-oxford-ionics%E2%80%99-development-roadmap-to-scalable-fault-tolerant-quantum-computing

[7]https://www.quantinuum.com/blog/why-is-everyone-suddenly-talking-about-random-numbers-we-explain

[8]https://www.jpmorgan.com/technology/news/certified-randomness

[9]https://www.oxionics.com/news/oxford-ionics-breaks-global-quantum-performance-records

[10]https://www.researchgate.net/figure/Diagram-of-the-quantum-charge-coupled-device-QCCDIons-are-stored-in-the-memory-region_fig1_11308739