這家公司想用光打造下一代量子計算機，目標是百萬量子比特

（來源：麻省理工科技評論）

這臺可能改寫計算規則的機器，未來會被安置在一個介于數據中心和冰淇淋工廠之間的空間里。房間里將排列約 100 個不銹鋼機柜，每個高約 1.8 米，接入液氦供應系統，把內部溫度維持在僅比絕對零度高出幾度的水平。機柜內部容納數百塊芯片，芯片上運行著數千個光子，穿行于由光學開關和分束器構成的復雜網絡中。每個光子的運動軌跡都必須被精確記錄，因為最終對其位置的測量，可能幫科學家解開一些傳統計算機需要數百萬年才能算出答案的問題。

不過眼下，這臺機器還只存在于設計圖紙上。

它是量子計算公司 PsiQuantum 的愿景。2016 年，四位來自英國高校的物理學家共同創立了這家公司。在競爭激烈的量子計算賽道上，幾乎每家公司都提出過雄心勃勃的目標，PsiQuantum 希望自己能率先把設想變成現實。

自物理學家 Richard Feynman 于 1981 年提出量子計算的構想以來，人們始終期待這類機器能利用量子粒子的特殊性質，加速從新藥研發到人工智能的各個領域。傳統計算機用比特（bit）作為信息單位，每個比特只能表示 0 或 1；量子計算機則用量子比特（qubit），它可以處于多種狀態的疊加之中。大量量子比特組合起來，理論上能形成遠超傳統計算機的算力。但直到今天，最先進的量子計算原型機規模仍然有限，錯誤率也居高不下，距離解決真正有實際價值的問題還很遙遠。

這也讓 PsiQuantum 對未來的設想顯得格外大膽。比如，公司希望用量子計算模擬細胞色素 P450（cytochrome P450）酶的作用，這類酶廣泛參與人體內藥物的分解過程。PsiQuantum 量子應用副總裁 Philipp Ernst 說，按現有方法，評估一種藥物與這類酶的相互作用可能要花上 10 多年時間。“我們的目標，是把這個過程壓縮到 4 分鐘。”

在一個到處都是宏大承諾的領域里，PsiQuantum 之所以格外受關注，主要有兩個原因：一是它幾乎從成立之初就把目標鎖定在大規模、實用化的量子計算機上；二是它已經和大型芯片制造商合作，打算直接利用現有的半導體制造體系來生產量子計算系統。

這套戰略正在獲得大量資源支持。去年，PsiQuantum 完成 10 億美元融資，并在芝加哥啟動了一項與地方政府合作的量子計算設施項目，同時也在澳大利亞建設第二個基地，計劃讓該設施在 2027 年具備運行條件，也就是可以安裝并運行硬件的狀態。此外，PsiQuantum 還是僅有的兩家進入美國政府一項嚴格量子計算評估計劃第三階段的公司之一，另一家是 Microsoft。這項計劃要判斷哪些量子計算公司真正有可能造出可用的系統。

只是，判斷 PsiQuantum 能否兌現承諾，不像看一份臨床試驗結果那樣直接。量子計算的進展通常是漸進式的，關鍵技術細節高度復雜，外界很難獨立驗證一家公司內部真實的工程進度。如今，PsiQuantum 正走到必須自證的階段：多年閉門研發和數億美元投入，最終會證明這家公司能造出一臺真正有用的量子計算機，還是讓這個愿景落空。答案最快從明年就能見分曉。

光子的賭注

PsiQuantum 的四位創始人之一 Terry Rudolph 說話輕聲細語，留著一頭略顯凌亂的長發。他出生在 Malawi，直到拿到第一個物理學位后才發現，自己竟是物理學家 Erwin Schr?dinger 的外孫。后來，他自行出版了一本 150 頁的量子計算科普讀物，想講給青少年聽。PsiQuantum 的公關人員曾送給記者一本簽名版，還開玩笑說：“我們其實沒指望真有人讀完?！辈贿^，這本書確實兼具趣味和可讀性。

大約從 2014 年起，Rudolph 和其他幾位聯合創始人逐漸相信，他們在理論研究中發現的可能性，或許真能在現實機器里實現。四人先后離開學術崗位，按照各自專長分工：Rudolph 主攻理論，Mark Thompson 負責工程研發，Pete Shadbolt 推動技術規?；?，Jeremy O’Brien 制定公司愿景并尋找投資者。O’Brien 曾長期擔任 CEO，直到今年 2 月卸任，接棒的是半導體行業資深人士 Victor Peng。

圖｜Pete Shadbolt（來源：麻省理工科技評論）

現代科學至今仍有大量東西無法精確預測。人類還不能可靠判斷哪一塊鋰電池會起火，也難以準確算出飛機關鍵部件的腐蝕速度。這背后的原因不只是系統復雜，更關鍵的是，它們最終都要服從量子力學的支配。亞原子粒子不像宏觀物體那樣有明確的位置和速度，而是處于多種可能性疊加的量子狀態中，這種不確定性進一步影響著原子和分子的行為。

一個世紀前，Schr?dinger 就提出了描述這種量子狀態的數學方法，但一旦把這些方程用到現實世界的復雜系統上，計算量會迅速膨脹，即便是今天最強大的傳統計算機也難以精確求解。于是，科學家們只能靠近似計算、不完全的模擬，或者動物實驗來彌補這道缺口。

（來源：麻省理工科技評論）

20 世紀 80 年代，Richard Feynman、David Deutsch 等物理學家開始設想：能不能造一種全新的機器，直接利用量子規律來計算？這種機器不再依賴只有“開”“關”兩態的晶體管，而是操控處于量子態的粒子完成運算，最后再測量結果。

如果自然界本身遵循量子規律，那么用量子系統去模擬量子系統，或許能第一次讓物理和化學模擬真正貼近現實。這將是設計新藥、新材料以及解決一切受量子力學支配的問題的重要工具，也可能給計算方式帶來一場深刻變革。

在 Rudolph 看來，人類每一次讀懂自然規律的重大突破，往往都會催生新的技術工具：“我不認為工業革命發生在人類學會計算和模擬牛頓力學、熱力學以及經典電磁學之后，只是巧合。每當我們擁有更強的計算、模擬和理解能力，就會造出由此而生的不可思議的機器?！彼嘈帕孔佑嬎銠C也會帶來類似的轉變。

量子計算領域長期面臨一個核心難題：究竟哪種量子系統才足夠穩定、可控，能拿來當量子比特用。候選方案包括離子、原子和人工制造的特殊量子結構，但量子系統極其脆弱，任何觀測都可能讓疊加態坍縮成某個確定狀態。

如果坍縮發生在計算過程中，而不是最終讀取時，就會產生錯誤。錯誤一旦累積，量子計算機就給不出可靠答案。這有點像早期航空技術，工程師當時也拿不準飛機機翼該固定不動，還是像鳥翅一樣振動。

如今，量子計算領域同樣沒有定論。Google 和 IBM 押注超導量子比特，用鋁這類金屬做超導電路；Intel 選擇利用電子；PsiQuantum 押的則是光子，也就是構成光的基本粒子。

“光子有很多優勢，”Rudolph 說。其中最重要的一點是，光子能長時間維持量子狀態。宇宙微波背景輻射里的光子，可能已經這樣維持了數十億年。

但光子的挑戰也很明顯。它們運動極快、容易散射，更麻煩的是，兩個光子通常會直接穿過彼此，不會產生相互作用?？闪孔佑嬎闱∏⌒枰孔颖忍刂g能相互影響，這讓光子一度被認為根本不適合做計算單元，甚至讓不少科學家懷疑基于光子的量子計算能不能實現。

不過， 2001 年，Los Alamos National Laboratory 和 University of Queensland 的研究人員發現，讓光子穿過由分束器和探測器組成的網絡，可以在效果上模擬出光子之間的相互作用。這項研究改變了整個領域，PsiQuantum 的目標正是把這套理論變成現實。

但首先要解決規模問題。早期方案里的光子量子計算機，可能得大到覆蓋整個 California。2010 年代初，當時還是 Rudolph 博士生的 Mercedes Gimeno-Segovia，在差點成為職業小提琴家之后，提出了一種能大幅縮小系統規模的方法。

此后，PsiQuantum 逐漸摸索出自己的技術路線：先用激光產生光子并讓它們“糾纏”。在這種量子現象里，粒子不再擁有各自獨立的狀態，而是共享同一個整體量子態；隨后光子進入由量子門構成的復雜網絡完成計算；最后系統讀取光子的量子狀態，同時不斷追蹤并修正計算過程中出現的錯誤。

這套流程真正的難點在于，每一步都得成功執行數百萬次。這已經不是一個普通的工程挑戰，更像一道難以逾越的技術壁壘。與此同時，PsiQuantum 還得建起完整的供應鏈，比如制造具備特殊性能的新材料，才能讓單個光子沿著預定路徑穩定傳輸。

低溫、材料與規模化

為了展示這套系統背后的工程量，PsiQuantum 曾帶人參觀其位于美國加州 Menlo Park 的實驗設施。這里正是 SLAC National Accelerator Laboratory 所在地，一座曾參與多項諾貝爾獎級研究，并在 1968 年發現夸克的研究中心?？淇耸菢嫵少|子和中子的基本粒子。

不過，PsiQuantum 選在這里落腳，是看中了 SLAC 大型低溫設備里的液氦供應。液氦被用來把量子計算機機柜冷卻到接近深空的溫度。目前這些機柜的運行溫度約為零下 456 華氏度。PsiQuantum 希望未來能把溫度稍稍提高到零下 452 華氏度左右，即便如此，這對量子設備而言仍是極端低溫。

圖｜PsiQuantum 的部分冷卻系統（來源：麻省理工科技評論）

大多數量子計算路線都需要讓整臺系統達到超導溫度，因此運行成本很大一部分都花在制冷上。光子路線的優勢就在這里顯現出來：它并不需要整臺機器保持如此低溫，只有負責在計算結束時檢測單個光子的探測器，才需要極低溫環境，而且這個溫度還略高于其他技術路線的要求。

PsiQuantum 表示，公司打算把美國《芯片與科學法案》提供的 1 億美元資金里的一部分，投入到這類探測器的研發中。

最初，PsiQuantum 只是暫時借用 SLAC 的液氦設施；如今，公司已經在美國加州 Milpitas 的測試中心建起自己的制冷系統，并計劃在澳大利亞的生產基地部署更大規模的低溫系統。對量子計算公司來說，這類液氦制冷設施是最昂貴的基礎投入之一，也將消耗掉那 10 億美元融資中相當可觀的一部分。

除了低溫系統，PsiQuantum 還得解決材料制造的問題。在 San Jose 的一間實驗室里，工程人員正在制造一種藍色晶體材料，也就是鈦酸鋇（barium titanate）。

圖｜鈦酸鋇（來源：麻省理工科技評論）

PsiQuantum 看重這種材料，是因為它能用極低的電能輸入，快速而穩定地控制光子的傳輸，同時把對光子的干擾降到最低。但鈦酸鋇的制造過程相當棘手：PsiQuantum 成立時，市面上根本沒有能大規模供應這種材料的產業鏈。經過反復權衡，公司最終決定自己做。Rudolph 稱這是“一個令人痛苦的決定”，因為這意味著要投入巨額資金，從零建起自己的制造能力。

在實驗室里，技術人員把制造材料所需的基礎元素倒進料斗，再通過類似大型壓力鍋的設備處理，材料隨后經加熱、汽化，最終在晶圓表面形成一層薄薄的晶體膜。早期，做出一片晶圓要花約 12 個小時；如今，PsiQuantum 說每天已經能產出多片晶圓。

這些晶圓之后會被送到位于美國紐約州 Malta 的芯片制造商 GlobalFoundries，由后者生產 PsiQuantum 的量子芯片。

PsiQuantum 希望這套看似繁瑣的供應鏈，最終能變成它相對于競爭對手的優勢。這套體系其實很像現有硅光子芯片（silicon photonics）的升級版，硅光子芯片同樣靠光來傳遞信息，目前已經用在數據中心里。

這意味著，一旦 PsiQuantum 能實現量子芯片的大規模生產，公司或許就可以直接借用現有的半導體制造工具和基礎設施，不必從頭搭建一整條產業鏈。但問題在于，一塊能跑起來的芯片，不代表能輕松擴展成一個由數千塊芯片組成的大系統。所以，PsiQuantum 正通過分階段測試來推進驗證。目前，公司在 Milpitas 的測試設施已完成三個機柜之間的連接，每個機柜裝有 250 塊芯片。

下一步，公司需要進一步擴大系統規模，驗證糾錯技術在系統擴展后能不能繼續穩定運行。按計劃，澳大利亞基地的制冷系統將在明年年底前后完成部署，屆時 PsiQuantum 希望能把約 100 個機柜連接起來，之后才會推進更大規模的測試，嘗試運行那些公司曾承諾能解決重大科學問題的量子算法。

不過，這份時間表本身也有爭議。此前多篇報道稱，2027 年將是 PsiQuantum 在澳大利亞建成第一臺完整規模量子計算機的節點，但公司對此做了澄清，認為外界理解有誤。

PsiQuantum 承諾的只是讓澳大利亞設施在明年底前達到可運行狀態，也就是制冷系統安裝完畢、具備安裝硬件的條件，并不等于屆時就會擁有一臺達到目標規模的量子計算機。在量子計算這個領域，技術進展本就充滿不確定性，而企業公布的時間表又常常成為外界評判其成敗的重要依據，這層區別因此并非無關緊要。

外部的驗證與真正的用武之地

要找一個最有資格判斷 PsiQuantum 能否成功的外部觀察者，美國國防部或許是其中之一。美國國防高級研究計劃局（DARPA）近年一直在推進一項評估計劃，想弄清楚眾多提出宏大量子計算愿景的公司里，究竟哪些真有可能實現目標。

過去一年半里，這個項目負責人對量子計算未來的態度明顯更樂觀了。曾負責該項目、自稱“量子懷疑論者”的 Joe Altepeter，在 2025 年 3 月說：“相比過去 10 年里的任何時候，我現在都更加樂觀。”

今年早些時候，接棒的項目負責人 Micah Stoutimore 在一份聲明里說：“如今看來，到 2033 年，某家公司建造出一臺實用規模量子計算機似乎已經很有可能。”實用規模量子計算機指的是一臺產生的價值能超過自身建造和運行成本的機器。DARPA 從 2023 年開始評估 PsiQuantum 的技術系統，去年將其納入第三階段測試，目的就是系統性判斷這家公司提出的技術路線是否真正可行。

但對量子計算行業里的大多數研究者來說，PsiQuantum 依然像個黑箱。

“外部人士很難判斷，”University of Texas at Austin 的理論計算機科學家 Scott Aaronson 說。他長年運營一個關注量子計算產業動態的博客。相比之下，Google 和 Quantinuum 走的是更開放的路線。這些公司多年來持續發表研究成果，展示芯片和系統一步步的改進，也公開構建大型量子計算機所需的工程基礎。

PsiQuantum 選的是另一條路。他們幾乎從一開始就把目標鎖定在商業化的終點，也就是造一臺擁有 100 萬量子比特的機器。研究者普遍認為，只有達到這個規模，量子計算機才可能解決傳統計算機目前無法處理的問題，PsiQuantum 也常拿這個工業級目標來凸顯自己的差異化。

圖｜PsiQuantum 建造大規模量子計算機（來源：麻省理工科技評論）

當然，追求大規模量子計算的不止它一家。IBM 在 2020 年公布了自己的量子計算路線圖，此后持續擴大系統規模。該公司最初計劃在 2028 年實現具備糾錯能力的大型量子系統，這個目標眼下似乎已經推遲到了 2030 年。

除了造機器本身，PsiQuantum 的另一個重心，是幫產業界提前想清楚未來該怎么用這項技術。公司已宣布和多家企業合作，其中包括希望用量子計算做材料設計的國防企業 Lockheed Martin、想把它用在電池研發上的汽車制造商奔馳，以及航空制造企業空客。

這些企業現在都還沒有真正可用的量子計算機，但 PsiQuantum 不覺得這是問題。Philipp Ernst 打了個游戲開發的比方：“索尼明年或后年可能推出 PlayStation 6，而人們現在已經開始為它開發游戲了。從原則上說，這非常類似。”這個比方雖然簡單，卻也不是完全沒道理。即便運行算法的量子硬件還沒造出來，研究人員仍然可以提前開發出解決具體科學問題所需的量子算法。

按 PsiQuantum 的設想，公司內部及客戶企業里的量子信息專家，會共同把現實世界的設計需求轉化成量子算法。比如，奔馳想優化電動車電池性能，研究人員就得把這個工程問題轉譯成量子計算機能處理的形式。

為此，PsiQuantum 開發了一套叫 Construct 的軟件工具，讓企業能設計未來可能跑在量子計算機上的算法。量子計算的未來，很大程度上就取決于這些算法。人們常說量子計算機能“加速所有計算”，但現實并非如此。它們只擅長處理某些特定類型的問題。想讓量子計算機解決一個問題，首先得把它轉化成適合量子系統處理的算法。

不少研究者已經把整個職業生涯都投在了這些算法上，盡管真正能運行它們的量子計算機至今還不存在。這些算法的核心，是利用量子力學規律去操控概率關系，完成傳統計算機做不到的運算。

其中最著名的例子是 Shor 算法，由理論計算機科學家 Peter Shor 于 1994 年提出，也是各國政府高度關注量子計算的重要原因。理論上，Shor 算法能破解目前互聯網廣泛使用的加密體系，包括信用卡信息以及軍事通信依賴的加密方式。

圖｜PsiQuantum 芯片測試（來源：麻省理工科技評論）

目前數字世界之所以還算安全，一個重要原因就是還沒有一臺足夠強大的量子計算機能跑起這個算法。與此同時，安全研究人員已經開始開發能抵御量子計算攻擊的新型加密技術。

PsiQuantum 正在研究的問題是：如果未來真擁有了足夠規模的量子系統，運行 Shor 算法究竟要花多長時間。

https://www.technologyreview.com/2026/07/14/1140356/psiquantum-plan-massive-quantum-computer-out-of-light/