量子破局，谷歌选原子

“量子计算没有万能的技术路线”已经成为全球行业的共识。

2026年3月24日，谷歌官宣研究方向拓展到中性原子，并确立了“超导+中性原子”的双轮战略。

超导有极快的门操作时间、极大的电路深度，然而，超导这单独一条技术路线在空间物理上的工程扩展已经到了瓶颈，极低温度稀释制冷器的空间不足和激烈的微波控制线缆都是物理意义上的挤压制约。

所以双轨出击，谷歌是希望能够把技术这一维度（电路深度）、物理这一维度（物理比特数量）做到相对的平衡。

转型之前

双轨的开启之前，谷歌超导量子技术路线的深入耕耘已有里程碑成果：

其硬件能力的集大成者，正是它在2024年底发布的Willow处理器。这枚具有105个超导跨子物理比特的量子处理器，是世界上首个硬件上维持“低于纠错阈值”的量子处理器。

在量子纠错中，低于阈值表示增加物理比特数并不会带来更多的噪声，反而将逻辑比特上的错误率呈几何级数地压制下来，也就是量子计算从NISQ 时代迈入量子纠错工程时代。

2025年10月22日，谷歌量子AI团队再发大作，于《自然》杂志发表重大成果，宣布在Willow上实现了“可验证量子优越性”。实验中应用Willow的65个物理比特运行了一个称为“量子回声”的非时序关联算法。

虽然超导路线在微秒量级的计算延迟和极高单双比特门的保真度方面拥有无法与之比较的“时间维度”上的绝对优势，但超导路线的极低温、庞杂的微波电缆连接通道仍然限制了超导路线物理空间快速扩展到数万乃至数百万物理比特的速度。

从时间深度拓展到空间广度

正是由于这个背景，中性原子路线进入到谷歌的视野。2026年3月正式官宣了对中性原子路线的研究拓展。

谷歌量子AI负责人Hartmut Neven也在博客里论述了两者的相辅相成：“超导更容易在时间上走向规模，中性原子在空间上更容易走向规模，两者合并将加速走向大规模容错量子计算机”。

很多人第一次听说中性原子量子计算时，会被其实现方法打动：用非常细的光束（光镊）构建“光阱”，把不带电的原子（通常是铷、铯等）浮起来放在真空腔中，通过激光控制原子内的能级开展量子比特操作。

这种方式的核心优势，恰恰戳中了超导路线的痛点。

中性原子路线最大的优势在于无线操控、动态可重构性。

研究人员可以把单个原子捕获、关联，用光镊将单个原子实时捕捉、抽取，在计算的过程中实时动态地跑来跑去的物理比特做出“全对全”的软柔性连接拓扑。

物理位置的动态重新连接可以大大降低量子纠错(QEC)的物理开销，复杂的量子纠错门操作都不需要复杂的晶格手术来实现。

2026年最新的实验工作又展示了，利用平滑振幅脉冲方案与基于原子损耗分辨的快速校准方法把中性原子两比特CZ门自身的保真度由原来工作的99.854(4)%提高到了99.941(3)%，剔除原子的流失更达到 99.941(3)%。

这一物理性质使得中性原子平台自身便与量子低密度奇偶校验（qLDPC）码有非常强的“物理共振”。

经典二维拓扑表面码的一维线性特性决定了比特只能两两邻近耦合，因而需要非常大的物理—逻辑比特开销。

中性原子用光镊在真空腔内飞驰“无损穿梭”和重排，并可直接在空间中投射qLDPC码所需的Tanner图拓扑结构，因而可以在极小的物理比特数目上，有效保护大量的逻辑量子比特。

中性原子非电中性，不会受到外界电磁噪声的干扰，相干时间长于超导比特。中性原子门操作速度反而比超导慢，但长期相干意味着它可以运作得更长的时间，为复杂的计算预留大的时程空间。

当然中性原子路线也有其不如超导好的地方。

它现在的噩梦是要求激光操控原子的精度非常高，要求亚微米级；原子在光阱里会“逃逸”，需要重新加载和初始化整个原子阵列；门操作慢，在稍复杂的电路中效率不如超导比特。

这些都是谷歌接下来想要解决的问题。

被谷歌选中的考夫曼

为了开拓中性原子路线，谷歌引进了几支业界群星，中性原子的掌舵人就是中性原子方面的专家亚当・考夫曼（Adam Kaufman）博士。

考夫曼博士是科罗拉多大学博尔德分校与美国国家标准与技术研究院联合研究所JILA的顾问、原子、分子与光学研究领域的专家，尤其擅长通过光镊操纵单个原子、实现大规模中性原子阵列。

考夫曼的很多工作刷新了大规模中性原子阵列规模纪录，他是中性原子路线的“技术开路人”之一。

Google的中性原子路线以科罗拉多州的博尔德市为基地，这里有世界著名JILA、NIST、科罗拉多大学等一流研究机构。

一个著名的“高校—联邦实验室—公司”的量子生态，使得它们的“工作”会基于以下三大支柱进行：

量子纠错适配：针对中性原子特殊的连接性，寻找低开销、低容错率的纠错代码，解决大规模阵列的噪声问题。

建模和仿真：利用谷歌的超级计算机模拟中性原子的硬件、噪声和纠错功能，优化设计方案。

实验硬件的开发：搭建可扩展中性原子量子计算机硬件平台，如激光操控、原子阵列初始化、门操作保真度等重大硬件物理关核心技术。

除自己的团队，谷歌也对上下游产业链有投资和合作。

目前业内公认的三个中性原子公司——QuEra、Pasqal、Infleqtion，谷歌有的合作对象正是QuEra。QuEra是哈佛大学和麻省理工学院团队创立的中性原子量子计算公司，曾获得谷歌、英伟达等公司的投资。

谷歌方面表示，将长期与QuEra保持强合作。Google以这种方式内外兼修来加速自己做中性原子的研发流程和节奏，应该要比超导从无到有发展的速度快多了。

中性原子，为什么突然成“香饽饽”？

谷歌的选择，让中性原子路线一下子成大热门。

这几年Caltech团队做出了6100个原子的大规模阵列，QuEra实现了连续运行的容错机台，Infleqtion的机台还登上了国际空间站进行实验。这足以说明中性原子已经有了一定规模的基础。

更重要的还是中性原子路线“成本小、潜力大”，能吸引越来越多的目光。中性原子路线只需要真空腔和激光设备，环境要求不高，未来的商业化落地成本也可能降低很多。

当然，中性原子路线的爆发，也跟整个量子行业的“容错焦虑”有关。

目前所有的主流路线，纠错都是个问题，中性原子的流动联接、无噪声的天然特性为解决“纠错”的难题提供了一种可能性。

就像谷歌量子AI负责人的观点：“我们不是押赌某一技术路线下一步，我们押赌的是‘能够解决问题的技术’。中性原子的特性让我们看到了基本克服 scaling 瓶颈的真正机会。”

回到最开始问题：谷歌为何当时要拥抱中性原子？答案也许就在考夫曼博士的一句话里：“我们的着眼点不是证明某条路线更好，而是让量子计算能解决问题。中性原子的特性让我们看到了更快解决这一问题的可能。”

[1]https://www.thequantumfoundry.com/p/google-including-neutral-atom-qubit?r=5hqb6w&utm_medium=ios&triedRedirect=true

[2]https://www.colorado.edu/physics/adam-kaufman

[3]https://quantumzeitgeist.com/quantum-computing-companies/

[4]https://blog.google/innovation-and-ai/technology/research/neutral-atom-quantum-computers/

[5]https://blog.google/innovation-and-ai/technology/research/neutral-atom-quantum-computers/