美国提出量子计算2028路线图：百级逻辑量子比特，24小时完成科学计算

发布时间：2026-09-23来源：光子盒

2026年9月17日，美国能源部（DOE）科学事务副部长Darío Gil公布由美国能源部科学办公室委托SCAC量子小组委员会编制的《SCAC量子委员会报告》（SCAC Quantum Committee Report）。报告围绕两个核心问题展开：一是如何在2028年前展示具有科学相关性的纠错量子计算能力，二是在何种条件下规划建设面向科研用户的DOE量子计算用户设施。

围绕上述目标，报告没有预先确定单一量子硬件路线，而是提出以科学任务为牵引、以共同里程碑为评价依据的发展框架。整个路线图由科学任务、硬件能力和关键技术三条路线构成，路线以2028年科学相关示范为近期目标，并面向2030年以后的长期发展逐步推进。

科学效用成为量子计算的重要标尺

长期以来，物理量子比特数量、门保真度和相干时间是衡量量子计算进展的常用指标。但物理量子比特容易受到噪声和退相干影响，单纯增加数量并不意味着可靠计算能力同步提升。随着量子纠错技术发展，逻辑量子比特和可靠逻辑操作逐渐成为衡量容错量子计算能力的重要指标。

SCAC报告进一步提出，即使拥有一定数量的逻辑量子比特，也不足以证明量子计算已经具备科学价值。系统还需要在可接受时间内完成端到端科学计算，并通过实验、经典计算或其他独立方法验证结果。评价对象因此不再只是量子芯片，而是包括量子硬件、经典计算、控制系统、算法软件和结果验证在内的完整计算系统。

到2028年，报告列出的示例性能力区间包括约50至100个、甚至更多逻辑量子比特，约1万至10万次高难度逻辑操作（hard logical operations），并在24小时内完成一次完整科学计算。系统还需要与高性能计算和人工智能构成端到端工作流，计算结果则应通过实验、经典计算极限或其他独立方法验证。

三条路线共同指向2028年科学示范

报告从科学任务、硬件能力和关键技术三个维度规划量子计算发展路径。科学路线明确需要解决的问题，硬件路线规定系统需要达到的计算能力，关键技术路线则支撑系统可靠运行和规模扩展。

（一）科学路线从任务验证走向科学发现

科学路线回答量子计算需要解决哪些问题。报告列出的科学任务覆盖药物与生物工具、工业催化、强关联材料、聚变能源、核物理、粒子物理和量子传感等方向。

到2028年，目标是完成具有明确科学意义的示范，例如对特定蛋白质-配体体系作出化学精度预测、解决工业催化剂中的关键反应步骤、对关联材料建立经过量子计算验证的有效模型，或对聚变设计中的关键参数给出可验证预测。这些任务并不等于直接开发出新药或解决聚变能源问题，而是要求量子计算在传统方法难以处理的关键环节形成新的预测能力。

2030年以后，科学路线将进一步指向新药和诊断方法设计、先进催化剂、超导材料、聚变系统以及基础物理研究等长期突破。

图 SCAC量子计算科学路线及分阶段发展路径

（二）硬件路线从逻辑量子比特走向完整科学计算

硬件路线回答量子系统需要具备什么能力。报告没有规定必须采用超导、中性原子、离子阱、光子或硅自旋等某一技术，而是以逻辑量子比特、逻辑操作、运行时间、可靠性和系统集成等共同指标衡量不同平台。

按照报告给出的示例性指标，系统将从早期少量逻辑量子比特逐步扩展，到2028年具备执行具有科学相关性的容错应用所需的逻辑计算能力，并在24小时内完成端到端科学计算，同时与高性能计算和人工智能工作流集成。2030年以后，硬件能力将进一步向千至万逻辑量子比特级和更大规模科学计算任务扩展。

图 2028年及2030年以后的量子系统硬件能力目标

（三）关键技术路线支撑可靠扩展

关键技术路线回答量子计算如何实现可靠扩展，重点包括量子比特质量、量子纠错、实时控制与读出、低温基础设施、模块化互连、软件工具、制造供应链和运行维护等。

到2028年，希望形成一套集成、可靠且具有扩展能力的技术栈，并证明现有技术能够继续向更大规模系统演进。这里强调的是形成通向更大规模量子系统和未来用户设施的可信扩展路径，并不意味着DOE计划在2028年直接建成千逻辑量子比特设施。

图 2028年及2030年以后的关键技术发展目标

（四）三个实施阶段决定后续投资

三条能力路线将通过三个阶段落地。

第一阶段是2026至2028年的量子重大挑战，组织国家实验室、高校和企业围绕科学任务开展竞争性研发，同时推进量子硬件、算法、软件、人工智能和系统工程。到2028年，各团队需要通过科学任务展示系统能力，而不是只提交硬件参数。

第二阶段是2028年以后可能建设的量子计算用户设施，但这一阶段并非自动进入。只有当前期示范证明了科学价值、技术成熟度和用户需求后，DOE才会进一步确定设施的建设时机、规模、硬件路线和部署方式。

第三阶段面向2030年以后，量子处理器、专用量子模拟器和量子传感器将按照实际科学需求，逐步接入DOE的高性能计算中心、人工智能平台、光源、中子源、加速器和聚变实验装置。

因此，这一路线图并未预先确定最终的硬件路线和设施形态，而是采取分阶段验证、逐步决策的推进方式：先验证科学价值，再决定用户设施建设，最终推动量子技术融入DOE科研基础设施体系。

写在最后

SCAC报告提出的不是一条固定硬件路线，而是一套面向2028年科学示范的评价和实施框架。科学任务、硬件能力和关键技术三条路线同步推进，并通过量子重大挑战、可能建设的用户设施和DOE科研体系融合三个阶段逐步落地。

对美国而言，这份报告的目的不只是设定技术指标，更是建立由政府提出科学任务、企业竞争研发、国家实验室独立验证的发展机制。在发布SCAC路线图的同时，DOE还启动了Quantum Genesis Q Competition，并提出建设国家实验室验证测试平台的计划。这表明美国正在把分散的技术探索转向国家层面的系统推进，增强其在量子计算评价、科学应用和科研基础设施建设方面的影响力。

对我国而言，美国正在通过统一科学任务、技术指标和国家实验室验证，把量子计算研发、投资与设施建设连接起来。如果这套体系率先形成国际影响力，美国可能进一步掌握量子计算评价标准和应用资源的主导权。我国已经在多条技术路线、量超融合和应用验证等方面开展布局，下一步需要在现有基础上增强跨平台评价、独立验证和国际规则参与能力。

参考链接

https://science.osti.gov/-/media/About/pdf/scac/reports/FINAL-REPORT---QUANTUM-SCAC-POST-final-v2.pdf