文/Michael Baczyk，Global Quantum Intelligence投资咨询总监

量子计算行业的扩展瓶颈

量子计算行业面临着一个根本性的扩展瓶颈，它有可能使我们长期停留在嘈杂中等规模量子（NISQ）器件时代。尽管当前领先的量子系统已经拥有数百个量子比特（qubit），但是我们追求的变革性应用，如药物发现、材料科学和密码分析等，都需要具备容错能力、且包含数百万个物理量子比特的机器。然而残酷的现实是：没有任何一个量子处理单元（QPU）能够实际容纳如此多的量子比特。

以下是当今各量子平台的物理限制：

· 超导电路受限于稀释制冷机在20毫开尔文（mK）下的冷却能力，每个模块的量子比特上限约为3000个（见图1）；

· 离子阱系统在线性链结构中面临稳定性限制（100个量子比特），或在量子电荷耦合器件（QCCD）架构中面临未经测试的扩展挑战；

· 中性原子阵列尽管具有高达10,000个量子比特的潜力，但仍然面临着光学孔径和激光功率的天花板；

· 硅自旋量子比特在理论上承诺“数百万级”量子比特，但在1 K温度下的热管理仍未得到验证。

图1：物理约束限制了各量子计算平台可行的模块规模。冷却能力、光学孔径和控制复杂性，构成了量子网络必须克服的硬性上限。

viable module scale varies by qubit platforms.

不同量子比特平台可行的模块规模

解决方案：模块化网络架构

解决方案反映了经典计算的演进历程：模块化、网络化的架构（见图2）。正如数据中心连接数千个处理器一样，量子计算必须采用分布式架构，通过量子网络实现多个QPU模块的协同工作。这不仅仅是设备互联，更需要保持量子纠缠 ——这种脆弱的量子关联正是量子计算能力的核心。而这正是光子学作为天然桥梁的用武之地，它能通过光纤低损耗传输量子态，并能通过光子介导的相互作用，在远距离量子比特之间产生纠缠。

图2：分布式量子计算架构，通过量子网络单元（QNU）在连接多个QPU模块的同时保持纠缠，从而突破单模块的限制实现扩展。

从愿景到风险投资：模块化路线的验证

Global Quantum Intelligence（GQI）公司早在三年前就认识到模块化的必然性，并在行业仍然追逐“巨无霸”单体设计时，就开始倡导分布式架构。GQI在2024年5月发布的《可扩展量子硬件》报告中，描绘了量子网络单元（QNU）的技术要求：既要能桥接QPU模块，同时又要能维持容错运行。

随后 12 个月的发展充分验证了这一愿景。量子网络领域吸引了大量资金，并涌现出以下一些关键进展：

· Xanadu Aurora（2025年1月）：在4个模块化服务器机架间通过13 km光纤互连，实现了12量子比特的通用光子量子计算机，合成了864亿模式的簇态；

· PsiQuantum Omega（2025年2月）：发布了将35个光子芯片联网的芯片组，在长达250 m的距离内实现了99.72%的芯片间量子互连保真度；

· Nu Quantum QNU（2025年6月）：推出全球首款机架式QNU，具有99.7%的纠缠保真度和亚微秒级的电路切换速度；

· Welinq（2025年3月）：推出商用量子存储器，实现了世界纪录的90%存储-检索效率以及200 μs的存储时长；

· Sparrow Quantum（2025年4月）：其确定性单光子源项目获得2150万欧元（2510万美元）的A轮融资，巩固了丹麦在量子光子学领域的领导地位；

· Lightsynq（2024年11月）：为其基于金刚石的光学量子互连技术筹集了1800万美元，随后于2025年5月被IonQ收购；

· SilQ Connect（2025 年 5 月）：在加拿大舍布鲁克成立，获种子轮融资开发微波-光量子互联，助力量子局域网（QLAN）；

· 思科量子芯片（2025 年 5 月）：室温运行下每秒生成 2 亿对纠缠光子。

即使采用传统单体架构的厂商也开始拥抱模块化：

· IBM 的 2025 路线图提出，在稀释制冷机间建立“l型”米级量子链路；

· IonQ 通过收购 Oxford Ionics、Lightsynq、ID Quantique，将其从单纯的计算厂商转型为全栈量子网络公司；

· 由 Nu Quantum 牵头的量子数据中心联盟，联合思科、QphoX、牛津量子电路等机构，致力于为建筑规模的量子网络制定标准化接口。

图3：模块化量子计算价值链中的对比策略，显示了光子技术如何实现不同的可扩展性路径。

光子价值链：谁将主宰量子高速公路？

构建量子网络的竞赛，已经在光子学价值链上催生出了截然不同的策略（见图3）。每种方案都押注于光如何赋能百万量子比特机器：

· 同质集成：Photonic公司致力于开发硅基 T 中心（碳基色心），在同一材料平台内原生地结合自旋量子比特和光学接口。其集成波导腔有望实现高效的量子比特-光子接口，无需异质组装；

· 异质赋能：Nu Quantum 开发与多种量子比特平台（离子阱、中性原子、色心）兼容的高性能光子腔。其QNU的模块化架构允许更换光学模块以支持不同的量子比特类型，使其成为重要的中间件供应商；

· 全光子计算：PsiQuantum和Xanadu不需要量子比特-光子接口；光子本身既是量子比特又是互连载体。PsiQuantum的Active Volume架构和Xanadu的压缩光方案，利用光学开关和延迟线，将联网的光子芯片构建成数据中心规模的量子计算机。

关键的支撑技术覆盖了整个光子领域：

· 单光子源（Sparrow Quantum、Qunnect）：确定性生成高保真纠缠——Sparrow 的片上光源设定了行业基准；

· 量子存储器（Welinq、MemQ）：存储并同步纠缠——Welinq 的室温工作模式消除了低温需求；

· 转换器（QphoX、SilQ Connect）：在微波和光学领域之间进行转换；

· 单光子探测器（ID Quantique、Single Quantum、Quantum Opus）：支持高效贝尔态测量。

生态系统远不止这些专业组件，Aegiq、ORCA Computing、Quandela、QuiX Quantum、Quantum Source 等众多光子学参与者，都在推动该领域的发展，为光子量子计算与网络提供独特方案。

量子网络的时代机遇

结论清晰可见：量子网络并不是未来的考量，而是当下决定量子计算领导者的战场。对光子学领域而言，这代表着一个时代性的机遇，即提供“将量子计算从实验室里的新奇事物，转变为一项改变世界的技术的”关键基础设施。通往百万量子比特的道路可以铺设在光纤之中，而那些掌握量子网络技术的人，将定义计算的下一个时代。