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4000量子比特无缺陷重排，中性原子赛道，杀出国产黑马

近日，中性原子量子计算企业纳开启元（北京）量子科技有限公司（简称“纳开量子”）成功搭建通用量子计算机“启元一号”整机，并突破了4000量子比特的无缺陷阵列与连续装载技术。这在国内中性原子技术路线中，属于较早将这两项指标在同一台整机上实现的应用。

图：启元一号4096（64✖️64）大规模无缺陷阵列演示

在纳开量子的实验室内，“启元一号”分布在两个光学平台上。主平台分为三层：中间层为真空腔与磁场系统，用于俘获和操控原子；上下两层则布置光路。第二个平台同样用于光路，负责将激光输送至真空腔。平台旁连接电路与测控系统，控制整机的时序。

技术人员指出，整机仅光学元件就多达853件，涵盖反射镜架、波片、AOM、PBS架、光屏蔽器等。系统采用移动光晶格传送带，将冷原子库与比特操控区连接。原子在晶格输运区经光镊俘获后，需在动态光镊与静态光镊、准备区与存储区之间进行多轮交接，才能完成装载与重排。

“原子移动本身并不困难，难的是确定先后顺序。”技术负责人表示，时序管控是连续装载的最大挑战——853件光学元件背后，依赖一套以纳秒为单位的时间秩序。

一、为何选择4000量子比特

在中性原子量子计算中，单个原子通常由高度聚焦的激光形成的光镊捕获并操控。但初始装载存在随机性，会导致阵列出现空位，因此需要移动原子来填补目标位置，这一过程被称为重排。而“无缺陷”指的是目标阵列的占据情况，并非量子操作无误差。

那么，为何定在4000量子比特？团队给出的回答很直接：这是目标与工程条件共同作用的结果。

当规模扩展至数千个原子，光镊数量增加，所需激光功率也随之上升。以60✖️60=3600的阵列规模为例，单光镊3毫瓦条件下总功率已接近15瓦，考虑光学元器件的衍射效率和通过损耗，总功率已接近现有光路的可用输出上限。这意味着，增加原子数量首先受限于光功率预算。

另一个约束是规模与相干性的平衡。纳开量子采用的方案需要将多轮装载结果汇入同一阵列：3000比特规模对应约6轮装载，每轮需形成约500比特的无缺陷阵列。扩容可增加每轮装入的原子数量或装载轮次，但两种选择均有代价——前者要求更大范围内光镊保持均匀并准确移动，后者则导致先装入的原子等待更长时间，对存储和相干保持提出更高要求。

此外，声光偏转器（AOD）的视场也是限制因素。AOD窗口大小直接决定可容纳的比特规模，窗口越大，最终覆盖的阵列范围越大。但准备区、存储区以及原子移动通道都需要占用位置。在原子间距和光路条件确定后，能容纳的阵列规模就有了实际边界。

综合考虑这些现实条件，以及后续拉曼光、里德堡光的功率需求，团队最初认为3000比特是当前合适的工程目标，最终超额完成了4000比特。

二、核心在于连续装载

中性原子系统面临的主要挑战是原子丢失。传统中性原子系统每完成一次计算，都需重新冷却和装载原子，因此系统运行时间往往仅有几百毫秒。连续装载则是在系统工作过程中持续提供新原子，并尽量减少补充过程对已有量子比特的干扰，从而延长连续运行时间。

视频：启元一号连续装载与重排演示视频

国际上，这项技术刚被验证不久。2025年，哈佛大学Lukin团队首次通过光晶格传送带、准备区与存储区的分工，将超过3000个原子的阵列维持了2小时以上，并验证了补充原子时存储区量子比特相干性得以保持。在国内，连续装载此前尚无团队公开突破。

与Lukin团队相比，“启元一号”在架构设计上进行了创新：国外团队主要采用双晶格，而纳开量子采用单晶格即可实现连续装载，架构更简单，同时可实现双比特门。

连续装载还有一个更远的潜在场景：若未来中性原子与超导、离子阱等其他路线形成异构，“启元一号”整机可作为量子存储器，承接其他路线的运算结果并实现长期存储。

“做量子计算的人越来越多，才能更快把生态建立起来。形成良性的竞争氛围，是我们非常乐意看到的。”纳开量子创始人兼CEO樊耀塬说。

三、通用与专用双轮驱动

纳开量子并未将所有研发投入放在通用量子计算上，而是采取量子模拟计算和通用量子计算双轮驱动策略。

面向通用量子计算的“启元”系列，解决的是密码破解、金融组合优化这类数学和算法问题。这类能力被视为长期战略储备。

面向量子模拟计算的“纳开”系列，即专用量子计算机，解决的是材料研发、生物制药这类本质为量子系统的场景，通过制造可控的量子系统来模拟自然界不可控的量子系统。

截至当前，“纳开一号”量子模拟整机已完成批量交付，获得千万级商业订单；“纳开二号”量子模拟商用机预计2027年推出，将实现开机即用。

为何同时覆盖玻色子与费米子两类原子体系？纳开量子技术负责人直言：“自然界只有玻色子、费米子两类原子，同时布局两种体系，是为了尽可能覆盖更多材料。”

从技术基础来看，纳开量子核心团队来自北京大学，是国内较早开始进行超冷原子研究的团队之一。将原子冷却到足够低的温度后，结合光晶格，可以研究受控的量子多体系统；结合光镊及相关操控手段，则可以继续发展面向通用计算的原子阵列平台。原子制备、激光控制、真空和测控系统等基础能力，在两条产品线上可以复用。

图：纳开量子核心团队

谈及未来一到两年的规划，樊耀塬表示，团队一方面会继续打磨门保真度、全局独立寻址等硬指标，另一方面会投入整机互联等前沿探索——在他看来，当中性原子阵列规模继续扩大，“单机之外怎么连起来”将成为下一个必须回答的问题。同时，量子模拟产品线会加速与产业方合作，推动商业化落地。

据悉，“启元一号”计划于2026年第四季度正式发布，届时将披露更多实测指标与运行细节。