做量子計(jì)算的人，日常到底在研究什么？

當(dāng)量子計(jì)算頻繁出現(xiàn)在新聞和融資報(bào)道里，最容易被看見的，往往是“大廠入局”“路線之爭(zhēng)”和“下一個(gè)拐點(diǎn)”。但如果把視線從標(biāo)題拉回實(shí)驗(yàn)室，問題會(huì)立刻變得具體得多：一門課到底要難到什么程度，才能把學(xué)生訓(xùn)練成研究者？一場(chǎng)組會(huì)的意義，到底是匯報(bào)結(jié)果，還是讓所有人都學(xué)到東西？一條超導(dǎo)路線的未來(lái)，又為什么會(huì)和頻率、噪聲、控制架構(gòu)這些細(xì)節(jié)緊緊綁在一起？

近期，我們和 Physhan 聊了很久。從中山大學(xué)的物理氛圍，到瑞士碩博與博后的訓(xùn)練路徑；從口試、組會(huì)和工作節(jié)奏，到 Transmon 與 Fluxonium 的物理差別，再到量子計(jì)算到底有沒有泡沫、年輕學(xué)生還能不能進(jìn)場(chǎng)，這場(chǎng)播客把“量子計(jì)算”這件事重新拉回了科研現(xiàn)場(chǎng)。它不只是技術(shù)，也不只是行業(yè)，更是一個(gè)人如何被環(huán)境塑造、又如何在不確定中繼續(xù)做選擇。

采訪人、整理：奶冰，中國(guó)科大超導(dǎo)量子計(jì)算相關(guān)方向博士在讀。

受訪者：Physhan，瑞士超導(dǎo)量子計(jì)算方向博士后。

▲祖沖之二號(hào)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。超導(dǎo)量子比特通常工作在接近絕對(duì)零度的稀釋制冷機(jī)里，芯片本身不大，但外圍控制與測(cè)量系統(tǒng)非常復(fù)雜。（圖片來(lái)源：墨子沙龍）

1

不是先有規(guī)劃，才有科研路

回憶本科階段時(shí)，Physhan 首先提到的不是“留學(xué)規(guī)劃”，而是“物理氛圍”。在中山大學(xué)，他最直接的感受是，身邊總有人比自己更早、更深地進(jìn)入物理世界：自己還在學(xué)經(jīng)典力學(xué)時(shí)，有人已經(jīng)開始摸分析力學(xué)；自己剛學(xué)量子力學(xué)入門時(shí)，別人已經(jīng)做起了壓縮態(tài)和量子光學(xué)的科研。那種感受表面上像“卷”，但他后來(lái)更愿意把它理解成一種由熱愛驅(qū)動(dòng)的密集環(huán)境。

“那些同學(xué)真的對(duì)物理喜歡，會(huì)提前去學(xué)。”

這種環(huán)境后來(lái)又被逸仙學(xué)院和基礎(chǔ)學(xué)科拔尖人才培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)一步放大。小班教學(xué)、靈活選課、出國(guó)科研資助，甚至可以根據(jù)興趣調(diào)整培養(yǎng)計(jì)劃，讓他很早就意識(shí)到：科研訓(xùn)練不是多上一點(diǎn)課，而是更早接觸真正的問題。兩次去瑞士的經(jīng)歷，一次是在 CERN 做 summer student，一次是在日內(nèi)瓦大學(xué)做凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)方向的科研，也都不是預(yù)先設(shè)計(jì)好的“出國(guó)路線”，卻讓他第一次近距離感受到另一種科研生態(tài)。

▲Physhan在中山大學(xué)的畢業(yè)照片。（圖片來(lái)源：Physhan）

這也是訪談里特別動(dòng)人的地方。真正把一個(gè)人帶進(jìn)科研現(xiàn)場(chǎng)的，往往不是一份完美的長(zhǎng)期計(jì)劃，而是更早遇見了好的同學(xué)、好的制度、好的問題，然后一路被這些東西慢慢推著往前走。

“大家還真的喜歡物理，也會(huì)一起聊很多物理的話題。”

2

真正“硬核”的，是把人訓(xùn)練成研究者

“一門主課可以把你學(xué)到脫一層皮。”

如果說(shuō)有什么讓 Physhan 反復(fù)用“硬核”來(lái)形容瑞士的研究生訓(xùn)練，那首先就是課程本身。按他的說(shuō)法，“一門主課可以把你學(xué)到脫一層皮”，一個(gè)學(xué)期如果能真正吃透兩門課，已經(jīng)非常不容易。關(guān)鍵不只是課難，而是它要求的不是熟練刷題，而是理解深度。

▲ETH研究生真實(shí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景。在瑞士的研究生訓(xùn)練里，考試更像一次小型學(xué)術(shù)答辯。你不僅要會(huì)算，更要能在教授面前把一個(gè)概念真正講明白。（圖片來(lái)源：Physhan）

更有意思的是考核方式。瑞士和不少德語(yǔ)區(qū)高校的碩士課程，很多都不是筆試，而是口試。學(xué)生和教授坐在辦公室里，像開會(huì)一樣，對(duì)著黑板講概念、回答追問、臨場(chǎng)解釋自己的理解。在這種模式里，lecture notes 下面的小字都可能變成考題，因?yàn)榻淌陔S時(shí)會(huì)從任何一個(gè)細(xì)節(jié)繼續(xù)往下追。換句話說(shuō)，這里訓(xùn)練的不是套公式的熟練度，而是你到底有沒有把概念真正內(nèi)化。

這種邏輯也影響了“畢業(yè)”的定義。在他接觸過(guò)的環(huán)境里，學(xué)校層面并沒有那種剛性的論文數(shù)量要求。導(dǎo)師更看重的是，你有沒有完整走過(guò)一輪訓(xùn)練：從設(shè)計(jì)、制備、測(cè)量，到電子學(xué)、控制、分析，能不能在一個(gè)方向上逐漸成長(zhǎng)為相對(duì)獨(dú)立的研究者。博士學(xué)位的意義，不只是攢文章，更是把人訓(xùn)練出來(lái)。

3

松弛不等于散漫，科研也需要邊界感

大眾對(duì)歐洲實(shí)驗(yàn)室常有一種“松弛”的想象，但在 Physhan 的觀察里，真實(shí)情況其實(shí)沒那么簡(jiǎn)單，也很難一概而論。有的實(shí)驗(yàn)室確實(shí)更強(qiáng)調(diào) work-life balance，節(jié)奏相對(duì)從容；也有的實(shí)驗(yàn)室同樣很卷，推進(jìn)速度和競(jìng)爭(zhēng)壓力一點(diǎn)都不小。即便是在更講究生活邊界的環(huán)境里，一旦項(xiàng)目到了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，deadline 很緊、機(jī)時(shí)有限、大家都在等結(jié)果的時(shí)候，晚上和周末加班也并不少見。區(qū)別不一定在于“累不累”，而在于這種壓力更多是由具體問題、項(xiàng)目進(jìn)度和研究責(zé)任帶來(lái)的，而不是一種整齊劃一的制度性高壓。

▲Physhan在ETH學(xué)習(xí)生活的記錄。所謂“歐洲實(shí)驗(yàn)室的松弛感”，更準(zhǔn)確地說(shuō)，是工作節(jié)奏里保留了生活邊界，而不是沒有強(qiáng)度。（圖片來(lái)源：Physhan）

“我覺得這樣的模式挺好的。別人強(qiáng)制給你一個(gè)任務(wù)，你就很抗拒；但科研還是出于自己的興趣。”

他很欣賞的一種導(dǎo)師風(fēng)格，是平時(shí)工作很認(rèn)真，但會(huì)明確把周末留給生活。邊界感在這里不是松懈，而是一種科研觀：研究可以很投入，但不必把人變成機(jī)器。真正健康的狀態(tài)，不是每天都在實(shí)驗(yàn)室熬，而是知道什么時(shí)候該沖，什么時(shí)候該停。

這也延伸到了他對(duì)組會(huì)的理解。在 Physhan 看來(lái)，好的組會(huì)不是為了“show off 結(jié)果”，而是讓來(lái)參加的人真正學(xué)到東西。至于組會(huì)具體怎么開，不同實(shí)驗(yàn)室差別很大：有的更偏向圍繞具體問題展開討論，有的則更強(qiáng)調(diào)階段性匯報(bào)和信息同步。而在一些大課題組中，組會(huì)往往承擔(dān)的是同步信息的功能：讀取、設(shè)計(jì)、電子學(xué)、控制等不同方向的人放在一起，輪流匯報(bào)最近進(jìn)展，負(fù)責(zé)人逐個(gè)點(diǎn)評(píng)，大家也隨時(shí)插問。時(shí)間有時(shí)會(huì)拉得很長(zhǎng)，但它的意義也正在這里: 把原本分散在不同環(huán)節(jié)里的工作重新連起來(lái)，讓每個(gè)人都更清楚整個(gè)系統(tǒng)在往哪里走。

“你不是為了去 show off 結(jié)果，而是要讓來(lái)參加的人學(xué)到東西。”

▲ETH實(shí)驗(yàn)室中的稀釋冷卻冰箱（圖片來(lái)源：Physhan）

而訪談中最鮮活的一幕，可能是他講到自己一次靈感的來(lái)源：去采爾馬特滑雪的火車上，和朋友一路聊天，突然把一個(gè)最近在想的問題聊通了。對(duì)很多前沿研究者來(lái)說(shuō)，科研并不只發(fā)生在實(shí)驗(yàn)臺(tái)前，它也發(fā)生在那些你暫時(shí)離開實(shí)驗(yàn)室、但思維反而開始松動(dòng)的時(shí)刻。

▲科研靈感并不只來(lái)自實(shí)驗(yàn)臺(tái)前。對(duì)很多研究者來(lái)說(shuō)，真正把一個(gè)問題聊通，可能發(fā)生在組會(huì)之后，也可能發(fā)生在去滑雪的火車上。（圖片來(lái)源：Physhan）

4

從 Transmon 到 Fluxonium，

前沿不是押寶贏家

進(jìn)入這部分之前，讓我們先把幾個(gè)詞講清楚。超導(dǎo)量子計(jì)算利用的是一種宏觀量子效應(yīng)，也就是在極低溫下的超導(dǎo)電路會(huì)出現(xiàn)量子化的分立能級(jí)，作為“人造原子”，再?gòu)闹羞x出兩個(gè)可控能級(jí)來(lái)充當(dāng)量子比特的0和1[1,2,3]。Google、IBM，以及國(guó)內(nèi)中國(guó)科大“祖沖之”系列，走的都屬于這一大類技術(shù)路線。而在這條超導(dǎo)路線內(nèi)部，不同的電路設(shè)計(jì)又進(jìn)一步分出了不同類型的量子比特，其中目前最主流的兩類，就是Transmon（傳輸子超導(dǎo)量子比特）和 Fluxonium（磁通量超導(dǎo)量子比特）。

Transmon從最基本的 LC 諧振電路出發(fā)，引入具有非線性的約瑟夫森結(jié)，把原本不容易區(qū)分的能級(jí)拉開，從中挑出兩個(gè)最適合操控的量子態(tài)來(lái)充當(dāng)量子比特。它的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、工藝路徑清晰，因此成為今天最成熟、最工程化的主流方案之一。Fluxonium 則常被理解為磁通型超導(dǎo)量子比特，它在電路中額外引入了 super inductor，也就是“超電感”，因此擁有更豐富的參數(shù)空間、更低的工作頻率和不同的噪聲環(huán)境，也可能帶來(lái)更長(zhǎng)的相干時(shí)間。但代價(jià)同樣明確：器件更復(fù)雜，控制和擴(kuò)展都更難。換句話說(shuō)，F(xiàn)luxonium 之于 Transmon，并不是一個(gè)簡(jiǎn)單意義上“更先進(jìn)”的升級(jí)版，而更像是另一組關(guān)于物理與工程的權(quán)衡。

▲Caption: Transmon（左圖）與 Fluxonium（右圖）的簡(jiǎn)化電路圖[1,2,8]。

超導(dǎo)路線之所以一直被高度關(guān)注，不只是因?yàn)樗蛡鹘y(tǒng)半導(dǎo)體工業(yè)在制造和工程鏈條上的兼容性，因此公司多、融資多；更重要的是，它到今天依然代表著人類量子操控能力最靠前的一條邊界。十年前，大家還在圍繞十幾個(gè)量級(jí)的比特?cái)?shù)反復(fù)追問：量子優(yōu)勢(shì)到底是不是真的存在？而現(xiàn)在，比特規(guī)模已經(jīng)往前推了很多，討論的重點(diǎn)也慢慢從“能不能做”轉(zhuǎn)向“怎樣把糾錯(cuò)真正做起來(lái)”。

比如 Google Quantum AI 在 2024 年 12 月在線發(fā)表 Willow 結(jié)果，展示了表面碼量子糾錯(cuò)進(jìn)入“越糾越對(duì)”的關(guān)鍵一步[5]；國(guó)內(nèi)方面，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)先是在 2025 年 3 月發(fā)布 105 比特“祖沖之三號(hào)”，把超導(dǎo)體系量子計(jì)算優(yōu)越性紀(jì)錄繼續(xù)往前推了一步[6]；又在 2025 年 12 月 22 日，進(jìn)一步基于 107 比特“祖沖之 3.2 號(hào)”在碼距為 7 的表面碼上同樣實(shí)現(xiàn)了“越糾越對(duì)”的量子糾錯(cuò)[4]。而在同一年，超導(dǎo)電路中宏觀量子效應(yīng)的奠基性工作也獲得了 2025 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的認(rèn)可。放在這個(gè)背景下再看，Transmon 和 Fluxonium 的差別， 其實(shí)已經(jīng)不是“這條路線行不行”， 而是同樣站在超導(dǎo)這條大路上，下一步到底把器件設(shè)計(jì)和工程代價(jià)押在哪一種方案上。

▲中國(guó)科大潘建偉團(tuán)隊(duì)基于超導(dǎo)量子處理器“祖沖之3.2號(hào)”在碼距為7的表面碼上成功實(shí)現(xiàn)了低于糾錯(cuò)閾值的量子糾錯(cuò)，演示了邏輯錯(cuò)誤率隨碼距增加而顯著下降。這一成果使得我國(guó)在量子糾錯(cuò)方向上達(dá)到了“低于閾值，越糾越對(duì)”的關(guān)鍵里程碑。（圖片來(lái)源：）

也正因?yàn)槿绱耍琍hyshan 并不愿意把技術(shù)路線理解成一場(chǎng)簡(jiǎn)單的“誰(shuí)贏誰(shuí)輸”。在他看來(lái)，Transmon 今天確實(shí)更成熟、更工程化，而 Fluxonium 依然保留著很多值得繼續(xù)追問的物理問題。他自己之所以被 Fluxonium 吸引，恰恰也是因?yàn)椋啾葐渭冏非蠊こ袒P(guān)注的是這里面還有很多沒有收斂的問題。

“我覺得可能沒有人知道。”

對(duì)于“最終誰(shuí)會(huì)笑到最后”，他的回答也很克制。最后的贏家未必一定是 Transmon，也未必一定是 Fluxonium。甚至完全可能在未來(lái)某一天，又出現(xiàn)一套更簡(jiǎn)潔、更相干、更好耦合的新體系。真正的前沿研究，很多時(shí)候不是押一個(gè)贏家，而是把不同路線盡可能推遠(yuǎn)，看看誰(shuí)先跨過(guò)那道真正的門檻。

5

泡沫當(dāng)然有，但底層能力也確實(shí)在往前走

量子計(jì)算有沒有泡沫？Physhan 的回答非常直接：肯定有。一個(gè)足夠熱、足夠吸金的領(lǐng)域，不可能沒有跟風(fēng)者，也不可能沒有被放大的預(yù)期。甚至有些組以前并不是做這個(gè)方向的，也會(huì)想擠進(jìn)來(lái)分一杯羹。

“泡沫肯定有。”

但他同樣強(qiáng)調(diào)，“有泡沫”和“沒有真實(shí)進(jìn)展”不是一回事。真正值得看的，不是新聞熱度，而是底層指標(biāo)有沒有持續(xù)推進(jìn)。量子糾錯(cuò)幾年前還常被說(shuō)成“越糾越錯(cuò)”，而現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了“越糾越對(duì)”的結(jié)果；相干時(shí)間也從過(guò)去 100 微秒已經(jīng)很亮眼，推進(jìn)到了毫秒量級(jí)。只要這些能力還在往前走，這個(gè)領(lǐng)域就不是純粹講故事。換句話說(shuō)，泡沫和真實(shí)推進(jìn)往往是同時(shí)存在的，真正要看的不是口號(hào)，而是底層指標(biāo)到底有沒有在往前走。

從產(chǎn)業(yè)角度看，大公司為什么會(huì)不斷下注新的路線？在他看來(lái)，這更像是風(fēng)險(xiǎn)管理。對(duì) Google 這樣的公司來(lái)說(shuō)，量子投入在整體業(yè)務(wù)中占比并不大，試一條新路線、開一條新攤子，并不是不可承受的成本，但它至少能保證自己不在下一波技術(shù)變化里掉隊(duì)。

而對(duì)于瑞士這樣體量不大的國(guó)家，另一種生態(tài)也正在形成。它不可能像中美那樣養(yǎng)出幾百人的超大團(tuán)隊(duì)，但它的小而全依然鮮明：大規(guī)模體系、小規(guī)模器件、基礎(chǔ)理論、混合架構(gòu)都有人在做；更容易先商業(yè)化的，也往往不是整臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，而是測(cè)控電子學(xué)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和各種手搓出來(lái)的設(shè)備與技術(shù)。

6

給年輕人的提醒：

先問自己能不能長(zhǎng)期做下去

訪談最后又回到了很多學(xué)生最關(guān)心的問題：現(xiàn)在還適合去歐洲做量子研究嗎？他的判斷并不悲觀。歐洲并沒有像美國(guó)那樣把路完全堵死，很多組依然缺人。關(guān)鍵不是盲目海投，而是更早做出相關(guān)積累，讓對(duì)面的教授看到你和課題之間的匹配度。發(fā)郵件、參加會(huì)議、爭(zhēng)取線下交流機(jī)會(huì)，這些都很重要。

▲Physhan參加APS線下會(huì)議時(shí)的記錄。對(duì)想進(jìn)入量子計(jì)算的學(xué)生來(lái)說(shuō)，真正關(guān)鍵的往往不是“押中最熱方向”，而是盡早建立匹配度、可見能力和持續(xù)投入的意愿。（圖片來(lái)源：Physhan）

他還特別提到一個(gè)常被忽視的事實(shí)：在真正做科學(xué)的人那里，很多限制并不是學(xué)術(shù)層面的，而是政策層面的。對(duì)大多數(shù)教授來(lái)說(shuō)，只要你能力強(qiáng)、方向匹配，他們通常是歡迎的。這也是為什么很多組明明手里有 funding，卻依然長(zhǎng)時(shí)間招不到合適的人。

“做到博后這一步，很多時(shí)候已經(jīng)完全不是為了錢了。”

但比申請(qǐng)技巧更深的一層，仍然是動(dòng)機(jī)問題。做到博后這一步，很多選擇已經(jīng)很難再用“值不值”這樣的現(xiàn)實(shí)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)單衡量。你會(huì)不會(huì)繼續(xù)留在這個(gè)領(lǐng)域，最終取決于你喜不喜歡這份工作，以及你還愿不愿意繼續(xù)把時(shí)間花在這些沒有答案的問題上。

也許這正是這場(chǎng)訪談最重要的價(jià)值。量子計(jì)算的未來(lái)，不會(huì)只寫在最響亮的融資新聞里，也不會(huì)只靠某一條路線的宣傳口號(hào)決定。它更可能藏在一門把人“學(xué)到脫一層皮”的課里，藏在一場(chǎng)要求所有人都學(xué)到東西的組會(huì)里，藏在一次去滑雪的火車閑聊里，藏在那些看起來(lái)并不壯觀、卻真實(shí)推動(dòng)了前沿科學(xué)的一連串細(xì)節(jié)之中。

參考資料

[1] Koch et al., Charge-insensitive qubit design derived from the Cooper pair box, Phys. Rev. A 76, 042319 (2007).

[2] Manucharyan et al., Fluxonium: Single Cooper-Pair Circuit Free of Charge Offsets, Science 326(5949), 113-116 (2009).

[3] Blais et al., Circuit quantum electrodynamics, Rev. Mod. Phys. 93, 025005 (2021).

[4] Tan He et al., Experimental Quantum Error Correction below the Surface Code Threshold via All-Microwave Leakage Suppression, Phys. Rev. Lett. 135, 260601 (2025).

[5] Google Quantum AI and Collaborators, Quantum error correction below the surface code threshold, Nature 638, 920-926 (2025).

[6] Gao et al., Establishing a New Benchmark in Quantum Computational Advantage with 105-qubit Zuchongzhi 3.0 Processor, Phys. Rev. Lett. 134, 090601 (2025).

[7] 中國(guó)科學(xué)院 / 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，“祖沖之三號(hào)”創(chuàng)造新紀(jì)錄 量子計(jì)算研究獲新突破（2025-03-03）。

[8] Krantz et al. A Quantum Engineer's Guide to Superconducting Qubits. arXiv: 1904.06560 [quant-ph].

文章轉(zhuǎn)載自“墨子沙龍”公眾號(hào)