据德国《商报》网站报道，日本科技巨头富士通于9月8日展示了据称是世界首台新型量子计算机模块的功能原型，该模块由富士通与荷兰代尔夫特理工大学共同开发，富士通在其模型中使用的是所谓的金刚石自旋技术。这一发布在量子计算领域引发了广泛关注，因为金刚石自旋路线此前长期停留在实验室阶段，而富士通的入局预示着该技术首次获得大型企业的系统性投入。
金刚石自旋是什么
金刚石自旋量子比特的核心在于金刚石晶格中的“色心”缺陷。最常见的色心是氮空位中心，即一个氮原子取代了碳原子，并与相邻的晶格空位共同形成一个稳定的电子自旋态。这个自旋态具有简单稳定的能级结构，可以通过激光进行极化、用微波脉冲进 行操控、再用荧光信号读出，相当于一个天然可编程的量子比特。其突出优势在于，电子自旋在室温下就能保持较长的量子相干时间，而邻近的碳-13核自旋由于同位素工程可以做到近乎“纯净”的磁性环境，相干时间在室温下甚至可以达到秒级，使其既能充当量子比特又能作为量子存储器。在此次原型机中，富士通选择的是锡空位中心而非传统的氮空位中心，锡空位中心具有更高的结构对称性，对外部噪声敏感度更低，并能产生高亮度的单光子，更适合与光子集成电路集成。
冷却要求降低1.5度
与这一技术路线形成鲜明对比的是IBM和谷歌长期主导的超导量子计算方案。超导量子比特必须冷却至极为接近绝对零度的温度，通常是零下273.13摄氏度，这需要依赖造价在五十万至三百万美元之间的稀释制冷机，以及配套的液氦供应链和设施基础设施。金刚石自旋量子比特对冷却的要求则宽松得多。富士通的原型机能够在零下271.6摄氏度的环境中工作，虽然看起来只比超导方案高出1.5度，但对于冷却工程而言，这1.5度的差距意味着制冷系统的复杂度和运行成本可以显著降低。代尔夫特理工大学的蒂姆·塔米尼奥在一则视频中指出，这将使得“更容易规模化的架构”成为可能。
更具战略意义的是，金刚石自旋量子比特能够通过光子在不同芯片甚至不同低温系统之间建立连接。超导量子比特的信息传输依赖微波信号，随着量子比特数量的增加，布线密度和信号串扰会成为难以逾越的工程瓶颈。而金刚石中的锡空位中心可以发射与光波导兼容的单光子，使得多个量子模块之间的光学互联成为可能。富士通计划利用这一特性在业界实现首创：构建能够像巨型计算机一样协同工作的联网量子计算机。富士通首席技术官Vivek Mahajan表示，金刚石自旋方法“不仅本身就具有卓越的可扩展性，而且还有可能与超导量子计算机集成，进一步扩展其能力”。
德国于利希研究中心的托马索·卡拉尔科指出：“重要信息是，首次有大型企业入局金刚石自旋技术。”他认为这有望推动发展，尤其因为这项承诺来自富士通这样世界领先的量子计算机和超级计算机供应商。事实上，富士通与QuTech的合作已持续多年，2025年双方实现了误差概率低于0.1%的金刚石自旋量子门操作，2026年又展示了不同低温系统中氮空位中心之间的纠缠和量子门操作，为远程光学连接奠定了基础。按照富士通的规划，公司将在2027年前开发由多个量子模块组成的金刚石自旋量子计算机原型，并推进金刚石自旋与超导量子计算之间的连接技术。当然，从一台可工作的原型机到真正实用的量子计算机之间仍有漫长的道路，将多个模块以光学方式连接并扩展到足以解决实际问题的量子比特数量，仍是未来数年需要攻克的核心科学与工程挑战。
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