2025年冷原子量子计算：可扩展、抗误差量子系统的下一次飞跃。探索这项技术如何塑造量子优势和行业转型的未来。

• 执行摘要：2025年冷原子量子计算领域
• 技术概述：冷原子量子比特的原理和优势
• 关键参与者和生态系统：领先公司与合作
• 近期突破：2024-2025年冷原子平台的创新
• 市场预测：2030年前的增长展望
• 比较分析：冷原子与超导和囚禁离子方法的对比
• 商业化路径：从实验室到可扩展的量子处理器
• 挑战和瓶颈：技术、供应链和人才差距
• 战略合作与资金趋势
• 未来展望：量子优势与行业采纳的路线图
• 来源 & 参考文献

执行摘要：2025年冷原子量子计算领域

冷原子量子计算作为更广泛的量子技术领域的新兴平台，利用被激光捕获和操控的超冷原子作为量子比特（qubit）。到2025年，该领域正从基础研究转向早期商业化，几家公司和研究机构在可扩展性、相干时间和门保真度方面取得了显著进展。

冷原子量子计算领域的关键参与者包括Pasqal，这是一家由顶尖物理学家创立的法国公司，开发了具有100+量子比特的中性原子量子处理器，近期目标是实现1000量子比特系统。Pasqal的系统正在进行应用于优化、量子模拟和机器学习的试点，其合作遍及能源、金融和材料科学等领域。另一个显著的公司是QuEra Computing（美国），它运营着一台256量子比特的中性原子量子计算机，支持云访问，并积极致力于误差校正和扩展策略。这两家公司已获得大量资金支持，并与主要研究机构及行业最终用户建立了合作关系。

与此同时，Atom Computing（美国）正在推进基于碱土金属原子的量子处理器，最近推出了一款1225量子比特的系统原型，这是冷原子领域最大的原型之一。他们关注于长相干时间和高连接性，力求在未来几年内使其系统可用于商业和研究。此外，前身为ColdQuanta的Infleqtion（美国）正在开发基于冷原子技术的量子计算和量子传感解决方案，其路线图包括可扩展的量子处理器和与量子网络的集成。

展望2025年及以后的冷原子量子计算前景，其特点是技术快速进步和行业参与不断增强。预计的关键里程碑包括中规模量子优势的演示、改进的误差率和首批针对特定应用的商业部署。欧洲、北美和亚洲的各国政府正在加大对冷原子研究的资金投入，认识到其在科学发现和经济影响方面的潜力。随着技术的成熟，冷原子平台预计将补充其他量子模式，如超导和囚禁离子系统，在可扩展性和可编程性方面提供独特优势。

总体而言，2025年冷原子量子计算领域的特征是科学创新、早期商业化和战略投资的动态结合，使其在追求实际量子优势的竞赛中成为一个重要竞争者。

技术概述：冷原子量子比特的原理和优势

冷原子量子计算利用中性原子的量子特性，通常通过激光和蒸发冷却技术将其冷却到微开尔文或纳开尔文的温度。在这些超冷温度下，原子可以在光晶格或光镊中精准操控和捕获，从而形成高度可控的量子比特阵列。其基本原理在于孤立单个原子——通常是铷或铯等碱金属——以便使用激光脉冲和磁场对其量子状态进行相干控制和纠缠。

冷原子量子比特的一大优势是其卓越的相干时间。因为中性原子与其环境的相互作用较弱，因此它们比超导电路等固态量子比特更不容易遭受去相干。这一特性使得量子操作可以持续更长的时间，并且可能在量子门的保真度上更高。此外，冷原子系统本质上是可扩展的：光捕获技术允许将数百甚至数千个原子以规则的、可重新配置的模式排列，支持大型量子处理器的开发。

另一个显著的好处是原子比特的一致性。由于相同种类的所有原子是相同的，冷原子平台避免了影响其他量子比特技术的制造变异性。这种一致性简化了误差校正和校准，这对于实际的量子计算至关重要。此外，冷原子系统可以实现多种量子门机制，包括赖德堡相互作用——通过将原子激发到高能级状态以引发强而可控的相互作用。这种方法可实现快速、高保真的两量子比特门，是通用量子计算的基石。

到2025年，几家公司正在推进冷原子量子计算。Pasqal（法国）是一家领先的开发者，基于中性原子阵列构建量子处理器，专注于硬件和软件集成。ColdQuanta（美国，现在以Infleqtion的名义运营）是另一家主要参与者，开发利用冷原子技术的量子计算机和量子网络解决方案。Atom Computing（美国）以其大规模的光学捕获原子阵列而闻名，并展示了创纪录的相干时间。这些公司与研究机构和行业合作伙伴合作，加速冷原子量子计算机的商业化。

展望未来，该领域预计将在未来几年迅速发展。激光技术、真空工程和控制电子学的进步正在推动量子比特数量、门的保真度和系统稳定性的提高。随着冷原子平台的成熟，它们有望在可扩展性和性能方面与其他量子计算模式竞争，并在不久的将来成为实现实际量子优势的有希望的候选者。

关键参与者和生态系统：领先公司与合作

冷原子量子计算领域正在快速发展，正在形成一个越来越多的专门公司、研究机构和合作倡议的生态系统。到2025年，几家关键参与者正在塑造这一领域，各自在技术方法上作出独特的贡献，并建立战略伙伴关系以加快进展。

该领域最突出的公司之一是Pasqal，总部位于法国。Pasqal以其中性原子量子处理器而闻名，利用激光光束捕获的冷原子阵列。该公司已展示出超过100量子比特的量子处理器，并积极致力于扩展到1000量子比特系统。Pasqal与欧洲的主要工业合作伙伴和研究机构合作，包括参与欧洲量子产业联盟和与领先大学共同开展项目。

在美国，ColdQuanta（现更名为Infleqtion）是冷原子量子技术领域的主要力量。该公司开发量子计算机及其所需的硬件，如真空和激光系统，これらは冷原子捕获和操控至关重要。Infleqtion已宣布计划提供商业量子计算服务，并参与多项由美国政府资助的量子倡议，包括与国家实验室和国防机构的合作。

另一个重要参与者是Atom Computing，位于加利福尼亚。Atom Computing专注于使用光学捕获的中性原子构建可扩展的量子处理器。2024年，该公司推出的1225量子比特量子计算机是迄今为止最大的冷原子系统之一，并正在与云服务提供商和企业客户合作，开发优化和模拟领域的量子应用。

该生态系统还受到硬件供应商和技术推动者的支持。Thorlabs和TOPTICA Photonics等公司提供关键组件，包括精密激光器和光学系统，为冷原子平台提供基础。这些供应商与量子硬件开发者密切合作，以确保下一代系统的可靠性和可扩展性。

合作努力正在推动该领域的势头。跨行业合作组织，如量子经济发展委员会（QED-C），以及美国和欧洲的公私合作伙伴关系正在促进知识交流和标准化。展望未来，预计未来几年冷原子量子硬件公司、云计算提供商和制药、物流和金融等行业的最终用户将实现更深入的整合，从而推动技术进步和商业采纳。

近期突破：2024-2025年冷原子平台的创新

2024年至2025年期间，冷原子量子计算取得了显著进展，既有成熟企业也有新兴初创公司在技术里程碑上取得了显著成就。冷原子平台利用激光冷却的中性原子，捕获在光晶格或光镊中，因其可扩展性、长相干时间和高保真量子操作的潜力而受到越来越多的认可。

其中一个最显著的发展是可编程量子处理器的演示，这些处理器可控制数百个中性原子。Pasqal，由诺贝尔奖得主阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）创办，持续扩大其中性原子量子处理器，提前在2025年报道成功运行一台350量子比特的设备。该系统利用激光束操控的铷原子阵列，实现复杂的量子模拟和优化任务。Pasqal的路线图包括进一步扩展并与混合量子-经典工作流集成，目标指向化学、金融和物流等商业应用。

在美国，QuEra Computing也引起了广泛关注，扩展其Aquila平台至256量子比特，专注于类比量子模拟和基于数字门的计算。QuEra的方案利用花蕊原子阵列，允许高度可调的相互作用和量子比特连接的快速重新配置。2024年，QuEra宣布其系统通过云接入，对外开放，从而扩大了冷原子量子计算的用户基础，加速了算法开发。

与此同时，Atom Computing在碱土金属原子技术方面取得了进展，实现了单个量子比特超过40秒的创纪录相干时间。这一突破，报告于2024年底，对于误差校正和执行更复杂量子电路至关重要。Atom Computing的路线图包括到2026年扩展到1000量子比特和集成误差校正逻辑量子比特。

在研究方面，学术机构与行业之间的合作带来了新的误差缓解技巧、改进的原子捕获和更快的门操作。例如，激光稳定性和真空技术的进步减少了噪声和去相干，而新型光镊架构则实现了更灵活的量子比特排列。

展望未来，冷原子量子计算领域有望进一步增长，预计到2026年将超过500量子比特设备，并首次在实际应用中演示量子优势。硬件的扩展、控制的改进和更广泛的云访问将使冷原子平台在实用量子计算的竞争中成为主要竞争者。

市场预测：2030年前的增长展望

冷原子量子计算领域在2030年前有望实现显著增长，推动力来自于中性原子的捕获、激光冷却和可扩展量子架构的进步。到2025年，市场仍处于早期商业化阶段，少数几家专注的公司和研究机构在硬件平台和量子即服务（QaS）产品的开发方面处于领先地位。未来几年将看到从实验室原型到早期商业部署的转变，公共和私人部门的投资不断增加。

该领域的关键参与者包括Pasqal，这是一家展示出多量子比特冷原子处理器的法国公司，正在积极开发面向行业和研究的量子计算解决方案。Pasqal的路线图包括扩大至数百个，最终达到数千个量子比特，重点在于误差缓解和混合量子-经典工作流的开发。另一家值得注意的公司是ColdQuanta（现以Infleqtion运作），总部位于美国，利用其在冷原子技术方面的专业知识，专注于量子计算和量子传感应用。Infleqtion致力于在短期内交付可编程量子计算机和云端访问其硬件。

冷原子量子计算的市场前景由几个因素塑造：

• 可扩展性：冷原子平台因其可以扩展到大量量子比特，并具备高连接性而受到认可，这是实现实际量子优势的关键要求。Pasqal和Infleqtion均已发布路线图，指出到2027年及以后将以积极的扩展目标。
• 商业化：预计在2025至2027年早期商业试点将扩展，量子即服务（QaS）供应和与能源、金融和制药等行业的合作将推动最初的收入流并验证应用案例。
• 政府和机构支持：欧洲、北美和亚洲的国家量子计划为冷原子研究和基础设施提供了大量资金，加速领先公司市场化的进程。

到2030年，行业共识认为冷原子量子计算可能会占据更广泛的量子计算市场的重要份额，特别是在需要高量子比特数量和灵活连接性的应用中。该领域的增长轨迹将取决于持续的技术进步、生态系统的发展以及商业上相关的量子算法的出现。到2025年，前景仍然非常乐观，Pasqal和Infleqtion等领先公司有望在未来五年中塑造市场的发展。

比较分析：冷原子与超导和囚禁离子方法的对比

冷原子量子计算正在成为成熟的量子计算模式，特别是与超导和囚禁离子系统相比，展现出一种引人注目的替代选择。到2025年，该领域正经历快速的技术进步，几家公司和研究机构在冷原子平台的可扩展性、相干性和操作保真度方面取得了进展。本节将比较冷原子量子计算与超导和囚禁离子方法的相对优势，重点关注近期的发展和未来几年的前景。

超导量子比特，由IBM和Rigetti Computing等行业领导者所倡导，已经在量子比特数量和门速度方面达成了可观的里程碑。这些系统受益于成熟的制造技术和现有半导体基础设施的整合。到2025年早期，超导处理器常规展示出超过100量子比特的设备，IBM公开提出了向1000+量子比特系统的路线图。然而，超导量子比特在相干时间（通常在数十到数百微秒范围内）和系统扩展时的串扰等问题上面临挑战。

囚禁离子量子计算机，由IonQ和Quantinuum等公司开发，因其较长的相干时间（通常超过秒）和高保真的门操作而得到认可。这些系统利用原子离子的均匀性和精准的激光控制，能够实现稳健的误差率和小量子比特寄存器中的全连接性。然而，将囚禁离子系统扩展到数百或数千个量子比特仍然是一个重大的工程挑战，主要因光学控制的复杂性和所需硬件的物理尺寸。

冷原子量子计算，由Pasqal和Quandela等创新公司主导，利用被捕获在光晶格或光镊中的中性原子。这些平台提供几项内在优势：中性原子对环境噪声敏感性极低，允许其相干时间能够与囚禁离子相媲美或超过。此外，冷原子系统本质上是可扩展的，因为大量原子可以通过先进的光学技术并行操控。到2024和2025年，Pasqal展示了可编程的100+量子比特量子处理器，并宣布计划在未来几年内扩展到几百个量子比特。

展望未来，冷原子量子计算预计将在量子比特数量和操作可靠性方面缩小与超导和囚禁离子系统的差距。该技术的高连接性、长相干性和可扩展性将其作为近期量子优势和长期容错架构的有力竞争者。随着生态系统的成熟，硬件开发者、软件提供商和最终用户之间的合作将可能加速创新和在量子计算领域的采用。

商业化路径：从实验室到可扩展的量子处理器

冷原子量子计算利用激光场捕获和操控的中性原子，正在成为可扩展量子处理器的一个有前景的平台。实验室原型向商业可行系统的转变正加速进行，受到原子捕获、控制保真度和系统集成的进展推动。到2025年，几家公司和研究组织正在积极追求商业化路径，旨在弥合学术演示与稳健可扩展的量子硬件之间的差距。

该领域的关键参与者是Pasqal，这家法国公司由顶尖物理学家创立，开发出具有超过100量子比特的中性原子量子处理器。Pasqal的路线图包括扩展到数百个量子比特并集成误差缓解技术，专注于模拟和数字-类比量子计算。该公司已宣布与主要工业和学术利益相关者建立合作关系，将其技术部署在可云访问的平台和专业量子应用中。

另一位重要贡献者是QuEra Computing，这是一家从哈佛和麻省理工学院分出的美国公司。QuEra的Aquila系统可以通过云访问，当前提供256量子比特的中性原子阵列，并设计用于类比和混合量子-经典计算。该公司正在朝着更大的扩展和改进的可编程性发展，目标是力争在未来几年内实现容错量子计算。QuEra与全球研究机构和行业合作伙伴合作，加快冷原子量子处理器在实际问题解决中的应用。

在硬件供应方面，像TOPTICA Photonics和M Squared Lasers等公司提供了冷原子捕获和操控所需的关键激光和光子技术。这些供应商正在创新，以提供更稳定、可扩展且用户友好的激光系统，这些对于商业量子处理器的可靠性和可重复性至关重要。

展望未来，冷原子量子计算的商业化路径预计将集中在三个主要领域：（1）在保持高保真的同时，扩大可控量子比特的数量；（2）开发强健的误差校正和缓解策略；（3）将量子处理器集成到行业相关应用的混合量子-经典工作流中。未来几年可能会看到云访问的增加、更广泛的行业合作以及在特定领域展示量子优势的首次演示。随着生态系统的成熟，冷原子平台在追求实用、可扩展的量子计算的竞赛中有望发挥核心作用。

挑战和瓶颈：技术、供应链和人才差距

冷原子量子计算利用被激光和磁场捕获和操纵的中性原子，正在成为可扩展量子信息处理的有前景的平台。然而，随着该领域进入2025年及以后，技术、供应链和人才领域仍存在若干重大挑战和瓶颈。

技术挑战：冷原子量子计算面临的主要技术障碍包括实现高保真的量子比特操作、扩大可控原子的数量以及在较长时间内维持相干性。尽管最近的演示显示出数百中性原子量子比特的阵列，但两量子比特门的误差率仍高于实际容错量子计算所需的水平。Pasqal和QuEra Computing等公司正在积极改善门的保真度并开发误差校正协议，但激光控制系统的复杂性以及原子状态对环境噪声的敏感性仍然是障碍。此外，将冷原子系统与经典控制电子学集成，以及开发强健、可扩展的真空和低温基础设施仍然是持续的工程挑战。

供应链瓶颈：冷原子量子计算机所需的专门硬件——例如超高真空腔、高功率和超稳定激光、精密光学组件和定制电子产品——依赖于有限数量的全球供应商。稀土元素的供应中断或定制光学组件制造的延误可能会显著影响开发时间表。随着需求的增长，像Pasqal和QuEra Computing这样的公司正在日益寻求与供应商建立长期合作伙伴关系，在某些情况下还投资于内部组件开发以降低风险。然而，整体供应链仍易受地缘政治和经济波动的影响，这可能会影响冷原子量子硬件扩展的速度。

人才差距：冷原子量子计算的跨学科特性——需要原子物理、激光工程、低温技术、电子学和量子信息科学等领域的专业知识——导致显著的人才短缺。该领域的快速扩展超过了合格人员的可用性，特别是那些在构建和操作冷原子系统方面具有实践经验的人才。领先公司与大学和研究机构合作开发专业培训项目和实习，但预计合格技术人才的供应在未来几年将保持瓶颈状态。

展望未来，解决这些挑战对于该领域从实验室原型转变为商业上可行的量子处理器至关重要。在技术创新、供应链弹性和劳动力发展的关键投资将塑造冷原子量子计算在本十年后半期的发展轨迹。

战略合作与资金趋势

随着该领域的成熟和商业兴趣的加剧，冷原子量子计算的战略合作和资金趋势显著加速。到2025年，该领域的特征是公共和私人投资的结合、跨行业合作以及越来越多的传统技术公司和专门量子初创公司的参与。

在这一领域的领先企业Pasqal总部位于法国，始终走在战略联盟的前沿。近年来，Pasqal与主要云服务提供商和研究机构建立了合作关系，以扩大对其中性原子量子处理器的访问。值得注意的是，Pasqal与全球技术公司的合作旨在将冷原子量子计算集成到混合量子-经典工作流中，目标应用于优化、化学和机器学习。该公司还获得了大量融资，包括来自欧洲和国际投资者的参与，展现了对其实现可扩展量子优势路线图的信心。

在美国，Infleqtion（前身为ColdQuanta）已成为关键创新者，利用其在冷原子技术方面的专业知识，为量子计算和量子传感而服务。Infleqtion与政府机构、国防承包商和学术机构建立了合作关系，以加速其量子平台的开发和部署。该公司的融资发展轨迹包括风险资本的可观支持，以及来自美国政府旨在增强国内量子能力项目的资助。

战略格局进一步受到量子硬件开发者与最终用户行业之间的合作的影响。例如，冷原子量子初创公司与制药、物流和能源公司之间的合作越来越普遍，这些行业寻求探索量子解决方案以应对复杂的计算问题。这样的联盟通常涉及共同研究项目、试点程序和共同开发量子算法，针对行业特定的挑战。

在资金方面，2025年见证了对较大、后期投资的趋势，因为投资者寻求支持那些具有技术里程碑和清晰商业化路径的公司。政府资金仍是关键支柱，欧洲、北美和亚洲的国家量子计划为冷原子量子项目提供资助和基础设施支持。这些公共投资通常会对应私人资本，创造出一个稳健的创新和扩展生态系统。

展望未来，预计未来几年将看到战略合作进一步整合，越来越强调国际合作和供应链弹性。随着冷原子量子计算逐渐接近实用性，资金、合作关系和技术进步之间的相互作用将在决定哪些企业成为行业领导者方面发挥关键作用。

未来展望：量子优势与行业采纳的路线图

冷原子量子计算正在快速崛起，成为追求量子优势的有前景的平台，利用被激光场捕获和操控的中性原子的独特性质。到2025年，该领域的特征是从实验室规模演示向早期商业原型的过渡，一些公司和研究组织正在积极开发可扩展架构和健壮的误差校正技术。

行业关键参与者如Pasqal（法国）、QuEra Computing（美国）和Atom Computing（美国）处于这种技术的前沿。这些公司已展示可编程的量子处理器，拥有数十到上百个量子比特，并且有路线图目标到下几年实现1000量子比特设备。例如，Pasqal已宣布计划在2025年前交付1000量子比特的量子处理器，专注于模拟和数字量子计算模式。同样，QuEra Computing已通过云提供256量子比特的Aquila系统，积极致力于扩大量子比特数量和连接性。

冷原子方法提供多项优势，包括长相干时间、高保真度门操作以及通过动态光镊实现灵活量子比特连接的潜力。这些特性预计将促进高级量子算法和误差校正方案的实现，这对于实现量子优势至关重要。在2025年及以后，将专注于改善门的保真度、增加量子比特数量以及集成误差缓解策略，以使优化、量子模拟和机器学习等实际应用能够实现。

随着冷原子系统通过云平台变得更易获取，并且与金融、能源和药品等行业最终用户的合作关系逐渐成熟，行业采纳预计将加速。像Pasqal和QuEra Computing这样的公司，已经与工业和学术伙伴合作开发应用特定解决方案，并将量子性能与经典超级计算机进行基准测试。

展望未来，预计在使用冷原子平台的特殊任务中将首次展示量子优势，并逐渐出现混合的量子-经典工作流。行业采用的路线图将取决于在扩展、误差校正以及开发专门针对冷原子量子处理器独特能力的健壮的软件生态系统方面的持续进展。

来源 & 参考文献

• Pasqal
• QuEra Computing
• Atom Computing
• Thorlabs
• TOPTICA Photonics
• IBM
• Rigetti Computing
• IonQ
• Quantinuum
• Quandela