巧用系统缺陷，量子芯片实现新突破

量子技术作为当下前沿科技领域的核心发展方向，凭借独有的物理特性，有望研发出运算能力远超传统设备的新型量子计算机，也为全球科研工作者开辟出全新的科研探索路径，助力人类精准模拟、深度剖析微观世界中各类自然运行规律。在原子、电子、光子等微观粒子构成的极小尺度空间内，世间所有物质的运动变化，都不再遵循经典物理定律，而是严格遵从特性迥异、运行逻辑十分特殊的量子力学运行法则。

实验装置与光子电路布局图（图源：《自然·通讯》，2026年，文献编号：10.1038/s41467-026-72850-6）

不过实验室理想化的理论环境，与真实的现实应用场景存在巨大差距，现实环境无法为量子系统提供绝对稳定纯净的运行条件。在实际运行过程中，量子传输信号会出现持续性衰减现象，系统内部储存与运转的能量极易向外泄露散失，同时各类量子系统还会持续受到外界环境产生的电磁干扰、温度波动等多种噪声影响，诸多不稳定因素都在持续制约量子设备的稳定运行与精准运算。

瑞典皇家理工学院在读博士戈温德·克里希纳对此表示，量子领域相关实验研究不能只依托真空无菌、无外界干扰的理想化实验场景开展，科研的最终目的是探寻真实世界的自然运行本质。想要让各类量子实验得出的数据、总结出的理论具备实际参考价值，能够真正适配现实应用场景，科研人员就必须全面掌握量子系统在外界干扰、能量损耗、信号波动等复杂条件下的真实运行状态与变化规律，这也是推动量子技术从理论研究走向实际应用的核心前提。

全新芯片模拟能量损耗现象

为攻克这一行业研究难题，瑞典皇家理工学院组建专项科研团队开展深入攻关，由戈温德·克里希纳主导核心研发工作，成功研制出一款适配量子领域研究的新型专用芯片。该芯片最核心的功能，就是精准模拟不同类型量子系统在日常运行过程中，向外部环境散失能量、丢失量子信息、出现运行偏差等各类非理想运行状态，完整复现现实场景下量子系统出现的各类损耗问题。目前这项具备突破性意义的科研成果，已经正式刊发在国际知名学术期刊《自然·通讯》之上，获得行业内专业人士的广泛关注。

在谈及此次研发成果的行业价值时，克里希纳表示，此次研发的新型模拟芯片，进一步稳固并拓展了量子计算机在自然量子系统、自然量子运行过程中的模拟研究作用，极大丰富了量子领域的科研实验方式。一直以来，行业内普遍将量子系统运行过程中出现的偏差、损耗、不稳定等问题定义为系统缺陷，并且在研发与实验过程中一味规避、极力消除这类缺陷。而此次研究搭建起全新的研究思路，不仅能够精准剖析量子系统各类固有缺陷的形成原因、运行规律以及影响范围，还进一步探索出全新技术路径，打破传统研发固有思维，尝试将以往被视作研发阻碍的系统缺陷进行合理转化，让原本需要全力规避的负面问题，转变为能够助力量子技术研发、提升设备运行性能的可用有利条件。这一研究理念的转变，也为后续量子技术多元化创新发展提供了全新方向。

光子电路工作原理

在整体实验设计与设备运行架构上，本次研究创新性选取芯片内部的光子作为核心模拟载体，利用光子的运动轨迹、状态变化，精准替代各类科研目标系统中的微观粒子，完成各类模拟实验。依托这款芯片搭建而成的高精度可控量子实验体系，科研人员能够完整复刻微观粒子的运动形态，全方位观测、深入剖析光子在不同运行环境、不同结构系统当中的具体行为模式与状态变化，为各类量子相关实验提供稳定、可控的模拟环境。

这款新型科研芯片的核心组成结构为集成光子电路，其整体运行逻辑与传统电子芯片有着异曲同工之妙。在硅基芯片内部设计排布着大量微型光波导传输通道，光线依靠这些精密的微型通道完成定向传输，传输原理等同于电流依靠金属线路在普通计算机芯片内部完成流通运转。为精准实现能量损耗模拟功能，科研团队在主传输光路之外，专门增设独立的旁支光路，将这条旁支光路设定为固定的能量损耗模拟通道。工作人员可通过调控外部输出的电信号，灵活调节主传输光路与损耗旁支光路之间的连接紧密程度、信号互通强度，以此精准把控能量损耗的快慢与多少。

克里希纳介绍，纵观以往绝大多数量子相关实验，科研人员在开展实验、整理实验数据的过程中，大多只关注符合经典理论、贴合理想运行模型的实验结果，但凡出现偏离教科书标准理论、超出理想运行状态的实验现象，都会被直接划定为能量损耗问题，直接进行剔除忽略，无法发挥这类实验现象的科研价值。而此次研发的全新芯片彻底改变这一实验模式，能够在人工精准调控的前提下，完整、可控地复现量子系统运行过程中所有非理想化物理变化与运行状态，让以往被忽视的损耗现象成为可研究、可分析的重要实验样本。

在具体实验操作阶段，科研人员会将一部分处于运行状态的量子光，定向引导至独立的外部输出端口，借助这一端口完整模拟真实自然环境以及量子系统能量损耗通道。工作人员通过对该端口的数据进行实时监测、精准记录，就能够清晰追踪光子的传输路径、能量变化以及最终运行归宿，全面掌握量子信息在损耗过程中的完整流转过程，补齐以往量子损耗研究中的数据短板。

可控能量损耗研究的实际意义

瑞典皇家理工学院副教授、本次研究的通讯作者阿里·埃尔沙里，用通俗易懂的方式定义了这款新型芯片的核心作用，将其称作适配量子光学研究的可编程量子光控枢纽。工作人员仅通过调整外部输送的控制电信号，就能够自由改变芯片内部光子的传输走向，实现多样化实验模式切换。既可以控制光子始终沿着主光路平稳定向传输，维持稳定的运行状态；也可以引导大部分光子分流进入预设的能量损耗通道，模拟高损耗运行场景；同时还能够依托量子干涉基础原理，让光子形成特殊的量子叠加态，完成各类复杂量子状态的模拟实验，全面覆盖量子领域多样化的实验研究需求。

从现阶段整体研究进度来看，此次开展的各项实验依旧以基础物理理论研究为核心方向，所有研发成果仅完成基础原理层面的可行性验证，尚未正式投入商业化落地与大规模实际应用。但科研团队一致认为，系统厘清量子系统能量损耗、外界干扰等各类物理作用带来的影响，摸清相关变化规律，是未来各类实用型量子技术落地量产、普及应用的重要基础，具备极高的前置研究价值。

华中科技大学副教授高俊作为本次论文的合著作者，结合国内量子技术研发现状与行业整体发展趋势指出，放眼全球量子科技研发领域，现阶段所有已经落地试用以及处于研发阶段的量子设备，都无法彻底杜绝运行过程中的能量泄漏问题，也难以完全隔绝外界环境带来的各类噪声干扰，各类负面影响因素将长期伴随量子设备运行全程。

而这款新型模拟芯片的成功研发，搭建起一套完整且可控的专业化量子实验研究平台，能够帮助全球科研人员系统性研究量子信息在复杂多变、充满干扰的现实环境当中的传输路径、损耗规律以及状态变化。更重要的是，该研究为行业提供了全新的创新研发思路，推动科研人员转变固有研发思维，不再单纯将能量损耗、信号偏差等问题视作研发路上的技术阻碍，积极探索合理的技术转化方式，把这些长期困扰行业发展的技术难题，逐步转化为能够助力量子设备性能升级、丰富量子技术应用场景的优质可用资源。