平流层量子数据中心：下一代云

如果“云计算”真的成为现实会怎样？科学家们正在探索这个问题。 部署 在平流层部署先进计算机，以解决量子计算的核心问题之一。

如果部署，这种独特的 方式 至 解决 这个问题可以节省冷却成本，并彻底改变 方式 we 知道 想一想 of “云计算。”

量子数据中心冷却成本日益增长

量子计算机 旨在 一种计算机 这 利用 利用量子力学进行复杂计算的速度比经典计算机快得多。

与使用比特（即0或1）存储和处理数据的传统计算机不同，量子计算机使用量子比特，量子比特可以同时存在于多种状态（称为叠加态），并且可以相互连接（称为叠加态）。 称为纠缠。 这些特性使得量子计算机能够同时探索多种可能性。

量子计算机以量子比特为基本数据单元，可以执行高级并行计算，并享有显著提高的存储容量。 然而，量子比特对环境噪声非常敏感，例如： 热、振动和电磁干扰。

他们是 只是 它们非常脆弱，因此需要保持在极低的温度下，以防止噪声引起的故障并确保正常运行。.

大多数量子系统实际上在几毫开尔文到 10 开尔文的低温度下运行。

因此，尽管量子数据中心（QDC） 有潜力 以两倍的速度完成任务 a 传统 一种，他们消费 十 由于能量增加，能量也增加了数倍。 指某东西的用途 高能耗低温冷却系统。

其结果是， 那里 is 需要 至 调查 这个 QDC的 热力学方面 为了 减少 这个 制冷能耗 of 这些数据中心。

数据中心用于量子芯片的一些主要冷却技术包括激光冷却、稀释制冷和脉冲管制冷，而诸如在超固体中使用磁热效应（磁性材料在施加磁场时会升温，在移除磁场时会冷却的现象）等先进技术也正在获得发展动力。

另一种技术是将量子电路浸入稀有的低温流体氦-3中。在极低温度下，它会变成超流体，并表现出独特的量子特性。

然而，实现和维持量子比特的低温环境仍然是一项挑战。 需求 成本和能源消耗巨大，构成重大障碍 量子计算 采用和规模化 up 这项快速发展的新兴技术。

本篇 呼吁采用创新的工程方法，以实现高性能量子计算。

沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员开展的一项研究正是基于此，他们提出在平流层高空平台（HAP）上部署量子处理器。这些处理器将安装在飞艇上。 穿过平流层 在海拔约 20 公里（12.4 英里）处，环境温度为 -50°C（约 -58°F）。 

通过利用这些天然的低温条件，研究人员旨在大幅降低量子数据中心的冷却需求，并实现可持续的高性能量子计算。

将飞艇改造成太阳能低温数据中心

沙特阿拉伯研究人员提出的新方案 阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）), 发表于《npj无线技术》期刊¹详细介绍了一种利用飞艇（或称软式飞艇）在平流层部署量子计算机的新框架。.

这也表明，他们独特的绿色、灵活部署于高层大气中的量子计算方法具有以下优势。 卓越的能源效率。 此外，该系统的计算性能更佳。 比传统的地面数据中心更高效。

“由于飞艇在云层和天气系统之上运行，因此可以获得可预测且不受阻碍的太阳辐射。”

——主要作者，KAUST的Basem Shihada

为了 利用寒冷条件 of 该团队提出了利用量子计算实现的高空平台（QC-HAPs）来探索平流层。 这些平流层飞艇将搭载装在低温恒温器中的量子装置，以维持所需的低温环境。 

是的，仍然需要低温恒温器来维持量子态，但在这样的高度，自然较低的环境温度会大幅降低低温冷却所需的能量。 
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此外，飞艇还将配备太阳能电池板，将阳光转化为电能，以及锂硫电池，以确保在夜间和恶劣天气下平稳运行。

根据该论文，太阳产生的高能粒子——宇宙射线，对平流层量子计算系统的可靠性影响甚微，证实了该平台在平流层中的可行性。 

位于空中的QC-HAPs将 相联系 到地面上的量子数据中心。

为此，HAP 会发送以光波形式编码的信息。 通过 自由空间光通信（FSO）。阴天时，射频链路将作为备用方案。

为了防止数据在大气层中传播时出现信号衰减和退相干，研究团队建议使用较低高度的中间平台，例如搭载在气球上的平台。 作为中继站。

QC-HAP 的最大优势在于其可移动性，无论在需求旺盛的热点地区还是偏远地区，都能灵活部署。这种灵活的部署方式扩展了量子计算的覆盖范围，缓解了计算瓶颈，并降低了延迟。

此外，它们还可以连接在一起，以提高整体计算能力，形成“一个能够在全球范围内按需提供可扩展量子计算服务的动态集群”，该研究的合著者、目前是突尼斯迦太基大学研究员的维姆·阿卜杜拉希姆 (Wiem Abderrahim) 表示。

这种可扩展的多 HAP 星座架构可以克服单个能量限制并增强计算优势。

根据研究人员的计算，与地面上同等规模的量子计算中心相比，他们的太阳能解决方案可以减少 21% 的冷却需求。

研究人员利用该方法对两种领先的量子计算形式进行了评估，考察了它们的成熟度、稳定性、可扩展性和相干时间。 冷却需求的降低幅度因量子比特架构而异，因为每种类型的量子比特都以不同的方式运行。 不同的低温温度范围。

一种方法是利用基于被冷却至约 4K（约 -269°C）的囚禁离子的量子比特。这种方法从 QC-HAP 概念中获益最多。另一种方法是利用工作温度在 10 至 20 mK 之间的超导电路。

他们的分析还表明，这些量子使能型HAP在保持性能的同时，比基于地面的QDC支持多30%的量子比特。 降低错误率，尤其是在利用 先进的硬件功能。

研究指出，除了量子比特之外，平流层量子系统所实现的节能效果还取决于数据中心的架构。.

虽然这个未来概念很强大，但距离实际应用还有很长的路要走，需要量子计算硬件取得重大进展，例如能够识别和纠正错误的强大系统，尤其是在传输过程中。

也有 这个 平流层环境的独特特征，例如太阳辐射和天气状况的季节性变化，会影响太阳能的收集，进而影响…… 他们提出的平台的能源效率需要仔细考虑。

该研究未来的研究重点应放在分析环境因素如何影响量子系统以及 为 QC-HAP 的实际推广开发稳健的设计。 

“我们下一步将从概念和分析阶段转向更注重实施的研究。”

该研究的合著者奥萨马·阿明

展望未来，研究人员预计空中量子解决方案不会取代传统的地面数据中心，而是在混合云计算框架中与地面数据中心并存。

全球竞相将量子计算机变为现实

随着研究人员探索基于天空的量子平台，主要行业参与者也在不断推进量子时代所需的硬件研发，这些平台最终可能会支持量子时代。 

IBM (IBM )例如，该公司是量子计算机领域的深度参与者之一，希望在本十年结束前交付 Starling，这是一款大规模容错量子计算机。

近日，该公司宣布开发出新型量子处理单元（QPU）。 预计 帮助 他们 实现量子优势 以及 一台完全容错的量子计算机。

IBM Quantum Nighthawk 拥有 120 个量子比特 它的 首款新型处理器 可以处理 与 IBM 上一代 QPU（R2 Heron）相比，量子计算复杂度提高了 30%。 这些量子比特中的每一个都可以连接 与最近的 四 多亏了邻居们 可调谐耦合器。 该框架将使科学家能够探索需要 5,000 个双量子比特门的问题，IBM 希望 具有 夜鹰的未来版本 交付 到 2027 年底，将建成多达 10,000 个大门。

IBM Loon是另一款体积较小的处理器。 其中有 112 个量子比特以及所有实现完全容错所需的硬件元件，以应对高故障率 在量子比特中. 本篇 这将有助于团队在开发 Kookaburra 之前积累经验。Kookaburra 是另一个概念验证处理器，它将是首个采用模块化设计的量子处理器，用于存储和处理编码信息。 是期待 明年。

此外，IBM还透露…… 其 新 格式 在 300 毫米（12 英寸）晶圆上制造量子处理器，可将每个处理器的制造时间缩短一半，同时提高效率。 这个 物理复杂性 芯片 乘以 10。

虽然硬件发展日新月异，但各行业领先企业实现主流量子技术的具体时间表却大相径庭。

根据量子计算机的说法 英特尔公司 (INTC ) 前首席执行官帕特·盖尔辛格（Pat Gelsinger）将在大约两年内更快地成为主流，并将标志着GPU时代的终结。与此同时， Nvidia公司 (NVDA )GPU 市场的主导企业表示，量子计算要成为主流还需要二十年时间。

“我们即将进入科技工作者最激动人心的十年或二十年，”盖尔辛格在接受《金融时报》采访时表示。 他还称量子计算为“神圣三位一体”。 这个 计算 世界与经典计算和人工智能计算并驾齐驱。

但盖尔辛格也认为“量子突破”将刺破人工智能泡沫，而谷歌的桑达尔·皮查伊则认为它本身就是下一次人工智能热潮。

世界第三大公司的首席执行官 by 市值达 3.86 万亿美元的某公司在最近的一次采访中表示，量子计算正迅速接近一个突破性时刻，类似于人工智能几年前经历的突破时刻。

“我认为量子技术的发展水平可能相当于五年前的人工智能。所以我认为五年后，我们将迎来量子技术发展的一个非常激动人心的阶段。”

– 皮查伊

谷歌正积极为这一转变做好准备。皮查伊表示：

“我们拥有世界上最先进的量子计算技术……我认为，构建量子系统将帮助我们更好地模拟和理解自然，并为社会带来诸多益处。”

进一步印证了这一趋势，就在上个月, 谷歌量子人工智能的研究人员 报道 实施 表面代码² 使用三种不同的动态电路。 本篇 这为众所周知的量子纠错（QEC）技术的实际应用开辟了新的可能性，并且还有助于开发更可靠的纠错算法。 量子计算机。

量子纠错是确保这些计算机可靠运行的关键。它对于构建容错量子计算机也至关重要，但“实现量子纠错是一项重大挑战，因为错误检测和纠正电路非常复杂，需要极其精确的操作，”论文合著者马特·麦克尤恩说道。

所讨论的表面代码的工作原理是将量子比特组织在二维网格上，然后反复检查故障。

此前，麦克尤恩曾致力于一项理论提案，该提案表明有多种实现方式，特别是证明了三种不同的动态表面代码实现的可行性： 六边形、iSWAP 和步行电路。

在此基础上，团队继续…… 证明工作 他们在真实世界的条件下进行实验。 

经测试，他们发现iSWAP电路有所改进。 这个 抑制 错误 步行电路是原来的 1.56 倍，六边形电路是原来的 1.69 倍，而六边形电路是原来的 1.56 倍。 这样做了 2.15次

“我们工作的最大收获是证实了这些动态电路实现方式在现实中是有效的。”

麦克尤恩

量子比特稳定性方面的突破也在加速推进。 普林斯顿工程师 为 最近 能 延长 量子比特寿命³ 在他们最新的研究中， 部分资金由谷歌量子人工智能提供。.

这是开发实用量子计算机的一大步，工程师们创造了一种超导量子比特，其稳定性超过 1 毫秒，是现有最强版本的三倍。

“真正的挑战，也是我们今天无法拥有实用量子计算机的原因，在于你构建了一个量子比特，但信息保存的时间并不长，”论文合著者、普林斯顿大学工程学院院长安德鲁·霍克说。“这将是下一个重大突破。”

为了验证他们所改进的量子比特相干性，研究人员利用这种新架构构建了一个可工作的量子芯片，该架构与谷歌开发的系统类似。 IBM (IBM ). 

所使用的超导量子比特方案依赖于在极高温度下运行的超导电路。 常温 温度和 提供可靠的 ，来自 环境噪声。 它们也与现有的制造工艺兼容良好。然而，提高这些量子比特的相干时间却极其困难。

因此，普林斯顿团队重新设计了量子比特，使用 这个 极其坚固的钽，以防止 这个 能量损耗和广泛可用的高质量硅作为衬底。 这种钽硅芯片不仅更容易大规模生产，而且性能也优于目前的设计。

将这两项技术结合起来，并改进制造工艺，使团队实现了传输线历史上最重大的改进之一。 一台假想的1,000量子比特计算机 可以工作 如果采用业内目前最佳设计，性能大约要好十亿倍。 is 换 与普林斯顿大学的 设计 由于其改进 缩放 Houck表示，系统规模越大，这种增长速度呈指数级增长。

Théau Peronnin 是 Alice & Bob 公司的首席执行官，该公司正在开发一种容错量子计算系统。 Nvidia公司 (NVDA )最近有人表示，虽然量子技术目前还不够先进，无法对当前的加密系统构成威胁，但它可能在 2030 年之后的几年内变得足够强大，可以破解这些系统。

本篇 不仅对……构成威胁 比特币 (BTC ) 以及加密货币，也包括所有银行加密技术。他在接受《财富》杂志采访时表示：

“量子计算的前景是指数级加速，但如果你放大观察指数曲线，会发现它一开始是平的，然后就变成一道垂直的墙。所以我们现在才刚刚开始拐点。目前，它的性能还不如你的智能手机。但再过几年，它的性能将超过有史以来最大的超级计算机。”“

然而，各公司正在努力寻找解决方案，而研究人员也在不断拓展量子网络的应用范围。上个月，芝加哥大学普利兹克分子工程学院（UChicago PME）的研究人员…… 增加了量子连接的范围³ 从几公里到2,000公里。

“构建全球规模量子互联网的技术首次触手可及。”“

田忠助理教授

在他们的研究中，该团队将单个铒原子的相干时间从 0.1 毫秒增加到 10 毫秒以上，在一次实验中，他们甚至达到了 24 毫秒。

这里的创新之处在于 建设 晶体对……至关重要 创建信息图 量子纠缠 以另一种方式. 为此，他们 利用 分子束外延（MBE） 这是 类似于3D打印。 “我们从零开始，然后一个原子一个原子地组装这个装置，“ 他补充说：“这种材料的质量或纯度非常高，以至于这些原子的量子相干特性变得非常出色。”

投资量子技术

离子Q公司 (IONQ ) 是一家专注于量子计算的纯粹量子公司，致力于构建和商业化量子计算机，尤其关注囚禁离子量子比特。该公司通过主流云平台提供量子硬件，旨在让量子计算更易于获取，并随着量子技术向实际应用迈进，为其商业化推广奠定坚实基础。 

IonQ的股价表现也反映了这一点，其股价目前为48.10美元，过去一个月下跌了21%，但年初至今上涨超过18%，过去三年累计上涨67.56%。其每股收益（TTM）为-5.35美元，市盈率（TTM）为-9.21。

至于公司的财务实力，其公布的2025年第三季度营收为3990万美元，同比增长222%。净亏损为1.1亿美元，GAAP每股亏损为3.58美元，调整后每股亏损为0.17美元。

截至季度末，IonQ 拥有 1.5 亿美元的现金、现金等价物和投资。 

“我们提前三个月实现了2025年的技术里程碑#AQ 64，其计算空间比领先的商用超导系统高出36千万亿倍。我们实现了真正具有历史意义的里程碑，展示了创世界纪录的99.99%双量子比特门性能，这凸显了我们到2030年实现2万量子比特和80,000万逻辑量子比特的目标。”“

– 首席执行官 Niccolo de Masi

本季度，IonQ 还完成了对 Oxford Ionics 和 Vector Atomic 的收购，并与 Oak Ridge National Corporation 签订了一份新合同。l 实验室致力于开发加速的量子-经典工作流程和先进的能源应用。

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IonQ公司（IONQ）最新股票新闻

结论：当“云”变成量子

量子计算正从最初的实验室研究迅速发展成为一场全球技术竞赛，IBM、谷歌和英伟达等行业巨头正将硬件性能推向前所未有的高度。与此同时，量子比特相干性、量子计算等方面的突破也日益凸显。纠错和长距离纠缠正在稳步解决该领域长期存在的挑战。

在此背景下，KAUST的提案致力于构建“云计算”。“ 这是一个有形的现实，由天然低温和永恒的阳光驱动。 

这些进展表明我们正接近一个历史性的转折点。 未来十年内，量子计算很有可能最终从理论走向实际应用。 实际性重塑加密、科学和 终于 或许，这甚至关乎“云”的含义。“ 本身。

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案例

1. Abderrahim W.、Amin O. 和 Shihada B. 天空中的绿色量子计算。 npj无线技术 1、第 5 条（2025 年）。 https://doi.org/10.1038/s44459-025-00005-y
2. A. Eickbusch、M. McEwen、V. Sivak、A. Bourassa、J. Atalaya、J. Claes、D. Kafri、C. Gidney、C. Warren、J. Gross、A. Opremcak、N. Zobrist、KC Miao、G. Roberts、KJ Satzinger、A. Bengtsson、M. Neeley、WP Livingston、A. Greene、R. Acharya、L. Aghababaie Beni、G. Aigeldinger、R. Alcaraz、TI Andersen、M. Ansmann、F. Arute、…、A. Morvan 等人。动态表面代码演示。 自然物理学，2025，文章发表于2025年10月17日。 https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, RJ, & Zhong, T. (2025). 具有长寿命相干性的双外延电信自旋光子界面。 自然通讯，16，9814。 https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6