2026年9月，美国能源部（DOE）科学咨询委员会（Science Advisory Committee，SCAC）量子委员会于发布的《SCAC量子委员会报告：迈向一体化量子未来之路》（SCAC Quantum Committee Report: A Pathway to an Integrated Quantum Future）。报告围绕量子计算的科学应用、容错硬件能力和关键支撑技术，提出面向2028年及2030年以后的分阶段发展路线，建议美国能源部通过跨学科竞争项目、国家量子计算用户设施规划以及量子计算与高性能计算和人工智能系统融合，推动量子计算由实验室技术研发向科学研究工具转变。报告将2028年前展示具有科学价值的纠错量子计算能力作为近期目标，并提出以实际科学问题的解决能力衡量技术进展。

一、量子计算发展评价从硬件指标转向科学应用价值

报告认为，量子计算正在进入由基础研究向科学应用拓展的重要阶段。近年来，逻辑量子比特、量子纠错、系统集成和量子算法等方面取得进展，为发展具有实际科研用途的容错量子计算系统提供了技术基础。报告同时指出，当前仍存在科学和工程方面的挑战，需要通过持续研发和系统集成解决。

报告引用了若干近期科研成果说明量子计算的应用潜力。例如，混合量子—经典计算方法已经用于包含超过1.2万个原子的蛋白质—配体体系模拟，并实现化学精度的计算结果；量子模拟器已展示格点规范理论中的实时弦断裂现象，为研究基本粒子相互作用提供了新的计算方法；混合量子—经典计算也开始应用于聚变能源相关材料和催化金属有机体系的模拟。此外，部分量子硬件平台已实现低于量子纠错阈值运行的逻辑量子比特，支持可重构中性原子架构和可编程离子阱系统的技术进展也在持续推进。

这些成果体现了量子计算在特定科学问题上的应用进展，但需要区分混合量子—经典计算、量子模拟器和完整容错量子计算系统。报告列举的科研成果并不意味着通用容错量子计算已经实现。

报告提出，应将科学应用能力作为衡量量子计算进展的重要依据。传统评价通常关注物理量子比特数量、门操作保真度、错误率和系统规模等硬件指标。报告认为，这些指标仍然重要，但不能单独说明量子计算是否能够解决具有实际价值的科研问题。未来应将科学应用需求纳入硬件、算法、软件和系统工程设计，通过科学问题牵引技术研发，并以经过验证的计算结果评价系统能力。

报告特别强调，美国能源部拥有国家实验室、高性能计算中心、量子信息科学研究中心和大型科学用户设施等科研基础，可以将量子处理器与传统高性能计算、人工智能、科学仪器和实验平台结合，形成混合计算工作流。这一组织条件使能源部能够围绕化学、材料、聚变、粒子物理等科研任务，推动科学家与量子技术开发人员共同设计计算系统。

二、提出2026—2030年以后的三阶段发展安排

报告建议采用三个相互衔接的阶段推进量子计算发展。三个阶段分别对应近期科学应用验证、中期国家科研用户设施建设以及长期量子技术融入能源部科研体系。

第一阶段：2026—2028年，实施量子重大挑战计划（Quantum Grand Challenges）。

报告建议美国能源部组织国家实验室、高校和企业参与跨学科竞争项目，围绕具体科学问题设定可验证的技术和应用里程碑。参与团队需要协同开展量子硬件、算法、软件和系统工程研发，使科研需求能够直接参与计算系统设计。竞争项目既要推动硬件性能和容错能力提升，也要验证量子计算能否在具有实际意义的科学问题上形成新的预测能力或计算优势。

报告提出，2028年前的目标是展示首批具有科学价值的纠错量子计算应用。相关计算结果应通过与经典计算方法或实验结果进行比较，验证计算的正确性、可靠性及科学意义。项目实施过程中，应从基础基准问题逐步推进到超出现有经典计算能力范围的复杂科学问题，为后续科研用户设施建设积累技术和应用经验。

第二阶段：建设美国能源部量子计算用户设施（DOE Quantum Computing User Facility，QCUF）。

报告建议在量子重大挑战计划推进的同时，开展未来国家量子计算用户设施的专项规划。该设施拟面向国家实验室、高校、企业和联邦科研机构提供量子计算科研资源，支持科研人员与量子硬件开发者共同开展应用研究、系统测试和技术开发。

报告强调，QCUF应按照能源部现有科学用户设施的运行模式建设，采用同行评审和科研用户支持机制，并为跨学科团队提供驻场科研人员、软件开发、基准测试和技术培训等支持。设施应兼顾云端访问与国家实验室现场部署：云端资源便于科研人员开展远程试验和使用商业量子计算设备；国家实验室现场部署则有利于量子硬件与高性能计算系统、人工智能基础设施、科学仪器和低温设备进行紧密集成。

报告没有确定该设施的具体建设地点、规模、投资预算和最终技术架构，而是建议能源部根据科学应用成熟度、硬件技术水平、科研用户需求和长期运行条件，开展持续评估后作出决策。因此，QCUF目前应理解为报告提出的规划方向，不能视为已经建成或完成正式立项的国家设施。

第三阶段：2030年以后，推动量子技术融入能源部科研体系。

报告提出，随着量子计算技术逐步成熟，应将量子处理器、量子模拟器和量子传感器融入能源部更广泛的科研基础设施，与高性能计算、人工智能、先进网络、加速器、光源、中子源、聚变实验平台和科学用户设施协同运行。

在这一阶段，量子计算将根据不同科研任务的实际需求，以量子协处理器、专用量子模拟器或实验设备内嵌量子系统等形式部署。能源部不应预先确定单一硬件路线或设施架构，而应根据科学应用价值、技术成熟度、科研用户需求和同行评审结果，逐步调整投资方向。

三、建立科学、硬件和技术三维路线图

除上述三个发展阶段外，报告还提出以科学应用、硬件能力和关键支撑技术为主线的三维路线图。三条路线相互衔接：科学问题决定所需计算能力，硬件发展提供计算基础，关键技术研发则解决系统规模化和可靠运行中的瓶颈。

第一，科学应用路线图。

报告提出，2028年前应围绕具有明确科研价值、能够通过计算或实验验证的任务推进应用示范，重点包括：准确预测具有催化意义的分子电子结构；模拟与超导和先进制造相关的强关联材料；开展聚变相关材料和等离子体过程的验证性模拟；模拟中微子和核相互作用；再现粒子物理量子场论中的关键现象。

面向2030年代，报告进一步提出利用量子计算开展新药和治疗性蛋白质设计，开发清洁化学制造所需的催化剂，研究新一代超导体、电池和量子材料，模拟聚变能源系统，以及开展原子核、夸克、胶子和中微子相互作用等基础物理研究。这些内容属于报告对中长期应用前景的判断，并非已经实现的技术能力。

第二，硬件能力路线图。

报告建议建立逐步提高要求的容错量子计算硬件指标体系，评价内容包括逻辑量子比特数量、逻辑操作能力、准确性和可靠性、运行速度、连接能力、系统集成水平及科学验证结果。其重点是判断硬件是否能够支持复杂科研工作流，而非单纯追求物理量子比特数量增长。

报告提出，2028年前应具备执行首批具有科学价值的容错应用的硬件能力；此后继续向约1000个逻辑量子比特和持续容错运行能力迈进，为支持多个科研领域的长期科学研究提供基础。报告同时指出，逻辑量子比特数量必须与系统可靠性、运行效率、重复运行能力和计算吞吐量结合评价，不能单独作为衡量系统成熟度的标准。

第三，关键技术路线图。

报告将容错量子计算的技术瓶颈扩展至整个技术栈，提出重点推进量子相干时间延长、物理和逻辑错误率降低、量子纠错协议扩展、实时错误解码、控制电子设备、低温系统、布线与封装、模块化和异构架构、量子互连、软件编译器、计算验证、系统校准及自动化运行等技术。

此外，报告强调规模化生产、系统可重复性、运行时间和可维护性的重要性。未来量子计算系统不仅要在实验室环境中完成技术演示，还需要具备持续稳定运行、支持科研用户和开展复杂计算任务的工程能力。

四、坚持多技术路线并行，强化产学研联合研发

报告认为，当前量子计算领域仍处于多种硬件技术路线并行发展的阶段，尚不具备提前确定单一技术路线的条件。报告建议继续支持超导电路、中性原子、离子阱、光子和硅自旋量子比特等不同技术路径，根据各自技术成熟度和科学应用表现开展竞争性评估。

这一技术中立原则也体现在未来用户设施规划中。报告提出，未来美国能源部可能形成由不同硬件架构、不同科学任务和不同部署方式组成的量子计算设施组合，而非由单一技术供应商或单一实验室承担全部任务。不同技术路线可以围绕化学、材料、粒子物理、核物理和优化计算等领域形成互补。

在产学研协作方面，报告认为，量子硬件开发人员、算法研究人员、人工智能专家、软件工程师和领域科学家需要开展长期、面对面的联合研发。报告建议采用嵌入式联合设计研究岗位（embedded co-design fellowships），安排科研人员进入企业工程团队、企业技术人员进入国家实验室，合作周期可为6至18个月；同时建立企业与国家实验室联合任职、共享技术人员等机制。

报告还提出，应在保护知识产权和商业创新的基础上，适当降低科研协作障碍，使科研人员能够获得开展应用优化所需的硬件架构、控制接口、诊断信息和系统性能数据。对于量子计算与经典计算的混合系统，报告建议推动开放互连标准，改善不同硬件平台、软件工具和计算系统之间的互操作性。

五、提出六项政策建议，推动量子计算融入科研基础设施

报告最终提出六项主要建议：

一是依托美国能源部现有量子信息科学研究基础，建立分阶段量子计算发展计划，并将未来面向科研用户的容错量子计算设施纳入长期规划。

二是设立量子重大挑战竞争项目，通过跨学科团队和里程碑考核，推动量子硬件、原型系统、算法、软件及科学应用协同发展。

三是建立新的产学研合作模式，推动国家实验室、高校和企业开展持续联合设计，降低科研协作障碍，同时保留适当的知识产权保护。

四是将量子计算纳入能源部科学研究体系，加强量子计算与基础科研、高性能计算、人工智能、科学用户设施、量子传感和量子网络的协同，并推动量子—经典混合计算的开放标准建设。

五是扩大对量子技术全栈的投入，重点发挥能源部在超导技术、低温工程、先进材料、加速器科学、微电子、科学仪器和大型系统工程等领域的技术优势。

六是保持长期稳定的国家投资，在支持未来科研基础设施建设的同时，维持基础量子科学和关键支撑技术研发投入。