量子計算技術路線“百花齊放”｜科技立異世界潮

來源：綜藝大集合 釋出時間：2023-02-09 16:21

科技日報記者[gf]2002[/gf]劉霞

英國《天然》網站在6日的報道中指出，建造實用量子計算機的競賽正邁入新階段。此前領先的一些技術，如超導量子位元等目前正面臨擴大規模方面的限制，而其他“小眾”技術正迅速迎頭趕上。目前量子計算技術路線已呈現“百花齊放”態勢，超導、離子阱、中性原子等競相“爭奇鬥豔”，不外終極“花落誰家”仍是未知數。

疊加是秘密武器

量子位元比擬傳統計算機位元更強盛，是因為兩個獨特的量子現象：疊加和糾纏。疊加使量子位元能夠同時為0和1，而傳統位元只能為0或1。由於量子疊加態中同時存在多種狀態，所以可同時處理多種計算。

不外，為儘可能長時間地保持量子態，量子位元必需與周圍環境隔離開。但又不能過於孤立，由於它們必需相互作用才能執行計算。

荷蘭量子技術研究機構QuTech的研究總監伊文·萬德斯芬表示，這就使建造一臺實用量子計算機極具挑戰性，儘管如此，該領域最近10年取得的進展“令人印象深刻”。

超導“一馬當先”

谷歌的量子計算硬體[gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf]圖片來源：《天然》網站

在多種量子技術發展路線中，超導量子位元“一馬當先”。2019年，谷歌公佈開發出54個量子位元的超導量子晶片，其對一個電路取樣一百萬次只需200秒，而當時運算能力最強的超級計算機“頂點”需要一萬年，率先實現了“量子優越性”。

在這一領域，IBM公司去年11月公佈推出包含433個量子位元的量子晶片“魚鷹”，預計未來幾個月，該公司將推出首款擁有1000個量子位元的量子晶片“禿鷹”。

不外，科學家也指出，一旦晶片上超導量子位元的數目遠遠超過1000個，擴大規模就變得非常難題，由於每個量子位元都需要與外部電路相連以便進行控制。因此，IBM計劃採用模組化方法，從2024年起將不再執著於增加晶片上量子位元的數目，而是將多個晶片連線到一臺機器上。

IBM公司的量子計算系統[gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf]圖片來源：《天然》網站

離子阱“不甘示弱”

霍尼韋爾量子計算機的離子阱[gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf]圖片來源：《天然》網站

離子阱技術路線因為量子位元相干時間長、量子位元之間的連線性好、邏輯閘操縱保真度高等特點備受業界關注，現已成為通用量子計算機發展中的領先路線之一。

但離子阱量子計算機更難擴充套件，部門原因在於需要單獨的鐳射裝置來控制每個離子。美國初創公司IonQ開發出的方法能將多行離子封裝到一個晶片內，量子位元的數目可能多達1024個。

IonQ也計劃採用模組化方法連線多個晶片，實驗表明其離子阱量子位元的置信度高達99.99%。

中性原子“駛入快車道”

光鑷技術演示圖[gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf]圖片來源：《天然》網站

另一種技術可能會突破1000個量子位元。該技術使用聚焦的鐳射束（光鑷）捕捉中性原子，並用原子的電子態或原子核的自旋編碼量子位元。這種方法已發展了十多年，現在正“駛入快車道”。

研究職員已利用光鑷建立了由200多箇中性原子組成的陣列，他們正迅速將新技術和現有技術結合，以用於實用量子計算機的研製過程。

這項技術的一個主要長處是，可讓多種型別的光鑷與其攜帶的原子相結合。這就使該技術比超導等其他平臺更靈活。在超導迴路內，每個量子位元只能與晶片上的“近鄰”相互作用。

這種方法獲得的量子位元的置信度很快將達到99%，但進一步晉升仍需大量研究。

矽自旋電子等“迎頭趕上”

其他量子位元技術儘管仍處於起步階段。

一種方法是利用被矽等傳統半導體內部電場捕捉的單個電子的自旋作為量子位元編碼資訊。去年9月，QuTech團隊在《天然》雜誌上發表論文稱，他們設計並實現了創紀錄的6個矽基自旋量子位元處理器，能以較低誤差率執行，有助於實現基於矽的可擴充套件量子計算。儘管該技術能與進步前輩的半導體制造技術相容，但與超導等平臺比擬，矽自旋量子位元的規模目前還很落後，該領域的主要挑戰和重要方向在於擴大量子位元數目的同時實現所有元件的高保真度。

還處於概念階段的拓撲量子位元已獲得大量投資。理論上，拓撲量子位元比傳統量子位元具有更低的錯誤率，因此能以更低的用度實現可擴充套件量子計算。微軟公司現在正致力於演示第一個拓撲量子位元。

研究職員指出，這些計算平臺都有但願，但終極開發出實用型量子計算機可能還需更具創新性的設法。

（來源：科技日報）

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科技日報記者[gf]2002[/gf]劉霞

英國《天然》網站在6日的報道中指出，建造實用量子計算機的競賽正邁入新階段。此前領先的一些技術，如超導量子位元等目前正面臨擴大規模方面的限制，而其他“小眾”技術正迅速迎頭趕上。目前量子計算技術路線已呈現“百花齊放”態勢，超導、離子阱、中性原子等競相“爭奇鬥豔”，不外終極“花落誰家”仍是未知數。

疊加是秘密武器

量子位元比擬傳統計算機位元更強盛，是因為兩個獨特的量子現象：疊加和糾纏。疊加使量子位元能夠同時為0和1，而傳統位元只能為0或1。由於量子疊加態中同時存在多種狀態，所以可同時處理多種計算。

不外，為儘可能長時間地保持量子態，量子位元必需與周圍環境隔離開。但又不能過於孤立，由於它們必需相互作用才能執行計算。

荷蘭量子技術研究機構QuTech的研究總監伊文·萬德斯芬表示，這就使建造一臺實用量子計算機極具挑戰性，儘管如此，該領域最近10年取得的進展“令人印象深刻”。

超導“一馬當先”

谷歌的量子計算硬體[gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf][gf]2002[/gf]圖片來源：《天然》網站

在多種量子技術發展路線中，超導量子位元“一馬當先”。2019年，谷歌公佈開發出54個量子位元的超導量子晶片，其對一個電路取樣一百萬次只需200秒，而當時運算能力最強的超級計算機“頂點”需要一萬年，率先實現了“量子優越性”。

在這一領域，IBM公司去年11月公佈推出包含433個量子位元的量子晶片“魚鷹”，預計未來幾個月，該公司將推出首款擁有1000個量子位元的量子晶片“禿鷹”。

不外，科學家也指出，一旦晶片上超導量子位元的數目遠遠超過1000個，擴大規模就變得非常難題，由於每個量子位元都需要與外部電路相連以便進行控制。因此，IBM計劃採用模組化方法，從2024年起將不再執著於增加晶片上量子位元的數目，而是將多個晶片連線到一臺機器上。