每經(jīng)編輯 杜宇

據(jù)科技日?qǐng)?bào)2月6日消息，加拿大Xanadu量子技術(shù)公司開(kāi)發(fā)出全球首臺(tái)可擴(kuò)展光量子計(jì)算機(jī)原型。該公司在最新一期《自然》雜志上發(fā)表文章詳細(xì)介紹了其設(shè)計(jì)和構(gòu)建過(guò)程，并展示了該原型機(jī)如何能夠靈活擴(kuò)展至所需規(guī)模。這項(xiàng)突破為未來(lái)大規(guī)模量子計(jì)算的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

研究人員采用了模塊化設(shè)計(jì)理念來(lái)構(gòu)建這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。初始階段，他們構(gòu)建了一個(gè)包含少量量子位的基本單元，適用于最基礎(chǔ)的應(yīng)用場(chǎng)景。隨著需求增長(zhǎng)，可以通過(guò)添加更多相同類(lèi)型的單元來(lái)擴(kuò)展計(jì)算能力。這些單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，共同構(gòu)成一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)。每個(gè)新增的單元或量子服務(wù)器機(jī)架都會(huì)增加整體處理能力。

系統(tǒng)和主要模塊示意圖。（圖片來(lái)源：英國(guó)《自然》雜志）

研究人員指出，數(shù)千個(gè)這樣的單元可以通過(guò)光纖電纜連接，從而創(chuàng)建具有巨大處理能力的大型量子計(jì)算機(jī)。由于整個(gè)系統(tǒng)基于光子技術(shù)，因此無(wú)需將光子組件與傳統(tǒng)電子組件結(jié)合使用。

為了驗(yàn)證這一理念，研究人員構(gòu)建了一個(gè)由四個(gè)服務(wù)器機(jī)架組成的原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)用84個(gè)壓縮器，形成了一個(gè)擁有12個(gè)物理量子位的計(jì)算機(jī)。其中，第一個(gè)機(jī)架配置了輸入激光器，而其他三個(gè)機(jī)架則包含了五個(gè)主要子系統(tǒng)：量子位生成源、量子位存儲(chǔ)緩沖區(qū)、用于提高質(zhì)量和產(chǎn)生糾纏態(tài)的優(yōu)化系統(tǒng)、輔助糾纏和聚類(lèi)的路由系統(tǒng)，以及執(zhí)行最終計(jì)算任務(wù)的量子處理單元。特別的是，由于系統(tǒng)完全基于光子技術(shù)，所以它能夠在室溫下運(yùn)行，不需要冷卻設(shè)備。

研究人員通過(guò)創(chuàng)建一種獨(dú)特的糾纏態(tài)，測(cè)試了系統(tǒng)的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿(mǎn)意，表明該系統(tǒng)不僅能執(zhí)行復(fù)雜的大型計(jì)算任務(wù)，而且具備高度的容錯(cuò)性。該成果不僅展示了量子計(jì)算的巨大潛力，還為未來(lái)技術(shù)發(fā)展提供了新的方向和可能性。

Xanadu表示，量子計(jì)算機(jī)一直面臨提高性能(糾錯(cuò)和容錯(cuò))、可擴(kuò)展性(網(wǎng)絡(luò))兩大問(wèn)題，現(xiàn)在他們已經(jīng)解決了后者。

Aurora光量子計(jì)算機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，配備35顆光子芯片，連接光纖長(zhǎng)度達(dá)13公里，它們分為四個(gè)相似的單元，分布在4臺(tái)機(jī)架服務(wù)器上，可實(shí)現(xiàn)光互聯(lián)與聯(lián)網(wǎng)。

通過(guò)光纖互連聯(lián)網(wǎng)，多達(dá)84個(gè)壓縮器、36個(gè)光子數(shù)分辨探測(cè)器，能在每個(gè)時(shí)鐘周期提供12個(gè)物理光子量子比特模式。

他們計(jì)劃2029年建立第一個(gè)量子數(shù)據(jù)中心，包含數(shù)千臺(tái)服務(wù)器、100萬(wàn)個(gè)量子比特。

圖片來(lái)源：視覺(jué)中國(guó)-VCG41N1309760279

另外，美國(guó)PsiQuantum、法國(guó)Quandela等也都在研究光量子計(jì)算機(jī)。

據(jù)科普中國(guó)，2023年10月11日，國(guó)際知名物理學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》刊登了中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在光量子計(jì)算領(lǐng)域的最新研究成果。

來(lái)自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院的潘建偉、陸朝陽(yáng)、劉乃樂(lè)等人組成的光量子計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)，與中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心共同合作，成功構(gòu)建了255個(gè)光子的光量子計(jì)算原型機(jī)“九章三號(hào)”，再次刷新了光量子計(jì)算機(jī)中可控光子數(shù)目的世界紀(jì)錄。

“九章三號(hào)”是在之前“九章”系列光量子計(jì)算原型機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展成熟而來(lái)的最新型號(hào)，代表了當(dāng)前光量子計(jì)算領(lǐng)域的最高技術(shù)水平。

研究結(jié)果表明，相較于之前僅有113個(gè)光子操縱能力的“九章二號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)，具有255個(gè)光子的“九章三號(hào)”在處理“高斯玻色采樣”這一特定的復(fù)雜問(wèn)題上，運(yùn)算速度提升了大約一百萬(wàn)倍。

因此，“九章三號(hào)”不僅提高了光量子計(jì)算機(jī)求解復(fù)雜問(wèn)題的能力，還創(chuàng)造了量子計(jì)算優(yōu)越性的最新世界紀(jì)錄，為最終研制真正實(shí)用化的通用量子計(jì)算機(jī)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

光量子也稱(chēng)為光子，能夠以光速來(lái)傳遞電磁相互作用，其最早在1905年由阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Albert Einstein）提出，并且在1926年被美國(guó)科學(xué)家吉爾伯特·路易士（Gilbert Lewis）正式命名。

現(xiàn)今生活中，我們所接觸到的電腦和計(jì)算器等電子設(shè)備，仍然屬于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的范疇。隨著經(jīng)典計(jì)算機(jī)的算力不斷接近摩爾定律的極限，只是單純?cè)黾咏?jīng)典計(jì)算機(jī)的處理器數(shù)量，越來(lái)越難以適應(yīng)未來(lái)龐大的數(shù)據(jù)運(yùn)算需求。

而量子計(jì)算機(jī)不同于經(jīng)典計(jì)算機(jī)，它采用量子力學(xué)理論中的并行計(jì)算特性，來(lái)?yè)碛懈痈咝У倪\(yùn)算性能。

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合科技日?qǐng)?bào)、科普中國(guó)

封面圖片來(lái)源：視覺(jué)中國(guó)-VCG41N1309760279