荷兰制定全球首个量子计算机供应链路线图

光子盒研究院出品

为了加速量子计算机的发展，荷兰量子生态系统成立了ImpaQT项目，其首要任务是：制定路线图。将量子计算机视为一个产品需要接口的标准化和其所有构建模块的集成，以及能够提供高质量组件并确保供应安全的成熟供应链。

ImpaQT团队表示，产品开发方法将重点放在功能和性能需求上。然而，产品开发方法需要系统工程方法。根据ImpaQT项目，商用量子计算机产品应满足以下要求：

●要求1：为商业上感兴趣的问题提供解决方案

●要求2：支持NISQ应用程序的开发和执行

●要求3：支持量子处理器的开发

●要求4：调整量子器件的性能

该路线图将产品开发分为以下几个部分：

●量子处理器

●低温输入/输出(I/O)链

●控制电子设备

●校准和控制框架

●应用程序

该方法将组件进一步细分为“运行期间所需”和“启动系统所需”的组件。

在量子处理器上，芯片设计、哈密顿和静电模拟是“启动系统所需”的组件，“运行期间所需”的组件包括QPU、参量放大器、样品架、布线、滤波和连接器。

在应用程序中，芯片设计和电路模拟器是“启动系统”所必需的，量子算法和编译器以及语言是“运行期间所必需的”。

在校准和控制框架中，“运行期间”需要的是“控制软件”，“启动系统”所需的组件包括：表征、校准、量子计算机验证和确认(QCVV)组件和多个模拟器，例如“脉冲轨迹模拟器”。

ImpaQT团队表示，这份以最终用户产品为中心的路线图为未来几年其他组件的路线图(一种“嵌入式”路线图)指明方向，同时指导整个商用量子计算机领域。

 全栈量子计算机由许多需要无缝协作的不同组件组成。

ImpaQT的产品路线图包括以下四类：

●量子计算机演示平台

●量子器件开发平台

●量子算法开发平台

●商用量子计算机

目前，ImpaQT的成员公司组成了一个量子计算机关键组件的本地供应链：1.解决特定问题的算法，该问题很可能在量子计算机上高效解决，2.在量子设备上表征、校准和运行算法的软件，3.实现量子设备闭环控制的电子设备，5.可扩展以控制多量子比特量子设备的布线和滤波，4.基于Trasmon的多量子比特量子处理器。

ImpaQT的路线图制定工作还在起步阶段。Inside Quantum Technology的作者Amara Graps为该路线图提出了如下建议：

量子计算机验证与确认(QCVV)协议

今年8月，Adrien Suau和他的同事发表了《量子计算硬件的单量子比特跨平台比较》。他们提供了一种 “量子比特响应、偏置、正向饱和、反向饱和” (简称Q-RBPN)协议，用于测量量子硬件平台中量子比特的四个基本属性。

提出的Q-RBPN协议可扩展到拥有数千个量子比特的大型量子计算机，并可深入了解特定硬件设备内和设备之间的量子比特属性分布。第一次有了一个协议，可以提供跨量子计算(IBM-Q)和量子退火(D-Wave Systems)硬件平台的单个量子比特性能的并行比较。

论文：

https://arxiv.org/abs/2108.11334

芯片设计路线图：ImpaQT路线图中的量子处理器组件

将Arne Laucht及其同事于2021年2月提出的《量子纳米技术路线图》用于芯片设计组件中，以在“运行期间”使用所需的相邻组件“启动系统”。这篇关于量子处理器的非常全面的综述总结了用于量子计量和传感的量子设备的现状，这些设备既可以作为量子计算的构件，也可以作为量子通信的源和探测器。

论文：

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6528/abb333

NISQ算法路线图：ImpaQT路线图中的算法组件

建议将Kishor Bharti及其同事于2021年1月发表的《含噪中等规模量子(NISQ)算法》用于量子算法、编译器和语言组件中，以“构建系统”，应用于物理学、机器学习、量子化学和组合优化等多个领域。他们的文章讨论了它们的局限性和优势，以及用于编程和测试NISQ设备的附加基准测试和软件工具。

论文：

https://arxiv.org/abs/2101.08448

通过这些例子，能够了解这样一个ImpaQT路线图框架如何帮助社区实现商用量子计算机。

ImpaQT预计，全功能量子计算机将在十年内面世，并将用于高性能计算(HPC)市场，取代(部分)目前用于复杂计算和数据管理的超级计算机。在短期内，具有部分功能的量子计算机将是可用的，并且研发市场对其感兴趣，他们需要此类产品以加快其量子技术的发展。

参考链接：

[1]https://epjquantumtechnology.springeropen.com/articles/10.1140/epjqt/s40507-021-00107-w

[2]https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/towards-a-commercial-quantum-computer-a-dutch-roadmap/

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