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图灵量子发布商用科研级专用光量子计算机产品系列

光子盒 2022-07-04

The following article is from 图灵量子 Author TuringQ

来源:图灵量子



1月29日,图灵量子发布了国内首个全系统集成的商用科研级专用光量子计算机—TuringQ Gen 1。

图灵量子自主研制的商用科研级专用光量子计算机
 
这是真实的量子硬件,三维光量子芯片可以实现丰富自由的哈密顿量设计,即带来了各种专用量子算法的实现可能性。从生物医药到金融分析,从微观电子到宏观宇宙模拟,大量难解问题都能映射到光量子芯片上形成可解决方案。图灵量子提供定制化三维光量子芯片设计和制备,实现量子光源系统、光量子计算芯片系统、量子测控操作系统全功能集成,并提供界面友好的教案、实例和量子软件。
 
TuringQ Gen 1光量子计算机打破了量子领域高门槛、高投入、高研发周期的技术壁垒。用户可轻松实现一步跨入量子计算的世界,特定需求也能得到定制化一站式解决方案,具备七大核心优势:
 
核心优势一:自由的哈密顿量设计
 
光子在三维光量子芯片中的演化可以由哈密顿量表示:
 
 
通过调控波导的传输特征可以对参数β进行调制,通过光波导之间几何上的相互关系来灵活操控耦合系数C,而光在波导中的飞行维度可以代表演化时间并引入动力学调制。图灵量子通过在三维光量子芯片设计和制备上的长期技术积累,可以实现对哈密顿量进行自由的、丰富的、精准的、以及动态的调控,从而执行各种专用光量子计算与量子模拟任务,推动与光有关的大尺度量子信息处理研究和研发。
 
核心优势二:大量难解问题映射到光量子芯片上形成可解决方案

有了调控复杂哈密顿量的技术能力和底气,图灵量子更进一步致力于为各类难解问题通过哈密顿量映射带来芯片上的高效求解方案。
 
针对经典计算机难以直接求解的NP-Complete 问题,针对前沿科学的探索问题,针对不同行业的难点和痛点问题,图灵量子专注于将此类问题灵活地映射到光量子芯片的三维光子线路中,找到光量子计算的硬件执行解决方案。从量子与非逻辑门构建到子集和问题求解,从原子核外电子跃迁到宇宙黑洞视界附近粒子演化,从量子行走到神经网络联想记忆,从晶体三维结构到复杂分形网络,不论这些问题多么复杂多变,都可以从本质上提炼出描述它们的哈密顿量,在三维光量子芯片上构建对应的结构,光子在芯片中的演化结果为这些问题提供了模拟和计算的解决方案。
 
真正实现一类问题映射到一类芯片、一类芯片解决一类问题的闭环研究。
 
下面是一些实例,展示了此前图灵量子研究团队用三维光量子芯片研究和解决各类实际问题的成果:
 
 
核心优势三:芯片可定制化
 
“一千个读者有一千个哈姆雷特”,各行各业会有不同的痛点,工程研发人员会有不同的难解问题,需要各种不同设计的光量子芯片。芯片私人定制,图灵量子可以做到!
 
图灵量子具有三维光量子芯片从设计、加工、测试到封装的全流程的制备工艺。芯片制造过程采用的是先进的飞秒激光直写技术,可以像3D打印技术一样,在芯片内部直接构建三维光子线路。相较于传统光芯片流片制造(加工芯片全流程可能达数月),图灵量子的飞秒激光直写三维光量子芯片制造完全自主,迭代周期短,可一周内交付。当前,图灵量子制备的三维光量子芯片各项指标均处于世界领先水平,其中,芯片传输损耗小于0.1dB/cm,单片可集成超过30000个光子线路,相应的希尔伯特空间高达9亿,可以实现广泛用户的特定需求。

图灵量子飞秒激光直写技术制备三维光量子芯片示意图
 
同时,TuringQ Gen 1光量子计算机更无缝连接了自主研制的全球首款专用光量子计算模拟软件—FeynmanPAQS,通过云接入的形式,使用专用光量子计算模拟软件功能和三维光量子芯片设计的EDA软件功能。用户可以直接模拟光量子芯片中光波导特性调控、结构设计、和实现特定量子计算问题。通过软件获得模拟成果,进一步在可交互界面上设计定制芯片,解决对应研究问题,包括搜索、排序、优化、能量传输、缺陷和无序、以及拓扑光子学等基础科研与实际工程问题,更实现了模拟实验全结果的云端显示,大大降低了研发难度,缩短了研发周期,并且可以轻松对接商用需求,“软硬一体”,帮助工程技术人员一步跨入量子领域,进行量子计算技术的闭环研发,成为各行业突破瓶颈的先锋。

图灵量子自主研制的量子计算软件FeynmanPAQS界面
 
核心优势四:全系统功能集成
 
TuringQ Gen 1光量子计算机的系统框架结构,由量子光源系统、光量子计算芯片系统、量子测控操作系统三大核心系统组成。
 
量子光源系统采用Sagnac干涉仪方案,搭载405nm波长的连续窄线宽半导体激光器,结合0.001K级别的高精度温控模块方案和高稳定弹性隔振系统,更加有效实现准相位匹配方案,制备得到高达50万对/每秒的高亮度高品质的量子光源。开放式的结构使得用户可以对量子光源根据需求进行自主调节和按需使用。

图灵量子TuringQ Gen 1搭载的高性能量子光源
 
光量子计算芯片系统,以光子作为信息的携带者,以三维光量子芯片作为处理器实现光量子计算和量子模拟任务。基于先进的飞秒激光三维直写技术,根据给定的哈密顿量,即可快速构建任意波导结构的高度集成化的三维光量子芯片,突破传统宏观光学计算系统的技术瓶颈。
 
图灵量子高性能类忆阻器三维光量子计算芯片系统示意图
 
量子测控系统采用的是增强型电荷耦合器件相机,进行单光子级成像和探测,拥有纳秒量级的快门和超高像素值,满足大面积高速量子探测需求。其中,单光子相机的门控时间小于 2ns,具有高达十亿分之一秒的时间分辨率,搭配5MHz的高速率读出平台以及低延时的门控制开关,可用于精确地对瞬态现象进行研究。同时量子测控系统还实现了对整机的全功能整合,并提供了无障碍一键式界面操作界面,即使是第一次使用,也能轻松上手。

图灵量子TuringQ Gen 1的量子测控系统
 
以图灵量子高性能量子光源和量子测控系统为基础保障,配上可定制替换的一系列光量子芯片,可实现不设应用场景数目上限的研究和研发。
 
核心优势五:填补量子教育资源缺口
 
在信息技术飞速发展的今天,我们期待获得前沿的学习资源。仅需通过高品质量子纠缠光源,就可以完成大部分的量子光学实验以及量子力学原理的演示,比如单光子MZ干涉实验、延迟选择实验、光子对的量子关联测量实验、HBT干涉实验、量子纠缠实验、Bell不等式检验等一系列代表性量子光学实验,即使一个不搭载三维光量子芯片的简配版TuringQ Gen 1量子计算机足以搭建一个量子光学教学实验室。这些是近二十年来科学家们同样在探索的前沿实验,相比现在以牛顿力学为主体的大学物理实验,这些实验更能让学生接触到前沿科学,从而在心中更早地埋下探索科研的种子。
 
面向教育领域,多个国家和地区在其量子战略中均有量子人才的培养和发展等计划。比如:欧盟的QTEdu作为其量子旗舰计划的一部分被推出,以培养欧洲的量子人才;德国为高等院校学生建立未来量子学院;美国则更为突出,《国家量子倡议(NQI)法案》明确要求国家科学基金会制定量子信息科学教育计划和目标,设立量子计算和信息科学人才计划和行业—学术界联合培养研究生计划等,培育基础广、多元化的人才队伍,增加量子信息科学教育和培训机会,以巩固其在量子信息科学和技术领域的领导地位。
 
全功能集成的TuringQ Gen 1光量子计算机,通过相对其他量子计算物理体系更加简洁的原理和实验操作需求,全室温环境的兼容性,以及结合知识储备提供合适教案和实例,方便更好的上手学习。TuringQ Gen 1光量子计算机助力较早地获得量子计算的实践机会,面向未来信息技术创新发展打下扎实的基本功。少年智则国智,少年强则国强。
 
核心优势六:行业应用覆盖面广
 
面向科研领域,TuringQ Gen 1光量子计算机是广大科技工作者的科研利器。科研人员只需将研究领域的前沿问题或者难解问题加以凝练,构建可映射到三维光量子芯片的实验方案,利用光量子计算机可实现对研究问题进行直接的模拟计算和结果输出。如果仅仅是教学机,仅仅给定现成的教案让用户简单复现,那么就难以鼓励创新。TuringQ Gen 1将科研植入教学,让探索前沿和开拓创新成为一种习惯,推动引领科技前沿。
 
TuringQ Gen 1光量子计算机的亮点在于,光量子芯片的丰富设计能力承载了研究思路的无限可能性,简捷的芯片定制和实验操作流程使科研人员从繁琐的重复实验劳动中解放出来,充分尊重和发挥科研人员的想法创新和主观能动性。我们希望本科生也能利用TuringQ Gen 1光量子计算机进行前沿探索,或者在顶级学术期刊如PRL上面发表第一作者文章,或者发现量子计算实用化落地的惊喜!
 
面向工程研发和行业应用,TuringQ Gen 1光量子计算机针对不同行业各类难点和痛点以及算力瓶颈等问题,能通过数学建模、算法设计、芯片映射、光量子计算等一套组合方法有效地针对此类问题进行优化,对传统行业带来新的。
 
光伏材料设计师可以通过TuringQ Gen 1光量子计算机,分析有机半导体中的量子输运如何实现最优化的光能量传输效率,助力有机半导体光伏材料设计。
 
金融分析师在TuringQ Gen 1中演示大规模量子行走,对应于分析金融时间序列的尖峰肥尾、自相关性等特征,加深对金融市场数据的理解。
 
AI工程师可以用TuringQ Gen 1分析量子随机行走,模拟神经网络的联想记忆功能,辅助图像识别及语义分割。
 
交通物流工程师有了TuringQ Gen 1,可以观测大规模网络的量子PageRank节点重要性排序结果,应用于大规模交通、物流网络节点分析,相比经典PageRank排序更加精准。 
......
TuringQ Gen 1光量子计算机,致力于各个领域的工作者实现一步跨入量子计算领域,探索未知,开拓应用,成为综合技能储备出类拔萃的稀缺人才,成为各个领域勇立潮头的领军人物。
 
核心优势七:多系列机型自由选择
 
针对不同研究机构和不同工程领域的个性化需求,图灵量子特推出了四种不同系列的光量子计算机:TuringQ Gen 1S—基于相干光的光量子计算机;TuringQ Gen 1E—基于量子光源的光量子计算机;TuringQ Gen 1X—基于多光子类忆阻器的光量子计算机;TuringQ Gen 1Y—特别定制版光量子计算机。其中,特别定制版对于其他不同专业的不同需求,图灵量子还可专门定制。 


 
—End—

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