光量子处理器供应商QuiX：故事始于“科学上的偶然发现”
摘要：荷兰公司QuiX的首席技术官Jelmer Renema（杰尔默·雷内玛）以“为什么光学技术在量子计算方面具有如此大的潜力”为主题进行了交流。
QuiX的故事始于“科学上的偶然发现”。当时Renema是牛津大学的一名初级研究员，致力于创建即插即用的集成和可重构的光量子处理器，这也是牛津大学和荷兰的特温特大学的合作目标。
QuiX CTO Renema回忆道，在他从事量子信息处理工作期间，有一次，“我们陷入了缺乏合适的大规模光芯片处理器的困境，然后一位来自特温特大学的博士后过来说，有所大学正好有我们需要的东西。我们就带着设备来到牛津大学，做了一些测量之后发现它非常适合。”
后来回到荷兰，Renema就任职在光子芯片制造商 LioniX 的工作发表了一场演讲，几个月后，LioniX的首席执行官Hans van den Vlekkert找到了他，问他是否愿意创办一家公司，得到Renema的肯定答案后，QuiX诞生了。
2020年12月，QuiX发布了当时世界上最大的通用量子光处理器，这也是“光量子计算机的核心设备” 。虽然其即插即用设备与所有光子源兼容并且可商用，但 Hans van den Vlekkert 解释说，“该处理器‘尚不适合工业应用’。但以此为起点，我们将迅速提高处理器的容量，以实现实际应用。”
QuiX的9人团队两年内就实现了这一里程碑，证明了该公司具备LioniX 开发20多年高端经典光子学应用技术的优秀实力基础。Renema说：“所有这些都证明了光量子很有用。团队可以将经典光学生态系统中存在的这种光学元件、制造技术和专有技术工具箱，与自己的知识相结合，并了解应用量子技术的必要条件。”
这种工具箱包含构成 QuiX 处理器关键部分的低损耗氮化硅波导，而该处理器使用光子干涉来编程计算。所以光子干涉是支持整个系统含有部分“量子特性”的东西。实际上，该系统并没有创建量子比特。取而代之的是，该组件引导光子通过一个包含交叉点矩阵的芯片，这些点处的光子汇合产生能量。涉及的光子越多，可以解决的问题就越复杂。
Renema 说道：“当连接到一系列单光子源时，QuiX 光子处理器通过设置一系列光子可以行进的平行轨道来充当‘光的开关站’。”
这为光从一个轨道跳跃（或“切换”）到另一个轨道创造了条件，然后会在另一系列轨道上再次熄灭。其中，“轨道”在它们相遇的地方是可调的，可以在一系列这些轨道之间进行任意光学转换。量子系统工程师 Caterina Taballione 博士曾在一次在线网络研讨会上提到：“当光子相遇并穿过这些芯片时，它们就会形成纠缠，这是一把帮助你成就伟业的钥匙……”
QuiX 光子处理器（图片来源：PHIX）
每个光子以只有量子允许的行为方式“同时通过”多个轨道，而不是“选择”轨道进行切换。在演进结束时进行测量，其结果反映了各种潜在结果之一。（量子干扰发生在导致任何一个测量结果的许多轨道之间）。而这种编码方法是可编程的，Renema 说：“这是我们芯片的特别之处”。
QuiX可以提供一个外部控制硬件，并控制芯片正在做什么和它要执行的计算。对于Renema来说，“我们光量子信息处理设备的核心，本质上是一台光量子计算机”。
外部控制硬件（图片来源：Daniël Verkijk）
这种方法不同于其他正在研发的量子计算方法，后者旨在使用基于非光子量子比特（例如原子或离子）所构建的量子逻辑门进行操作，进而实现“通用”量子计算。事实上，将逻辑门方法应用于光量子处理器充满了技术难度，Renema说道，尽管理论上“确实允许您用光子来编码量子比特”，但实践却大不相同。QuiX 的系统就巧妙地回避了这个问题，因为系统的编码在路径信息中。
当然，随着其他组织致力于创建量子位的替代途径，一个关键问题是“为什么是光子”？
Renema认为，光子能搭建一种噪声非常低的系统，因为它们几乎不与环境相互作用。例如，将光子与电子进行对比，光子会感觉到周围环境中所有可能的电荷，如果你把两个电子粘在一起，它们肯定会相互作用。对于光子，情况正好相反。让他们彼此互动实际上需要做很多工作，这实际上是挑战。
同时，选择光子还有另一个重要原因，那就是你不需要超低温环境。许多量子计算技术受到“可以进入稀释制冷机的线缆数量、噪音水平、温度”等多种因素的限制。而这种处理器在室温下、在桌子上就可以运行，不需要冷却。
Renema强调，这种方法与现有技术有高度兼容性。“我们非常清楚我们拥有的是拼图的一部分，但不是全部。例如制造单光子源、制造探测器就完全是另一回事，所以我们正在与从事该领域的人合作。幸运的是，欧洲光量子技术的整个生态系统正在兴起。”接下来的两年里，该公司的计划是让处理器实现50种光学模式。
Renema表示这一目标“基本没有障碍”，完全可以按照拟定的时间表实现，但他也表达了量子研究人员面临的现实情况。“为什么我们没有在第一天就制造出 50 种模式的光子处理器？原因很简单：需要积累经验。控制这些开关的问题并不简单，系统越大，这个问题就越难。我们不是只搞技术，而是在完善如何控制它的知识体系。”
Mewburn Ellis 的高级助理兼专利律师Andrew Fearnside（安德鲁·费恩赛德）评论道：
“在量子计算竞赛中，光量子计算的起步虽然慢，但现在已经成为一个非常强有力的“竞争者”。由于中国开发的光处理器取得引人注目的成功，光学工业基础设施也在逐渐完善，量子技术这一分支很可能会更快落地。单光子源和单光子探测器等技术的发展可能是实现这一目标的核心，这些技术领域未来可能会出现巨大创新，很高兴能够看到热衷于实现这一目标的新初创公司的快速增长。”
Andrew Fearnside
Andrew 是 Mewburn Ellis （著名专利和知识产权机构）的高级助理和专利代理人。他主要专注电信、电子和工程领域，在起草和起诉、全球投资组合管理和发明捕获方面拥有丰富的经验，可以自由分析并进行尽职调查来确定具有商业价值的 IP 投资组合。
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