最新热点：Xanadu和Imec合作制造容错光量子芯片
Xanadu和Imec之间的合作包括制造可容错的低损耗氮化硅量子电路
（图片来源：网络）
Xanadu和Imec正在合作开发用于容错量子计算的光芯片。他们的共同目标是创建一台量子计算机，一台能够执行通用算法的大规模量子比特计算机，并能检测和纠正可能影响计算的任何错误。他们的这种百万量子比特计算机将利用光量子构建 ，方便客户可以立即使用。此外，该项目的合作还包括制造可容错的低损耗氮化硅量子电路。
在接受欧洲EE时报的采访时，Imec业务发展经理Amin Abbasi（阿明·阿巴西）和Xanadu硬件业务负责人Zachary Vernon（扎卡里·弗农）强调了量子计算机的未来应用前景。“有些应用程序可能不需要完全容错就能提供计算价值，例如机器学习和组合优化就是这样。我们通过Xanadu的云平台向用户提供了一些在这些领域内的应用，并发现量子计算最大的应用价值可能在于化学。但是如果没有数百万物理量子比特并能纠错的量子计算设备，就无法解决这些问题。”Vernon说。
Vernon补充道：“量子计算在充分发挥其应用价值之前，必须克服的最大障碍就是噪声。要具备强大的纠错能力，实现容错优势，优良的制造材料、高质量的光刻工艺和芯片封装至关重要。”
光量子的价值
对于某些特定计算任务，采用能实现指数加速的量子计算可能比经典计算更合适。而当下量子计算实用化的一个核心挑战是要实现容错，也就是在有噪声的情况下，可以执行不超过某个阈值的长度或大小的计算。因为在最基本的层面上，量子计算机可视作一台利用量子门转换并测量特定状态的量子比特的机器，而在这些特定状态下，量子门已经利用了纠缠性将不同的量子比特融合，所以不可能描述出单个量子比特的状态。
除了这种门模型之外，量子计算机可以被看作是一个“集群态”，它可以理解为“一根线上的珠子”。正如Xanadu在其一篇博客中指出，这里的“珠子”指的是量子比特，而“那根线”则代表它们之间的纠缠。最终的计算以测量量子比特为目标，在这里“测量”不仅是读出计算结果，而是计算过程的一部分，设置不同的测量应视为不同的门变换作用于了量子比特上。
通用型计算机至少要保证二维的集群态，而容错型计算机必须是三维集群态。在标准计算机中，我们可以通过重复或冗余来保护每一位信息免于出错，但在量子计算机中，冗余是被禁止的。因此，要使用三维集群态来保证它们的大小和排列允许拓扑量子离散变量 (DV) 纠错。
由于它们虽然内置但要发挥纠错能力还是极具挑战，所以理想量子比特是GKP态。其中，Gottesman -Kitaev -Preskill （GKP）编码是一种潜在的容错量子计算方法，因为它将逻辑量子比特编码为谐振子的网格状态。当然，这一网格状态的质量必须非常高才能使代码具有容错性。
其中，氮化硅允许创建压缩态，可用于替代光子来编码量子比特。由于其压缩态制备的确定性，可用于提取容错量子比特（GKP态）。
“目前量子计算上领先的路线有离子阱、超导电路和光量子。因为用光纤把不同的芯片联网，所以光量子路线非常容易扩大规模。但是制备单个光量子比特所需的设备数量更多。幸运的是，半导体工艺提供的芯片集成和批量制造会改善这一情况。” Vernon说。
Xanadu的光子架构本质上由四个模块组成：状态制备工厂、多路复用器、计算模块和光量子处理单元（QPU）。其中，多路复用器负责并行处理多级状态，以增加产生GKP态的概率，QPU负责执行必要的测量以实现某种量子算法，并进行纠错。
GKP态（图片来源：Xanadu）
合作共赢
光量子芯片传输的是光而不是电子。Xanadu的方法具有多项优势，例如在室温下，通过光学网络计算就可扩展至100万个量子比特，以及利用Imec半导体制造研发中心可以提供先进技术的200毫米和300毫米的生产线的能力，有望在其200毫米的生产线上实现批量生产。
“为了发挥量子计算的全部潜力，必须包含纠错功能。”Vernon说，“这样做意味着要将现有的量子芯片原型扩大到数千个相同的模块。但在保持低损耗和均一性良好的高性能、并保证芯片互通的同时，将量子比特规模扩大，这将是一个巨大的挑战。而光量子路线非常适合解决这一问题。”
“Imec的作用是为其工业和学术领域的客户提供极低损耗和芯片级集成平台。”Abassi说，“基于集成光子的量子计算需要低损耗、高可扩展度和高性能的线路，我们Imec正在努力满足这些要求，以便为我们的客户提供最先进的光子晶片。”
光量子芯片的模块化架构，简化了量子和其他光电解决方案的设计制造和集成。不仅降低了原来的低温要求，还在QPU中利用零差检测器设置设备时钟速度，从而实现高效快速地运行。因此，Xanadu和Imec此次合作将推出的容错光量子芯片架构所具有的模块化、高速度和可室温运行特征，代表着光子能够真正为快速构建量子计算机做出贡献。
Maurizio Di Paolo Emilio （毛里齐奥·迪·保罗·埃米利奥）：
获得物理学博士学位，是一名电信工程师和记者。他曾参与引力波研究领域的各种国际项目，与研究机构合作设计用于空间应用的数据采集和控制系统。还是Springer出版的多本书籍和许多关于电子设计的科学和技术出版物的作者。
文：毛里齐奥·迪·保罗·埃米利奥
编译：慕一
——end——
推荐阅读量子计算将对金融行业重新洗牌
都在谈碳中和？看看量子计算在节能环保上的作用