量子芯片有什么最新进展?KellyOnTech 芯片系列第四期

Posted by : KellyOnTech Date : 2021-08-19
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这是芯片系列的第四期,这期聊聊量子芯片的最新进展。

量子霸权

量子霸权听了很多遍了,根据维基百科的解释,就是在量子计算中,证明可编程量子设备可以解决经典计算机无法在任何可行时间内解决的问题。那如何实现呢?

比特 vs 量子比特
如何才能计算地更快呢?简单地说,就是增加量子比特的数量,就像小朋友数数,10跟手指数不过来,再加上脚趾。说起来容易,但实现起来却很困难。因为量子比特非常不稳定,量子芯片需要在零下273摄氏度的极端温度环境下运行,以保护量子比特免受外部冲击。为了能够运行,根据谷歌的标准,每两个量子比特的错误率需要低于0.5%。

荷兰代尔夫特理工大学
所以有的研究机构就在制造工艺上寻求突破。这里我要介绍荷兰的代尔夫特理工大学。他们的研究员和Intel的研究实验室一起引入了纳米技术,制造了纳米级硅晶体管,最关键的突破是他们使用工业芯片制造工艺做到了这一点,意味着产量足够高,这为量子计算芯片的工业规模制造铺平了道路。

荷兰代尔夫特理工大学
顺便提一句,荷兰政府现在正在建设占地 12,000 平方米的被称为量子之家的量子研究国家总部,就在代尔夫特理工大学 (TU Delft) 的校园内,预计在2024年完工,也将参与欧盟委员会针对未来欧洲量子通信基础设施网络 (EuroQCI) 的设计。
荷兰政府兴建量子之家

基于电路的量子芯片
目前全球量子芯片的技术路线不大相同。谷歌,IBM,英特尔公司等公司主要研究超导量子计算,就是量子计算机在超导电子电路中的一种实现。谷歌在2018年推出的Bristlecone量子芯片, 拥有72个量子比特。

谷歌在2018年推出的Bristlecone量子芯片

而中科大的量子计算研究是基于光子的,是第一台实现量子霸权的光子量子计算机。在2020 年 12 月 3 日,中科大在《科学》杂志上宣布,九章在 200 秒内成功进行了高斯玻色子采样,最多检测到 76 个光子。中科大估计,神威太湖之光超级计算机完成同样的计算需要25亿年的时间。

九章光子量子计算机

退火量子芯片

我以前介绍过的已经为美国军方和大众汽车等等一系列大公司提供商用量子计算机的公司D-Wave Systems, 用的技术不同,关于这家公司的具体介绍,可以参见我以前发的视频,或者关注萃有堂公众号里面有文章专门提到。

顺便回答一下以前的问题,D-Wave 使用的是退火量子计算,主要解决优化问题。2011 年,D-Wave 开发了世界上第一台运行在 128 量子比特的商用量子计算机,其价格约为 1000万美元。

D-Wave Systems 开发的128 量子比特的商用量子计算机
2020年推出的D-Wave Advantage 有5760 量子比特。
D-Wave Advantage 量子芯片

另外一家研究量子退火的公司就是日本的NEC,1990 年代以来一直在进行的量子技术研发,并且成功构建了世界上第一个固态量子比特。NEC最近和一家去年2020年才成立的位于奥地利的量子架构初创公司ParityQC达成合作协议,该公司利用专有的量子操作系统 ParityOS 为客户进行量子计算机的开发设计,主要针对优化问题。

如果您对全球第一家上市的量子计算机公司IonQ有兴趣,可以在视频列表中查看或者查看『萃有堂』公众号的相关文章。

我录了一个视频,请在微信视频号"KellyOnTech"视频列表中查看。